CN1166957C

CN1166957C - 半导体器件测试用探针及其制造方法和使用它的探针装置

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Publication number: CN1166957C
Application number: CNB981166024A
Authority: CN
Inventors: 前川滋树; 伸; 竹本惠; 弘; 三木一伸; 裕; 加纳睦; 长田隆弘; 加柴良裕
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: EP0893695A2; DE69832110D1; EP1621893A1; KR19990014174A; KR100276422B1; US6888344B2; US6646455B2; DE69837690T2; DE69832110T2; EP1351060A2; DE69832010D1; EP0893695A3; EP1621893B1; DE69837690D1; EP0893695B1; CN1213083A; TW373074B; EP1351060A3; DE69832010T2; US20030090280A1

Abstract

本发明揭示一种半导体器件测试用探针及其制造方法和使用它的探针装置，探针前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与测试点表面形成的角度在15度以上，而且探针前端形成为球状曲面，设其曲率半径为R、测试点厚度为t，当设按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，上述球状曲面为满足θ＝cos^-1(1-t/R)≥15°关系的曲率半径R的球状曲面，而且在探针前端设有平坦部分。

Description

半导体器件测试用探针及其制造方法和使用它的探针装置

技术领域

本发明涉及对半导体基片上形成的半导体集成电路进行工作测试用的探针及用于清除附着在该探针上的例如金属、金属氧化物及妨碍电接触的污染物等的清除构件。

背景技术

如图22A所示，以往的探针，将前端变成钩形的探针202安装在上下运动的探针卡201上，在压紧接触半导体集成电路的测试点(下面称为测试点)时，戳破测试点表面的氧化膜，与测试点新露出的表面完全接触(电接触)，进行测试(探测)。图22B示出了在进行该探测时的探针前端的样子。为便于说明，按其大小等画成模型图。如图22B所示，以往的探针202的前端200，本来其前端或加工成平面，或即使有意加工成球状曲面，但使其曲面接近球状时的曲率半径R较大，在20～30μm以上，因而，例如在探测时，首先前端整个平面部分接触，隔着测试点203表面的氧化膜204或表面的污染物进行探测。随着探针202压紧接触测试点203，则测试点203表面的氧化膜204的一部分被戳破，产生完全电接触的导通部分206，进行导通测试。但是，在重复进行探测时，探针202的应力最大的“脚后跟”部分205就不断堆积氧化膜204，与测试点203真正接触的面积减少，导致导通不稳定。因此，如特开平6-8560号公报所揭示，利用在探针前端加以振动以得到可靠的电接触。

另外，探针202所使用的钨材料是粉末烧结体，由于材料内部存在缺陷，因此作为探针202加工其前端形状时，其表面出现材料缺陷(空洞)。铝等测试点材料进入该探针202端面出现的材料缺陷中，形成附着核，附着物增加，使得接触电阻增大。

因此，例如日本特开平5-140613号公报中对钨材料进行热处理以去除材料缺陷。

另外，探针202成为半导体集成电路基片电气特性测试的测试仪及半导体集成电路之间进行电信号交换的接口，该探针压紧接触，使得刮掉半导体集成电路的铝合金测试点203。因此，在探针202的前端附着了被刮削下来的测试点203的材料铝及铅的氧化物或测试点203表面残留的污染物。所以，如果不从探针202的前端除去该附着物，则探针202与测试点203之间的接触电阻增加，因此不能正确测量半导体集成电路的电气特性。另外，若在探针202的前端堆积附着物的状态下长期使用，则接触电阻将随着时间而增大。

因此，每进行规定次数的探测之后，要对探针202的前端进行清洁工作以除去异物。

例如在日本特开平7-244074号公报中揭示，在具有弹性的母材中混合研磨用的微粒研磨剂，形成片状作为研磨片，将该研磨后安装在实现半导体集成电路与探针接触动作的探针装置的基片移动台上代替半导体基片，将基片移动台上下移动，使探针前端压紧在研磨片上，通过在探针前端表面与研磨片内分散的微粒研磨剂之间的接触摩擦，除去附着在探针前端的异物。以往的探针具有如上所述的结构，如图22B所示，在进行电气特性测试时，探针202的前端200与测试点203的真正接触面积(导电部分206)常常非常小，不能得到充分的导通。

