JP3723232B2

JP3723232B2 - プローブ針調整ツール及びプローブ針調整法

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Publication number: JP3723232B2
Application number: JP04897493A
Authority: JP
Inventors: スロッセルフレッド
Original assignee: シリコンシステムズインコーポレーテッド
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: US5932323A; JPH0627144A; JP2002181846A; US5890390A; US5758537A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体製造及び試験装置に関するものであり、特に製造された半導体ウェーハを試験するために用いられるプローブカード針の取付け，調整方法及び取付用装置の改良に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造過程の１段階として、ウェーハ上に作成された回路の試験がある。試験中、モノリシック回路のウェーハが顕微鏡下でホルダ上に置かれ、マルチポイントプローブカードを用いて試験される。金属プローブを用いて個々の回路の様々なボンディングパッドに接触し、一連の電気試験を行って選ばれた回路の電気特性を測定する。この試験から得られた情報と、メモリ内に記憶された情報を比較し、この比較結果に基づいてこの回路を不合格とするか合格とするかを決定する。
【０００３】
図１はウェーハ装置の電気的試験に一般に使われている「プローブカード」プローブアセンブリである。プローブカードは半導体チップ装置の電気的特性を試験するために標準化された試験装置と連結して使用できるプリント基板である。典型的なプローブカードには、複数のプローブアセンブリ１００−１０７，整合回路，プローブカードを試験装置に取りつけるためのインターフェースが含まれている。各プローブアセンブリにはプローブ針がある。試験中プローブ針は個々の半導体回路１１０上にあるアルミニウムのボンディングパッドと接触し、電気的試験実施に充分な電気的接触が成立する。
【０００４】
ボンディングパッドと正しく接触するようにプローブ針の先端は露出したアルミニウムのボンディングパッド上に形成された酸化アルミニウム薄層を貫通する必要がある。これを行うため、プローブ針には一般的に角度がつけられており、ウェーハの表面に充分な力で押しつけられる。ウェーハのボンディングパッドがプローブ針の先端に接触すると、プローブ針はボンディングパッドの表面をひっかき、または「こすり」、形成された酸化アルミニウム層を貫通する。また、ボンディングパッドと接触するプローブ針はすべて共通平面性である必要がある。すなわち、プローブ針の先端はすべて同一平面上にある必要がある。
【０００５】
図２は典型的なプローブアセンブリを示す。図２のプローブアセンブリは、薄い金属ブレード２０１と特殊なプローブ針２０２から成る。ブレード２０１は整合回路及びインターフェース２０３に接続されている。プローブ針２０２は水平から約６°下向きの角度をもって肩２０４でブレード２０１に取付けられている。プローブ針の断面は一般には円形である。肩２０４から針のほぼ中央部までプローブ針２０２の直径は同じである。プローブ針２０２は中央部からプローブ針先端２０５の終わりにかけてだんだん細くなっている。先端部の長さは一般には０.１７５mm（７ｍｉｌ）で垂直から約１６°の角度で曲がっている。先端２０５はプローブ針アセンブリの一部でこの曲げにより形成されている。
【０００６】
個々のシリコンウェーハの試験では、プローブアセンブリを下げてプローブ針の先端を半導体回路のアルミニウム製ボンディングパッドに接触させる。個々のプローブ針の非テーパ部分の針の直径とテーパ部分の長さの組合せにより、プローブ針に所定の弾力性が与えられる。個々のプローブ針はプローブ針がパッドまで下げられプローブ針先端がアルミニウムボンディングパッドの表面を「こする」かまたはひっかくように設計されている。酸化アルミニウムが蓄積した表面層を貫いて良好な電気的接触を得るためにはひっかくことが必要である。プローブ針はブレードに取りつけられており、その先端部は針からある角度がつけられているが、その角度はボンディングパッド上に最適なひっかき傷を作るよう設計されている。上述した６°と１６°という角度は単に例としてあげただけである。他の角度を使用してもよい。
【０００７】
プローブカードがまず組み立てられると、個々のプローブ針の先端が下に下がった時にウェーハ上の対応するボンディングパッドと接触するよう、プローブカード技術者が個々のプローブ針アセンブリを取りつけなければならない。理想的にはプローブカード針の先端がパッド幅の約１／３の点でまずボンディングパッドに接触し、パッドの中央部を通って引っかき、次にパッド幅の約２／３の点で止まるのが望ましい。このような方法でプローブ針を取りつけると針の先端が酸化層を貫いてひっかき、確実にアルミニウムボンディングパッドと良好な電気的接触を得ることができる。しかしながら、基準がないため技術者にとってボンディングパッド幅の１／３の位置を推測するのは難しい。したがって、実際には技術者はプローブ針先端がボンディングパッドのほぼ中央に当たるよう、ボンディングパッドの中央を推測して針／ブレードを置きまたはエポキシリング内に針を取りつけるよう指示されている。
【０００８】