另外，探针202的钨材料内部有空洞缺陷，为了消除缺陷可考虑采用热处理，但问题是，若进行再结晶温度以上的热处理，则探针202的材料将变脆。

另外，用来除去以往的探针202前端附着的异物的研磨片，是在具有弹性的母材中混合微粒研磨剂而形成的，由于探针202的前端200在压紧研磨片表面时产生变形，因此有时会如图23所示，探针202的前端200插入母材210中，这样在遍及图中虚线所示范围内均被微粒研磨剂211研磨，在重复实施清洁处理时前端变得细小，最后出现强度不够而弯曲或折断等问题。

发明内容

本发明提供探针的用于解决前述存在的问题，其探针前端与测试点的真正接触面积较大，能得到可靠的电接触。

本发明的目的在于提供能防止探针前端变得细小、能够延长使用寿命的探针前端附着异物去除构件。

本发明的一种半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其中，所述探针的前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与所述点表面形成的角度为15度以上，而且探针前端形状为球状曲面，设其曲率半径为R、测试点的膜厚为t、按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，所述球状曲面为满足θ＝cos^-1(1-t/R)≥15°关系的曲率半径R的球状曲面。

本发明的一种半导体器件测试用探针的制造方法，该半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其中，所述探针由粉末状原料烧结而成的线状金属材料制成，在非氧化性气体氛围中，在所述金属材料的再结晶温度以下的温度范围内，对所述线状金属材料进行一边加热一边加压，从而在不损坏针状结晶组织的情况下消除所述金属材料内部的结晶晶粒边界附近的空洞。

本发明的一种探针前端附着异物除去构件，包括树脂构件、在所述树脂构件表面成膜的金属构件、以及在所述金属构件表面成膜的陶瓷构件，将探针前端紧压在所述陶瓷构件的表面上以除去附着的异物，所述树脂构件具有使得所述陶瓷构件的表面沿所述探针前端面产生变形的弹性形变特性，所述金属构件具有能够防止探针前端穿透树脂构件的拉伸强度，所述陶瓷构件具有该陶瓷构件由于弯曲而产生裂纹或剥落的厚度以下的厚度。

本发明的一种探针前端附着异物除去构件，包括杨氏模量为100～400Kgf/mm²的树脂构件、在所述树脂构件表面上形成的具有20Kgf/mm²以上的拉伸强度、厚度为50～150埃薄膜的金属构件、以及在所述金属构件表面上利用5μm以下厚度的镀镍层分散粘接的、粒径比所述镀镍厚度要小的陶瓷粒子。

本发明的一种测试半导体器件的探针测试装置，具有上述测试用探针；将所述探针的前端压紧在所述半导体装置的测试点上的装置；将所述探针的前端部在所述测试点上滑移的装置，使得所述探针的前端部与所述测试点之间电气导通；使用所述半导体器件的电气信号对所述半导体器件的工作进行测试的装置。

附图说明

图1A和图1B表示本发明实施形态1的探针与测试点的状态说明图。

图2表示本发明实施形态2的探针与测试点的关系图。

图3表示本发明实施形态2的探针在铝测试点上划出的探针痕迹。

图4表示本发明实施形态3的探针与测试点的关系图。

图5A和图5B表示本发明实施形态4及5的探针和探针与测试点的关系图。

图6A图6B和图6C是本发明实施形态6的探针制造方法说明图。

图7A和图7B表示本发明实施形态6的探针对测试点产生的应力的说明图。

图8A和图8B是利用SEM对本发明实施形态7的探针及一般的探针组织拍摄的照片。

图9表示本发明实施形态7的探针与测试点的关系图。

图10表示本发明实施形态8的探针。

图11表示本发明实施形态9的探针装置的结构剖视图。

图12表示本发明实施形态10的探针装置的结构剖视图。

图13表示本发明实施形态11的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图14表示本发明实施形态12的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图15表示本发明实施形态13的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图16表示本发明实施形态14的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图17表示本发明实施形态15的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图18表示本发明实施形态16的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图19表示本发明实施形态17的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