図１０は、プローブ針先端をボンディングパッド３００の幅１／３と１／２の位置からスタートさせた場合にできた別のこすり傷を示している。典型的なプローブ針取付けにおいては、針の先端１００１はまずボンディングパッド３００の中心に接触し、ボンディングパッドボックスの縁部付近で止まる。針の先端はボンディングパッド縁部１００６の近くにあるため、こすられたために「押された」金属１００２がボンディングパッド領域から押し出されることがある。理想的なプローブカード針取付けでは針の先端１００３はまずボンディングパッドの幅１／３のところでボンディングパッド３００と接触し、ボンディングパッドの幅２／３のところで止まる。このようにして取付けられた針はパッドの中心を通って良好な電気的接触を達成し、ボンディングパッドの縁部１００６から充分離れたところで止まるため、押された金属１００４がボンディングパッド領域から分離することはほとんどない。しかし、ボンディングパッドの幅１／３のところを常に正確に推測できる技術者はいないため、現実にはプローブ針１００１で示したようにボンディングパッドの中心にプローブ針を取りつけている。
【０００９】
長く使用していると、プローブアセンブリのプローブ針先端の共通平面性が失われる。そうすると、回路試験中に高い位置にあるプローブ針先端は酸化アルミニウム層をうまくひっかくことができず充分な接触が得られなかったり、低い位置にあるプローブ針先端がボンディングパッドをひっかきすぎて回路あるいはプローブ針先端またはその両方を損傷したりすることが発生する。
【００１０】
このような試験の不正確さを防止するために、プローブカード技術者はウェーハ試験過程をモニターしプローブ針先端が共通平面性であることを確認する。従来技術では技術者はプローブカードによりすでに試験されたウェーハグループから無作為にウェーハを選びだす。技術者は平面化ステーションにおいてプローブカード針先端を再平面化する。平面化ステーションの１つのタイプはライトボックスと呼ばれている。プローブカードは発光ダイオード（ＬＥＤ）のセットにグランドされているチャックまで下げられる。プローブ針がチャックに接触するたびにＬＥＤが発光する。最初にＬＥＤが発光した位置と最後にＬＥＤが発光した位置の距離が平面性誤差を表している。技術者は平面性誤差が所定の範囲内におさまるまで個々のプローブ針の角度と位置を調整する。
【００１１】
次に、技術者は低倍率の顕微鏡を用いてウェーハのボンディングパッドの表面を検査する。技術者は個々のボンディングパッドに残されたこすり傷の長さと性質を見て視覚的なプローブ傷の「足跡分析」を行うが、特定の視覚的基準があるわけではない。技術者は一般にプローブ針のこすり傷が実際にあるか及び一般的な位置を見るよう指示されている。たとえば、技術者は個々のこすり傷でボンディングパッドの外側にあるのは５０％未満であり、隣接する金属部分を５０％以上切り込んでいてはならないと指示されている。また、技術者は（パッシベーション露出により示される）過励振損傷と平面性の問題を示す両辺間のこすりパターンがないかどうかをチェックするよう指示されている。もちろん、ボンディングパッドが比較的小さい０.１mm×０.１mm（約４×４ｍｉｌ）ため正確な足跡分析は困難である。
【００１２】
従来技術における針の取付けやこすり傷検査技術の一つの短所はこれが主観的なプローブ傷分析であり、長さに特定の最小限度や最大限度もなく、受容可能なこすり傷の違いもはっきりしていないことである。こすり傷が非常に短い「点」であればこすり動作により酸化層が貫通されていないことを示し、プローブ針とボンディングパッドの間には良好な電気的接触が達成されておらず、良好であるウェーハが試験中に知らずに不良品とされるおそれがある。プローブ傷が長いことは、チャック距離が長く、プローブ針先端の平面性が失われ、針の角度が不適切であることを示している。最近の現場では、こすり傷の存在と位置のみが考慮されている（長さは考慮されていない）。平面性チェックは一般には正確な針の高さを決めるために行われている。しかし、この平面性チェックでは実際の針の長さ，プローブのゆるみ，針のグラム重量率の違い，テーパ長の違い，プローブカードパッドの欠陥，エポキシ可塑性，針の先端の形や直径，針の接触異常による読み取り誤差，不適切な設定，装置製造者の公差変動は考慮されていない。典型的な結果として、完全に平面化されてはいるがこすり傷の範囲が広いプローブカードが製造されている。
【００１３】
また、プローブ針は最初のウェーハ接触点を過ぎると針パターンの中心に向かって進む。オーバートラベル０.０７５mm（一般には３ｍｉｌ）により針はパッドの中心からボンディングパッドの内縁部に向かって進み、時には内縁部の先まで向かうこともある。これにより、押されたアルミニウムのショート，時間とともに起こる金属移動の問題，プローブ接触欠如，バーンイン障害，パッケージ内におけるアルミニウム片，信頼性低下，切れた金属部分，目視検査による不合格が起こることがある。個々のプローブ針が摩損するとボンディングパッドボックスの外側に向かって縮むため状況が複雑になる。これはプローブ針の応力緩和により部分オフセットされるため針先端からプローブカードまでの平均距離が減少し、それにより針先端列を針パターンの中心に向かって動かすことができる。現在のところ、現行の方法ではオペレータはプローブ針を理想的な位置（ボンディングパッドボックスの外側１／３）に配置することは不可能なため、針は不正確または不統一に配置されることになる。エポキシカードは組立中に正確にプローブを配置できるが、これらのカードは一般にボンディングパッドの中心に置かれる。
【００１４】