图20表示本发明实施形态18的探针前端附着异物除去构件的构成平面图。

图21表示沿图20的线XXI-XXI的剖视图。

图22A是以往的探针装置说明图。

图22B表示以往的探针与测试点的状态说明图。

图23表示探针前端附着异物除去构件在研磨时与探针的关系的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明实施形态进行说明。

实施形态1

图1A及图1B表示本发明实施形态1的探针与测试点的状态说明图。在图中，1为探针，2为测试点，3为测试点2的结晶取向，4、5、6为滑移面，7为探针前端面的切线方向矢量，8为在测试点2表面形成的测试点表面氧化膜，9为氧化膜附着部分，10为电气导通部分，11为切断。如图1(b)所示，探针1与测试点2的电气导通，在探针时是通过将测试点2切断变形、戳破表面氧化膜8、得以与测试点新露出的表面接触而实现的。能引起切断变形的角度由溅射时的取向决定。例如对铝测试点，如图1A所示可知，溅射时测试点2的结晶取向3与(111)一致，即所谓C轴取向。该(111)的滑移面4与测试点表面之间形成的角度为0度。另外，在其他的滑移面中，与测试点表面形成角度最小的滑移面5为(110)、(101)及(011)，其角度为35.3度。如果只有在滑移面的角度能引起切断，则应该只有在0度或35.3度这比较分散的角度值引起切断。但是，根据实验结果可知，并不是在比较分散的角度值、而是在各种角度情况下切断。这是由于，沿上述滑移面4及上述滑移面5的切断加以组合产生图1B所示的切断11。通过实验证明，能产生切断的最小滑移面6的角度为15度，稳定产生切断的滑移面角度为17度。因而，若探针前端形状为探针前端切线方向向量7与测试面表面形成的角度在15度以上、最好在17度以上，则能够戳破测试点2表面的氧化膜8，与测试点新露出的表面接触，得到充分的电气导通。

实施形态2

对于上述实施形态1所示的前端形态的探针1，如图2所示，将探针1的前端面形状形成半径R的球状曲面时，若设测试点2的膜厚为t，在测试点表面探针前端曲面的切线方向与测试点表面形成的角度为θ，则对于R、θ及t，存在下列关系

R-R cosθ＝t

因此，若将探针1前端形状设计成满足

θ＝cos^-1(1-t/R)≥15°关系的球状曲面形状，则能够以较小的力柔和地使测试点切断变形。另外，为了便于理解及说明测试点材料产生切断变形的滑移面角度与探针前端形状的关系，将探针1的前端面形状作为球面加以图示及说明，但实际上没有必要是完全的球面，如果是近似球面的曲面形状，也能够有效果。

上述前端面形状，如图6A所示，可以通过将探针1反复扎进由合成树脂62将研磨磨粒61结成块状的研磨板63而形成。例如，钨探针前端开始为平面状，通过对由硅橡胶及#3000粒度号的金刚石磨粒大致按1∶3重量比构成的上述研磨板扎刺3000～4000次，形成R为15μm左右的球状曲面。再通过对采用#6000～10000的上述研磨材料金刚石磨粒的研磨板扎剌几百次，可以提高探针1前端面的光洁度，大约在1μm以下。

图3所示为使用该探针1在铝构成的测试点2上划出的探针痕迹。可知，由于铝31为层状构造(层状薄片lamellar)，因此探针1使测试点2连续产生切断变形。上述层状构造层叠的测试点2的厚度超过0.8μm，在测试点2上形成突起。上述测试点2的突起部分，在从外部对测试点进行引线焊接时，起到了测试点与引线的接触连接点的效果，有望能够提高焊接时间与焊接强度。另外，还观察到表明探针前端面与测试点2的接触部分延展性破坏的凹陷波纹32，因此可知，探针1的前端与测试点2之间新露出的表面互相接触。采用该探针进行导通试验结果表明，超过20000次的接触中，基本上没有发生导通不良。

另外，在本实施形态中，作为测试点的材料是以铝为例，但测试点材料若是与铝有同样滑移变形(切断变形)的材料，则能够得到同样的效果。例如可以采用金、铜、铝与铜的合金、铝与硅的合金。

实施形态3

如图4所示，对于探针前端形状为球状曲面的测试用探针，当设由于上述探针1与测试点2接触而形成的探针痕迹宽度为W时，与探针1前端曲率半径R的关系为

(W/2)²＝R²-(R-t)²

因而可表示为

R＝(W²+4t²)/8t

也就是说，通过监视探针痕迹的宽度能够求出探针前端的曲率半径R，能够对探针形状进行管理。例如，现有测试点2的厚度为0.8μm时，若用光学显微镜观察测试点上划出的探针痕迹宽度W的结果为9μm，则可知探针1前端的曲率半径大致为13μm。这样，通过用光学显微镜观察探针痕迹，测量其宽度，就能够容易地对探针1的前端形状进行管理，可以省掉以往将探针装置仔细地取下来、离线对探针1前端进行检查的工序。

实施形态4

图5表示本发明实施形态4的探针。使用叫做探测器的装置用来进行使探针与测试点接触的动作。为了对探针定位，上述探测器不同种类中有的类型采用光学识别探针前端进行定位。在实施形态1所示的探针前端曲率半径为几μm左右的情况下，探针前端为球状曲面，由于观测探针前端的光学系统焦深较浅，因此有时不能识别图像，不能自动对准位置。所以，在本实施形态中，如图5A所示，在探针前端设置平坦部分51。这样，能改善探针前端的图像识别，能缩短自动对准装置的时间。

另外，该平坦部分51即使不是完全的平面，但只要是具有焦探为3～6μm左右的光学系统能够识别的平坦度的平面、或具有大曲率半径球状曲面即可。

实施形态5

对于上述实施形态4的前端形状探针，如图5B所示，当设探针前端球面部分52的曲率半径为R、探针前端平坦部分51的半径为r、测试点的膜厚为t、在测试点表面探针前端球面部分52的切线方向与测试点表面形成的角度为θ时，存在下述关系

(R²-r²)^1/2-R cosθ＝t

因此通过加工成满足

θ＝cos^-1{[(R²-r²)^1/2-t]/R}≥15°

关系的曲率半径R的球状曲面，测试点能够切断变形，探针前端能戳破测试点表面的氧化膜，与测试点新露出的表面接触，得到完全的电气导通。

这里，为了对探针前端形状进行与实施形态3相同的管理，只要根据下述关系

(W/2)²＝R²-[(R²-r²)^1/2-t]²

进行同样的管理即可。

实施形态6

对于上述实施形态4的前端形状的探针，如图5A所示，设置光滑连接平坦部分51及球面部分52的曲面53。利用曲面53使球面部分52与平坦部分51形成连续形状的探针，首先如图6A所示，反复使探针1扎刺由合成树脂62将研磨磨粒61结成块状的研磨板63，探针前端形成具有曲率半径R的球状曲线52。其次，如图6B所示，通过蹭擦比探针1刚性要高的陶瓷板64，设置平坦部分51。然后，再通过比探针1刚性要低的研磨板(磨光机)65的研磨，用光滑的曲面53将平坦部分51及球状曲面部分52连接。这样，能够减少对测试点2的应力集中，减轻测试点2或测试点2的下层的损伤。图7A和图7B表示作用在测试点2的应力分布图，图A和图7B分别表示用研磨板65研磨前后的状态。

如图3所示，若使用上述实施形态1～6的探针1，则测试点材料显示出典型的变形形态。在探针前端部分产生连续的材料切断变形，测试点材料的排斥痕迹形成层状堆积构造(层状薄片构造)31。测试点材料的变形阻减少，其结果也使测试点层的下层应力负荷减轻。另外，由于这样在测试点上形成层状堆积的突起部分，能促使对测试点进行引线焊接时的连接核的形成。其结果，焊接时超声波加振时间只要较短即可，并有可能提高焊接强度。