従来技術のツールは現在のところプローブ針の調整または「ひねり」に利用することができる。技術者はこれらのツールを使って針の位置を技術者に適した方法で押したり引いたりひねったりして調整することができる。プローブ針の薄い中心部やプローブ針のテーパ部分は太い部分や非テーパ部分にくらべて弾力性がある。これらの従来技術のツールを用いて技術者は一般に一番やりやすい箇所で、すなわちプローブ針がもっとも薄く曲げやすいプローブ針先端近くでプローブ針を調整する。現在利用できるツールが不正確なためピンセットや針から自作したツールを使ってプローブ針を調整する技術者もいる。
【００１５】
理想的には、プローブ針の調整は針の非テーパ部分またはプローブ針２０２がプローブカードブレード２０１についている「肩」２０４で行うのがよい。この部分で調整を行うとプローブ針の弾力性やこすり角度への影響を最小に抑えることができる。しかし、現在利用できるツールではプローブ針の太い部分でこの種の曲げ作業を行うのは非常に困難である。
【００１６】
従来技術の調整ツールには多数の短所がある。プローブ針の弾力性はテーパになった先端部で得られる。したがって、この重要な部分を調整するとプローブ針の定格弾性係数への影響は大きなものになる。弾性係数は所定のオーバートラベル設定における所定の針直径の場合にプローブ針先端により与えられる力の量を決定する。ボンディングパッド上に適切なこすり傷を作って保持するにはこの弾力性を保持することが非常に重要である。また、プローブ針のテーパ部分で調整を行うと針のこすり角度やこすり率に何倍もの大きな影響となる。技術者が従来技術のツールを使ってプローブ針のテーパ部分をひっぱったり押したりすると一般に分散布円弧曲りがプローブ針に生じる。円弧の曲がりは、プローブ針の弾性係数に大きな影響を与えプローブ針が調整を正しく保持する能力を低下させる。
【００１７】
従来技術による取付け，検査，調整方法では保守が不安定になり、針の調整サイクルが短くなりウェーハ試験工程における低下時間が長くなる。プローブ針調整が不正確だとプローブ針先端と個々の回路のボンディングパッド間のこすりが不完全だったり過剰だったりしてウェーハの歩留りも低下する。この電気試験歩留り低下というリスクのほか、ウェーハが目視検査により不合格とされることもある。損傷が仕様の下限より低ければコストの高い再加工が待っている。しかし、軍仕様の場合はある種の装置での二次プローブ作業を不許可にして再加工を禁止しているものもある。ワイヤボンディングの一体性は引張り試験により試験され、これは金型の「中心」でのアルミニウムの存在（パッシベーション露出なし）により左右される。しかし、低いプローブまたはオーバードライブプローブによりこの部分は一般に露出している。見掛けの歩留りが改善すると、技術者が高いまたは軽いプローブ針を「追跡する」ための不適切なオーバードライブを行う結果となる。しかし、プローブに一つでもオーバードライブが見つかれば目視検査による不合格やワイヤボンドの一体性不良が発生することになる。
【００１８】
【発明の概要】
本発明はプローブ針がプローブブレードやエポキシリングに取りつけられる点またはその近くへのプローブ針の取付け，検査，調整のための方法と装置を開示する。本発明の実施例ではプローブカード上へのプローブ針アセンブリの最初の取付け、次の再加工の際にはビルドターゲットパターンとこすりターゲットパターンから構成されるビルドウェーハが用いられている。ひねり用ツールはプローブ針の一番太い部分に置かれた場合のみきちんとフィットするよう設計されており、本発明によりウェーハ試験の技術者は正しい位置で個々のプローブ針を調整しやすくなる。
【００１９】
個々のビルドターゲットはプローブ針のひっかきに抵抗性のある固い素材でできており、実際に試験されるウェーハのボンディングパッドの位置から所定の距離だけオフセットされている。プローブ針先端をビルドターゲットの中心に置くことにより中心を通ってボンディングパッドボックスの１／３をこするようプローブ針は自動的にまた正確に位置決めされる。実施例では個々のビルドターゲットは「肉太」のプラス記号の形をしておりクローム製である。
【００２０】
個々のこすりターゲットはプローブ針のこすり作用により簡単に傷つけられるような柔らかい素材でできている。実施例ではこすりターゲットは０.０１２５mm（０.５ｍｉｌ）の間隔を持つ交差線のマトリックスであり、アルミニウム製である。プローブ針のこすり傷により壊れたり切断されたりしたアルミニウム線の数を数えることによりこすり傷のおよその長さと幅がわかり、それが所定の範囲内にあるかどうかを迅速に正確に決定することができる。
【００２１】
本発明の一つの態様によりプローブ針をブレードやプローブ針接合部またはその近くでひねることができ、また、リングをエポキシ型のカード上で保持することができるため調節作業によるプローブ針の効果的なこすり角度への影響を最小に抑えることができる。本発明により針が適切に調整されるため試験過程の精度を向上させ、調整サイクル間の時間を長くでき、ひいてはウェーハの歩留りが向上する。ポストプローブ検査，ワイヤボンディングその他の処理段階にも利点がある。
【００２２】
本発明のツールはプローブ針の非テーパ部分で最も太い部分にきちんとフィットするよう設計されている。この本ツールはプローブ針軸の軸心上で回転するため技術者はプローブ針を上下にひねることができる。技術者のプローブ針を押したりひいたりねじったりする傾向を避けることができる。本発明を使用すると分散円弧曲げではなく「よじれ」曲げが得られるため、調整作業によるプローブ針弾性係数，力定格，こすり角度への影響を最小限に抑えることができる。「よじれ」の点はブレード（またはリング）／プローブ針接合部近くに集中しておりプローブ針の繊細な中央部やテーパ部分からは離れている。
【００２３】
本発明の実施例ではツールは三角形に配置され、オフセットレバーの端部に直交する３個の平行する軸を有する円筒で構成されている。円筒の間隔はプローブ針の直径の一番太い部分が通過できるようになっている。
【００２４】