实施形态7

图8表示为了显示本发明实施形态7的探针与一般探针之不同点，而在各钨探针的断面实施腐蚀后用SEM(扫描电子显微镜)拍摄的照片。图8A为一般的的钨探针组织，图8B为上述钨探针进行热处理后的组织。由于钨探针为烧结体，因此烧结后的材料中含有空洞。为了消除该空洞，将烧结后的材料通过机械加工进行压延，再进行拉丝加工，形成针状结晶组织，但即使这样，还有1～2％的空洞(空隙)。因此，为了消除该空洞，想要进行热处理，但若在钨材料再结晶的温度区域进行热处理，则上述钨材料的针状结晶组织被破坏，钨的本来的材料强度就丧失。因此，在本实施形态中，在较低的温度下从外部加高压，利用温度与压力的共同作用效果，消除钨材料内部的空洞。像探针那样经拉丝加工的金属材料在材料内部残留了相当大的加工应力(剩余应力)。可以认为，由于该加工应力的作用，特别是晶粒边界附近的随机取向的金属原子其化学位能很高，在比较低的温度下上述金属原子也发生移动。

因此，当该具有较大加工应力的金属材料处于较低温度下、金属原子移动时，再从外部加以静压，就能实现消除上述金属材料内部晶粒边界附近空洞的目的。因而，作为热处理条件，采用材料的再结晶温度以下，压力采用上述金属材料堆积收缩的压力以上，其处理时间采用被处理的金属材料基本达到停止体积收缩为止的时间，具体来说，处理温度为300℃～600℃，处理压力为200～2000大气压，处理时间为0.5～5小时，在这样条件下进行热处理，空洞急剧减少。根据实验证明，在上述热处理条件范围中，特别是当处理温度为500℃、处理压力为1000大气压以上、处理时间为1小时以上时，空洞急剧减少。另外，关于压力条件，压力越高，能以更短的处理时间完成，但2000大气压是压力装置的界限。通常，为了消除材料内部的空洞缺陷，在材料的再结晶温度(通常为该材料熔点温度的40～50％)附近以上的温度下加高压进行热处理(称为HIP处理)，而在本实施形态情况下，例如与钨的熔点3400℃相比，大约在低一个数量级的温度下进行热处理，能够消除空洞。

可以发现，通过该热处理，结晶取向明显集中在探针材料进行拉丝的方向，利用这一效果可以知道，对探针前端加工时的腐蚀或研磨率比较均匀，能够将探针前端加工成非常光滑的平滑表面。其结果，氧化物难以附着在探针前端，能够在探针时有良好的电气导通性能。

另外，如表1所示，机械性质也均匀(杨氏模量的离散性，在处理前为18.8～25.2×10³Kgf/mm²，而处理后为22.3～26.3×10³Kgf/mm³)因而将上述探针安装的探针卡上进行探测，就能够减少考虑到探针的离散性而施加的多余的过压载负荷。

表1

	拉伸负荷	杨氏模量
	拉伸负荷	杨氏模量	样品	gf	×10³Kgf/mm²
热处理前样品	12.800	18.8	样品	gf	×10³Kgf/mm²
	12.800	18.8	12.960	25.2
	13.060	18.8	12.960	25.2
	13.060	18.8	热处理样品	13.520	22.3
13.800	23.8			13.520	22.3
13.800	23.8	13.840		26.3

另外，由于探针前端表面能够加工得很光滑，因此可以减小与探针接触的测试点的材料之间的摩擦系数，以往的探针前端形状为曲率半径在20～30μm以上的球状曲面，即使这样，测试点材料因探针前端的滑动，测试点材料在探针前方被挤出，可以知道能得到电接触电阻变小且稳定的效果。

因而，使用对该探针进行热处理的材料，通过构成实施形态4及5的探针前端形状，能够在稳定的电接触电阻状态下进行探测及对探针前端位置进行自动识别，因此能够大幅度地减少测试时间及测试成本。