【実施例】
プローブカード針をひねるための手段、シリコンウェーハの電気試験に使われるプローブカード針を取付けるための装置及び検査方法について述べる。本発明はプローブ針の一番太い非テーパ部分の取付け及び調整を容易に単純化するために用いられる。以下の説明では本発明を充分理解できるよう、プローブ針のこすり角度，ボンディングパッドの大きさなど多数を詳細に説明する。しかし、技術精通者には本発明がこれらの特定の仕様がなくても実施できることが明らかである。その他の点では本発明をいたずらに曖昧にしないため詳細には説明していない。
【００２５】
半導体製造ではシリコンウェーハ上の個々のモノシリッック回路は様々な方法で試験に合格して初めて最終的な検査に合格することができる。そのうちの好ましいものの一つが電気試験である。ウェーハ上の装置の電気特性の品質を試験するために一連の試験が行われる。この電気試験を容易にするため個々の装置には装置に電気的に接続されているボンディングパッドが含まれている。
【００２６】
ボンディングパッドの断面を図３に示した。ボンディングパッド３００は一般にはアルミニウムである金属またはその他の導電性の物質からできており、深さは約１１００ナノメートルである。ボンディングパッド３００は一般に深さ２７５−３９０ナノメートルであるパッシベーション層３０１の上に乗っている。ウェーハ試験過程中はウェーハ表面は空気に触れる。したがって、ボンディングパッドの露出面に酸化アルミニウム（及び汚れ）の薄膜３０２が形成される。酸化アルミニウム及び汚れはボンディングパッド３００の最上面に層３０２を形成するが、この深さは一般には２０ナノメートルである。
【００２７】
ウェーハ製造において個々のウェーハを電気的に試験するために使われる装置は一般に「プローブカード」と呼ばれている。図１はプローブカードを示したものである。このプローブカードはプリント基板で、標準の試験装置と共に使うことにより様々な半導体チップ装置の電気特性を試験することができる。プローブカードの設計にはいろいろあるが一般的なプローブカードは複数のプローブアセンブリ１００−１０７，整合回路，プローブカードを試験装置に接続するためのインターフェースから構成されている。個々のプローブアセンブリにはブレード（ブレードカード上で）またはリング（エポキシカード上で）に取りつけられたプローブ針がある。
【００２８】
図２はブレードカードプローブアセンブリを示したものである。ブレード２０１はウェーハ表面に向かって直角に下向きに曲げられた薄い金属片である。ブレード２０１の一端は整合回路とインターフェース２０３に取りつけられており、もう一端はプローブ針２０２に取りつけられている。プローブ針２０２はプローブ針２０２が水平からわずかに下向きの角度で下を指すようブレードまたはエポキシリング２０１の肩２０４に取りつけられている。プローブ針は一般に水平から６°下向きに取りつけられることが多い。
【００２９】
プローブ針２０２はブレード／プローブ針接合部２０４からプローブ針の中央近くまでの大きさは一定である。プローブ針の中央からプローブ針先端２０５のすぐ上の端まではプローブ針２０２はかなりテーパになっている。プローブ針の長さは一般には６.２５mm（０.２５０インチ）で、断面は一番太いところで０.２５mm（０.０１０インチ）、テーパ部分の端では０.５０mm（０.００２インチ）である。プローブ針の非テーパ部分の長さは製造業者やエンドユーザが必要とするグラム重量率により異なる（テーパ部分が長いとグラム重量が小さい）。一般にはプローブ針の先端２０５は水平から７４°の角度で曲げられている。
【００３０】
整合回路とインターフェース２０３は標準の試験装置に接続されている。この装置は一連の様々な電流と電圧を発生するようプログラムされている。これらの電気信号はプローブカード針により回路装置に伝達される。この信号に対する個々の装置の電気的反応はプローブ針を通して同様に試験装置でも受け取られる。
【００３１】
個々の装置の回路構造は微細であり電気信号や反応は微妙なものであるためプローブ針先端２０５がアルミニウム（または金）のボンディングパッド３００と接触していることが重要である。プローブ針軸は先端２０５に所定の力をかけるためにテーパになっている。プローブ針２０２の弾力性はプローブ針素材の弾性係数及びテーパ部の長さにより決定される。個々のプローブ針はプローブ針が的確に取りつけられ、装置のボンディングパッドと接触するよう充分下げられた時にプローブ針先端に選択量の力がかかるよう設計されている。プローブ針先端にかかる力の量はプローブ針の力定格と呼ばれ、一般にｇ／ｍｉｌで表される。プローブ針製造者は個々のプローブ針の弾性係数と定格力が所定の公差内におさまるようプローブ針軸のテーパを厳重に管理している。ウェーハ構造や使用する試験装置によりウェーハ装置を試験するために様々な力定格を持つプローブ針が用いられる。
【００３２】
プローブ針２０２が取りつけられる角度と先端２０５が曲げられる角度はプローブ針先端とアルミニウムボンディングパッドの間に充分な電気的接触が得られるかどうかを決定する重要なものである。この角度は一緒にプローブ針の「こすり角度」を形成している。図４（Ａ）−（Ｃ）はこすり角度を変えた場合のこすり傷である。図４（Ａ）を見ると適切なこすり角度ではプローブ針先端２０５は酸化アルミニウムと汚れの層３０２を貫通しボンディングパッドの導電層３００と電気的に接触している。適切なこすり角度ではプローブ針先端２０５はパッシベーション層３０１をこすらない。
【００３３】
こすり角度が急すぎると図４（Ｂ）に示したようにプローブ針先端２０５がウェーハ表面に対して回転し、プローブ針先端２０５はパッシベーション層３０１を深くこすりすぎてボンディングパッドや装置そのものを損傷するおそれがある。プローブ針先端２０５はボンディングパッドの導電層３００を貫いてこするためプローブカード針とボンディングパッドの間では電気信号を正確に送受信することができない。
【００３４】
図４（Ｃ）に示したように、こすり角度が浅すぎると、すなわちプローブ針先端２０５がウェーハ表面から離れて回転すると、プローブ針先端２０５は酸化アルミニウム及び汚れの層３０２を貫いてこすることができず、導電層３００との間に充分な電気的接触を得ることができない。プローブ針先端２０５はボンディングパッドの導電層３００と接触しないから、プローブカードはボンディングパッドへ、またボンディングパッドからの電気信号の送受信を正確に行うことができない。
【００３５】
プローブ針の力定格はまたプローブ針がアルミニウム製ボンディングパッドと充分に電気的接触を保っているかどうかを決定する。図５（Ａ）は力定格が正しいときにできる引っかき傷を示している。プローブ針は酸化アルミニウム層３０２を引っかいて貫通し導電層３００と「接触」する。
【００３６】
プローブ針の力定格が少し変化しただけでも望ましくない結果が起こることがある。たとえば、図５（Ｂ）のように力定格が低すぎるときはプローブ針の先端２０５は酸化アルミニウムや汚れの層３０２を貫通してボンディングパッドの導電層３００と接触することができない。図４（Ｃ）に示したように力定格の低下により引っかきが不完全だと試験結果が不正確になる。
【００３７】
図５（Ｃ）のように力定格が高すぎるとプローブ針先端２０５は深くこすりすぎてパッシベーション層３０１まで達し、ボンディングパッドや装置そのものを損傷することがある。図４（Ｂ）に示したように、過剰な引っかきは試験結果を不正確にする。したがって、プローブ針のこすり角度や力定格に変化があると針とボンディングパッドとの間に適切な電気的接触を達成する能力に好ましくない影響が出る。
【００３８】
試験装置から正確な結果を得るためには、プローブカード針のプローブ針先端のすべてが同一平面にあることが必要である。プローブ針先端が同一平面にないと先端はボンディングパッド上に不均一なこすり傷を作り個々のプローブ針先端により行われる電気的接触の質にばらつきが出る。他のプローブ針先端より高い位置にある針はボンディングパッドを充分にこすることができないかあるいは、まったく接触できない。他のプローブ針先端より低い位置にある針はボンディングパッドをこすりすぎてボンディングパッドや装置を損傷する。したがって、個々のプローブ針がほかのプローブカード針と正確に同一平面にあることが重要である。しかし、プローブ針を調整するたびに力定格も影響を受ける。プローブ針調整がプローブ針のテーパ部分で行われた場合、針の力定格が受ける影響は大きなものになる。したがって、将来必要になる調整の回数を減らすためには新規生産中にも再加工中にもプローブ針を正確に取りつけて調整することが望ましい。また、プローブ針のテーパ部分に調整を加えないことが望ましい。
【００３９】
従来技術では、技術者は個々のウェーハ試験をモニターしてプローブ針先端が同一平面でない場合はプローブ針を調整または「ひねって」いた。針は一般に長さ６.２５mm（０.２５０インチ）と小さく、手で正確に調整するのは難しい。また、プローブ針は軸のテーパ部分で最もよく曲がる。プローブ針の一番太い非テーパ部分はこれより固くそれほど簡単には曲がらない。
【００４０】
現在利用可能なひねり用ツールはピンセット，フック，Ｖ字型先割れトングである。技術者はこれらのツールを用いて技術者が適切と思う位置及び方法でプローブ針を押したり引いたりねじったりして同一平面にする。これらのツールによりプローブ針のどこでもつかむことができるため技術者は一番やりやすい箇所で調整することが多く、調整が弾力性のあるプローブ針のテーパ部でしかも先端部近くで行われることが多い。
【００４１】
従来技術のツールはプローブ針のもろいテーパ部分を曲げるために用いられることが多かった。ウェーハと接触中に最もよく曲がるように設計された針の部分はこのテーパ部分である。この重要な部分に加えられた変化はその何倍もの影響をプローブ針のこすり角度に与える。これを説明するためプローブ針２０２に３通りの同一平面化ひねりを加えたプローブカードアセンブリを図６（Ａ）に示した。技術者がプローブ針の端からＲミリメートルの点でプローブ針をＸミリメートル低くしようとした場合を考えてみる。図６（Ｂ）に示したように、針の先端をＸミリメートル低くするため技術者はβラジアンの調整を加えるとすると、
Ｘ＜＜Ｒであるため、Ｘ≒弦ＡＣ
β＜＜１ラジアンであるため、弦ＡＣ＝２Ｒｓｉｎ（β／２）≒βＲ
したがって、Ｘ＜＜Ｒかつβ＜＜１ラジアンであるため、Ｘ≒βＲとなる。
【００４２】
そこで、プローブ針先端をＸミリメートル低くするには、技術者はプローブ針の先端２０５からＲミリメートルの点にβ＝Ｘ／Ｒラジアンの調整を加える必要がある。しかし、図６（Ｂ）に示したように、プローブ針をβラジアンだけ調整するとプローブ針のこすり角度もβラジアンだけ変化する。したがって、調整を行った場合、調整点がプローブ針の端に近ければ近いほどプローブ針のこすり角度の変化も大きくなる。そこで、調整点がプローブ針の端から遠いほどプローブ針のこすり角度の変化は小さくなる。
【００４３】
図６（Ａ）において点６０１がプローブ針／ブレード接合部２０４の近くにあるとすると点６０３は点６０１と針先端２０５の中央であるプローブ針のテーパ部の開始部分にあり、点６０５は点６０３と針の先端２０５の中央であるプローブ針のテーパ部の中央近くにある。プローブ針先端２０５をＸミリメートル低くするには技術者は点６０１において、
β＝Ｘ／Ｒ
＝Ｘ／Ｒ₆₀₁ラジアン
の再平面化のためのひねりを加える。上の式においてＲ₆₀₁は点６０１からプローブ針先端２０５までの距離である。このように、プローブ針のこすり角度はＸ／Ｒ₆₀₁ラジアンだけ変化する。図６（Ａ）にはその結果の円弧６００が示されており、これは、ブレード／プローブ針接合部２０４においてまたはその近くで曲げることにより達成された。ブレード接合部近くの点６０１における曲がりは現在利用可能な標準ツールでは達成することが難しい。
【００４４】
技術者が点６０３においてひねりを加えると、プローブ針のこすり角度はＲ₆₀₃を点６０３から針先端２０５までの距離とした場合、β＝Ｘ／Ｒ₆₀₃ラジアンだけ変化する。しかし、点６０３は点６０１とプローブ針先端２０５の中心にあるためＲ₆₀₁＝２Ｒ₆₀₃となる。したがって、点６０３で調整を行うと点６０１で調整を行った場合と比較してプローブ針のこすり角度の変化は２倍になる。同様に、Ｒ₆₀₁＝２Ｒ₆₀₃＝４Ｒ₆₀₅であるため点６０５で調整を行うと点６０３で調整を行った場合と比較してプローブ針のこすり角度の変化は２倍になり、点６０１で調整を行った場合と比較すると４倍になる。円弧６０２と６０４はプローブ針のテーパ部開始点である点６０３とプローブ針のテーパ部の中央６０４の点６０５における曲げの結果を表している。図６（Ａ）と（Ｂ）から分かる通りプローブ針先端２０５近くで小さな調整を行っても先端のこすり角度には大きな変化が現れる。
【００４５】
重要なテーパ部にひねりを加えるとプローブ針の力定格や弾性係数に大きく影響する。プローブ針はプローブ針の最も弾力性のある部分がテーパ軸になるように製造されている。技術者がテーパ部に圧力を加えるたびにプローブ針の力定格は非可逆的に変化する。図５（Ａ）−（Ｃ）に示したように、プローブ針の力定格が上昇すると、針の先端はボンディングパッドを深くこすりすぎる結果となり、力定格が低下すると針の先端のこすりが不十分で適切な電気的接触が得られない。
【００４６】
従来技術のひねりツールのもう一つの欠点はこれらのツールにより行われた調整がプローブ針軸の分散円弧曲がりとなることである。換言すると、調整中技術者はツール使用点と程度は異なるが針の軸全体でプローブ針を曲げていることになる。針の軸全体を曲げるとプローブ針の力定格が変化し、プローブ針が調整を保持する能力が低下する。従来技術のひねりツールを用いるとプローブ針とボンディングパッドの間の不十分な接触を理由とするウェーハ歩留りの低下と押しのけられたりはみだしたプローブ傷，プローブ針の再位置合わせサイクルの回数増加，ウェーハ試験結果の不安定さにつながる。
【００４７】
本発明は従来技術の欠点を克服するものである。本発明はプローブ針の一番太い非テーパ部分に配置した場合にのみぴったりと適切にフィットするため、技術者がプローブ針を適切な位置で調整しやすくなる。本発明はプローブ針の調整「ひねり」をプローブ針の非テーパ部分がアンカー点に接触する点に加え易くするものである。図６に示したように、片持ちアンカー点６０１近くで発生するひねりはこすり角度にはほとんど影響しない。したがって、本発明を用いて調整を行うと従来技術と比較してこすり角度に与える影響はかなり小さくなる。
【００４８】
プローブカード針のひねりツールの実施例を図７（Ａ）−（Ｃ）に示した。図７（Ａ）は実施例の正面図である。平行で均一の３個の円筒７０１−７０３がオフセットレバー７０４の基部に垂直に取りつけられている。円筒の一つ７０３はレバー７０４の端にあり、他の２個の円筒７０１と７０２はレバー７０４の両側に底部の円筒７０３から等距離の位置にあり、３個の円筒は三角形を形成している。３個の円筒７０１−７０３は３個の円筒の中心を結ぶと三角形を成すように配置されている。上の２個の円筒７０１と７０２と底部の円筒７０３との間の間隔７０５はプローブ針の一番太い非テーパ部分の高さと同じである。個々の円筒はプローブ針の水平最大幅より長い。レバー７０４は下の円筒７０３と並び上の円筒７０１と７０２の間に配置されている。
【００４９】
図７（Ｂ）は実施例の側面図である。円筒に取りつけられていないレバー７０４の端は垂直から角度７０６だけオフセットされている。レバーはツールの開いた面から曲げられている。上の円筒７０１と７０２は平行で同一平面にある。図７（Ｃ）は実施例の透視図である。
【００５０】
実施例ではツールは焼き入れ工具鋼で作られている。ハンドル７０４の長さは約５.２５cm（約２・１／４インチ）である。上の２個の円筒７０１と７０２と下の円筒７０３の間の間隔部７０５の間隔は一般的なプローブ針の非テーパ部分の高さ９０３に合わせるため０.２５mm（０.０１０インチ）に等しくなっている。円筒間の間隔はＢｅ−Ｃｕなどから作られた大きな針に合わせて０.３０mm（０.０１２インチ）にすることもできる。個々の円筒の長さはおよそ０.２５mm（０.０１０インチ）−０.３０mm（０.０１２インチ）（針の幅に合わせて）で、直径は０.３０mm（０.０１２インチ）−０.３７５mm（０.０１５インチ）である。ハンドル７０４は、プローブ針先端の同一平面性を観察するために技術者が使う顕微鏡などの様々な試験装置の邪魔にならないよう、垂直から３７°という角度７０６だけオフセットされている。
【００５１】
ツールがプローブ針の非テーパ部に正しく配置されると、ツールはプローブ針を上下にひねるためＸ−Ｚの方向に回転させられる。側面から見るとこのことは飛び出しているツールハンドルが時計回りまたは反時計回りに移動することを示している。ツールハンドルをブレードや取付け台に向かって動かすとプローブ針が上に調整される。ツールハンドルをブレードや取付け台とは反対の方向に動かすとプローブ針は下方に調整される。図９に示したように、本発明は「よじれ」またはポイントベンド９０２をプローブ針軸に取り入れている。ツールが針取付け台に近いほど「よじれ」はアンカー点６０１を備えた針接合部の方に置かれる。
【００５２】
また、プローブ針全体に分散円弧曲がりをかけた従来技術とは異なり、本発明はプローブ針の非テーパ部にのみ「よじれ」またはポイントベンドを加える。したがって、本発明によるプローブ針調整はプローブ針の力定格や弾性係数にはほとんど影響せず、プローブ針がひねり調整を保持する能力に影響を与えない。また、本発明により調整されたプローブ針は長期間にわたってその位置を保ち、プローブ針先端における圧力を適切に保ちボンディングパッドとの充分な電気的接触を継続して得ることができる。
【００５３】
ブレード／プローブ針接合部はこの点でプローブ針をひねるとプローブ針のこすり角度や力定格に与える影響を最小に抑えられるため調整曲げを加えるには望ましい箇所である。本発明を適切に使用するには調整曲げをプローブ針の一番太くて強い非テーパ部分にかけプローブ針のもろいテーパ部には加えないことである。プローブ針の太い部分に「よじれ」曲げを加えるのは現在利用可能なひねりツールを用いては非常に困難である。本発明を用いて調整するとプローブ針は長期間にわたって調整が保持できる。このように調整が長続きするため再同一平面化サイクルの時間が長くなる。したがって、本発明により試験過程の統一性が改善しラインアイテムの性能，サイクル時間，はみだしプローブ，ゲート不合格の発生，ウェーハ歩留り，再加工，ワイヤボンディング，全体的な品質などほかの分野にもプラスにはたらいてプローブ針調整をさらに正確に行うことができる。
【００５４】
本発明を用いてプローブ針をひねるためには、図９に示したようにツールはプローブ針軸２０２の非テーパ部が上の２個の円筒７０１と７０２と下の円筒７０３の間にフィットするように配置する必要がある。上の２個の円筒７０１，７０２はプローブ針軸２０２の上に配置され、下の円筒７０３はプローブ針軸の下に配置される。ツールのハンドル７０４はプローブ針軸２０２に対して垂直である。ツールはプローブ針２０２がプローブカードブレード２０１に取りつけられている点になるべく近い点に配置されている。上下の円筒の間隔部７０５の間隔はプローブ針の非テーパ部の垂直高さ９０３と等しいため、ツールはプローブ針軸がブレード近くに配置されればプローブ針軸のまわりにうまくフィットする。ツールはプローブ針軸の細いテーパ部に置かれてもフィットしない。ツールにこのような性質があるため技術者はプローブ針の重要なテーパ部から離れた正しい位置でプローブ針をひねりやすくなる。技術者の作業の均一性の達成も容易になる。
【００５５】
本発明のもう一つの実施例を図１１に示す。プローブ針のこすり傷の適切な発見とモニターを容易にするためこの実施例は２つの分析パターンを備える特殊なビルド分析ウェーハ１１０１から構成されている。このウェーハは集積回路ウェーハによく似ている。特殊ウェーハ１１０１の中心には固いクロムの針配置パターン１１０２があり、プローブカード製作中にボンディングパッドを損傷せずに針を繰り返し配置することができる。配置パターンの周囲にはさらに多数の柔らかいアルミニウムのこすりターゲットパターン１１０３があり、これによりこすり傷の足跡分析を正確に効率よく行える。
【００５６】
本発明の一つの実施例の針配置パターン１１０２の一つを図１２に示す。配置パターン内の個々のビルドターゲット１２０１は「肉太の」プラス記号の形をしている。プローブ針軸２０２によってパターンが曖昧にならないよう、ビルドターゲット１２０１は回転させてある。ビルドターゲット１２０１がプラス記号のデザインになっているため、プローブカード技術者は、これを視覚的補助としてプローブ針先端２０５を配置し、パターン１１０２の中心でビルドターゲット１２０１と最初の接触を行う。
【００５７】
図１３に示した通り個々のビルドターゲット１２０１はその中心が実際のウェーハボンディングパッドの幅のおよそ１／３の地点に位置するように予め設定されている。プローブ針先端２０５をビルドターゲット１２０１の中心１３０１に置くことによりプローブ技術者は一貫して正確にプローブ針を置くことができ、実際のウェーハのプローブの際にプローブ針がボンディングパッドの幅の１／３の点（点１３０３）を開始点としてウェーハボンディングパッド１３０２をこすることができる。ビルドターゲット１２０１は実際のウェーハボンディングパッド１３０２の座標から１３０４だけオフセットされている。
【００５８】
ビルドウェーハは完成品として試験する前に（設計者のボンディングパッド座標に基づいて）注文して製造することができる。プローブカードは製品がラインに来る前に製造してチェックすることができるため、新設計を市場に出す時間を短くすることができる。個々のビルドターゲットはこすりに強い固い金属（クロムなど）でできている。取付け過程に実物のウェーハを使用（そして駄目に）する代わりに、技術者はこの固いビルドターゲットを再使用することができ試験と製造のコストを下げることができる。ビルドウェーハは繰り返し使用してもパッドの損傷や曖昧化は起こらない。また、ボンディングパッド中心からの理想的な距離をオフセットしてビルドターゲットに予め設定することにより、プローブ針を自動的に一定して配置することができる。
【００５９】
図８はプローブ針のこすりターゲットの一つと分析パターン１１０３を示したものである。実施例では個々のこすりターゲット８０１は「格子縞」のような交差線である。個々のプローブ針が一つの方向の線に対しては直角にもう一つの方向の線に対しては平行にこするよう個々のこすりターゲット８０１は回転されている。実施例ではこすりターゲットの個々の線は柔らかい金属（たとえばアルミニウム）でできており、プローブ針にこすられることにより壊される。交差線は所定の間隔で正確に並んでいる。実施例では線の間隔は０.０１２５mm（０.５ｍｉｌ）であるがこれ以外の間隔でもよい。
【００６０】
プローブカードの足跡分析中、技術者はビルドウェーハ上に位置するこすりターゲットの一つと分析パターン１１０３にプローブカードを降ろす。指定されたオーバートラベルを行い、その結果生じたアルミニウム線のずれの位置と大きさを分析して計数する。こすり動作により切断された線の数が所定の許容限界の範囲外にあるとこすり傷は許容範囲にないとされ、プローブ針は調整される。傷の位置が許容範囲外にあれば同様にそのこすり傷は許容範囲にないとされプローブ針は再調整される。
【００６１】
たとえば、理想的なこすり傷の長さが０.０３５mm（１.５ｍｉｌ）で個々のこすりターゲット１００１の線間隔が０.０１２５mm（０.５ｍｉｌ）とすると、技術者は、個々のプローブ針のこすり傷により破壊される線が２本以上４本以下になるようにプローブ針を調整するよう指示される。技術者は顕微鏡を使って個々のこすりターゲット１００１を検査し、本発明のひねりツールを用いてすべてのこすり傷がこの範囲におさまるよう個々のプローブ針の調整や交換を行う。
【００６２】
同一平面性チェックでは良好なこすり傷の一定パターンを保証できないが、本発明のこすりターゲットにより単に同一平面性チェックするよりはるかに優れているこすり傷分析ができる。こすりターゲットやビルドターゲットには様々なパターンや金属を用いることができるがこれにより本発明の精神や範囲から逸脱するものではない。たとえば、こすりターゲットには目玉パターン，市松模様，円形パターン，ストライプパターンなどを使うことができる。こすり傷を正確に分析できればどんな媒体を用いてもよい。計数線や距離メータを備え、非反射性の色（または黒）で縁取られた一般的な銀ウェーハやプレートであれば、パッド座標やコンピュータ設定の必要もデリバー遅れ時間もなく、こすり傷分析ができコスト削減ができる。同様に、ビルドターゲットには様々なターゲットオフセット距離やパターンを使うことができ、それにより特定の検査や先端の大きさ／形の要件にしたがって、異なる結果を得ることができる。
以上、プローブ針先端の同一平面性を調整するためのプローブカード針の取付け，検査，調整の方法と装置について説明した。ここでは、特定の実施例，材料，デザイン，部品，サイズを用いて説明したが、本発明はこのような特定の例に限定されるものではない。本発明の発明的特徴を含むそのほかの実施例は技術精通者には明らかであろうし本発明の範囲内に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プローブカード装置の概要図。
【図２】プローブカードアセンブリの概要図。
【図３】半導体回路のボンディングパッドを構成する様々な材料の層の模式図。
【図４】プローブ針のこすり角度を変えてつけたボンディングパッドのこすり傷の模式図。
【図５】プローブ針の力定格を変えてつけたボンディングパッドのこすり傷の模式図。
【図６】プローブ針の３つの調節点におけるこすり角度と力定格の違いを示した説明図。
【図７】本発明の実施例の概要図。
【図８】実施例のこすりターゲットパターンの一つの平面図。
【図９】本発明をプローブ針に応用した概念図。
【図１０】異なる２つのプローブ針位置による２つのこすり傷を示す模式図。
【図１１】本発明の実施例のビルドウェーハの平面図。
【図１２】実施例のビルドターゲットパターンの一つの平面図。
【図１３】実施例のビルドターゲットのオフセットの模式図。
【符号の説明】
２０１金属ブレード
２０２，１００１，１００３プローブ針
２０３インターフェース
２０４肩
２０５プローブ針先端
３００，１３０２ボンディングパッド
３０１パッシベーション層
３０２酸化アルミニウム及び汚れの層
７０１〜７０３円筒
７０４ハンドル
９０２ポイントベンド
１００６ボンディングパッド縁部
１２０１ビルドターゲット

Claims

半導体ウェーハ試験に用いるテーパ部分を有するプローブ針を調整するためのプローブ針調整ツールであって：
該プローブ針調整ツールは、
細長部材であるレバーと該レバーの一端に形成された基部を具え；
前記基部の一方の面に対して垂直に３本のプローブ針把持部材が設けられ；
前記３本のプローブ針把持部材により前記プローブ針の一番太い非テーパ部分の高さと同じ間隔を有する間隔部が形成されており；
前記３本のプローブ針把持部材は円筒形状であり；
前記レバーは前記プローブ針把持部材が設けられた前記基部の一方の面の延長面から離間する方向にオフセット角を有して形成されている、プローブ針調整ツール。
全てのプローブ針把持部材の長軸が同一平面にない、請求項１記載のプローブ針調整ツール。
一つのプローブ針把持部材の長軸が他の２つのプローブ針把持部材の長軸から等距離にある、請求項１記載のプローブ針調整ツール。
各々のプローブ針把持部材の長軸がその他のプローブ針把持部材の長軸から等距離にある、請求項１記載のプローブ針調整ツール。
一つのプローブ針把持部材の長軸が前記細長部材と同一平面にある、請求項１記載のプローブ針調整ツール。
前記プローブ針調整ツールが金属製である、請求項１記載のプローブ針調整ツール。
細長部材であるレバーと該レバーの一端に形成された基部を具え、前記基部の一方の面に対して垂直に円筒形の３本のプローブ針把持部材が設けられ、前記３本のプローブ針把持部材により前記プローブ針の一番太い非テーパ部分の高さと同じ間隔を有する間隔部が形成されたプローブ針調整ツールを用いるプローブ針調整法であって：
前記プローブ針調整ツールの前記間隔部を前記プローブ針の長手方向に沿うように前記非テーパ部分の所定箇所に取付け；
前記所定箇所を回転中心として前記レバーを回転させることで前記プローブ針を回動させる；
プローブ針調整法。
前記所定箇所が、前記一番太い非テーパ部分の前記プローブ針の先端から最も遠い部分である、請求項７記載のプローブ針調整法。