再通过对该探针的热处理，即使是以往的探针前端形状也能实现接触电阻稳定。

例如，图9表示探针前端部分与测试点接触时探测情况的模型。探针1，其前端形状为球状曲面，其曲率半径为R，与球状曲面相连的杆的直径为D，当上述探针1以例角α与厚度为t的测试点2接触时，上述探针1的杆与球状贡面相交的交线与上述测试点2的底面之间最大的距离设为H，则为了满足

H＝R-R sin(β-α)≥t

(式中β＝cos^-1(D/2R))的接触条件、而且使测试点材料切断变形，必须要实施形态1所示的条件。但是，通过将上述探针1置于非氧化性氛围中，使处理温度为上述金属材料的再结晶温度以下，提高上述非氧化性气体的压力，上述金属材料的体积将随着时间而收缩，在这样条件下加压以消除材料缺陷，就能够对探针1的前端表面施行非常光滑的精加工。其结果，减小了测试点材料与探针1前端表面的摩擦系数，如果是图9所示的接触状态，则测试点材料向前方被挤压，用探针1的前端表面能够与测试点材料新露出的表面接触。可以知道，由于该处理热的效果，即使使用以往的探针1的前端形状也能够稳定接触。

实施形8

图10表示本发明实施形态8的探针。则于探测时探针90的前端与测试点2的接触面产生切断变形，有时为1000℃以上的高温。由于钨在高温下非常容易氧化，为了防止氧化，在进行实施形态7所示热处理的探针90前端部分电镀或蒸镀一层膜厚为0.01～0.1μm的Pt、Ir、Rh、Au、Cd或其合金构成的表面复盖层91。采用装有该探针90的探针装置进行探测，在探针90的前端难以附着氧化物，能够实现电气导通良好的探测。

实施形态9

图11表示本发明实施形态9的探针卡的结构剖视图。探针装置具有悬臂梁方式的探针100，有一个开口以便从不装探针一侧能看到探针100的前端部，在该探针装置中，在探针基板101的不安装探针一侧盖有带喷嘴105的盖板104，该喷嘴105对应于探针100的前端位置向探针100的前端喷射气体。再装上罩盖103，罩住盖板104，并在与盖板104之间形成一个空间。在上述罩盖103上安装注入气体用的气管102，向上述罩盖103与盖板104之间的空间以5～10升/分的速率注入氩、氮等非氧化性气体。由于注入的非氧化性气体从喷嘴105直接向探针100的前端喷射，因此探针前端附近的非氧化气体浓度增高，就能够防止探针100氧化。另外，由于喷力很强的气体喷出，因此就能够除去基片上的灰尘。

再有，将经过实施形态7所示的热处理的悬臂梁方式探针安装到具有上述构造的探针卡上，就能具有良好的电气导通性能，且能够防止探针100氧化。

实施形态10

图12表示本发明实施形态10的探针装置的结构剖视图。该探针装置具有垂直式或与其类似的探针110，由探针固定板111及设有探针110的引导孔115的平板113等形成多层构造，在上述探针固定板111与设有引导孔115的平板113之间形成一个空间。利用密封垫114，在上述空间形成密闭的气密结果。另外，引导孔115的直径为探针直径的1.2～1.5倍。因此，将非氧化性气体送入上述密闭空间，就从上述引导孔115以2～5升/分的速率喷出非氧化性气体，这样在探针110的前端附近形成非氧化性氛围，能够防止探针110氧化。另外，由于喷力很强的气体喷出，因此能够除去基片上的灰尘。

再有，将经过实施形态7所示的热处理的垂直式或与其类似的探针110安装到具有上述构造的探针装置上，就能够具有良好的电气导通性能，且能够防止探针氧化。

另外，在上述各实施形态中，主要叙述了有关半导体集成电路基片测试用探针及探针装置，但是根据本发明的接触方法，也能够适用于例如利用成膜法等其他制造工艺的半导体产品测试使用的探针，能够进行电气导通良好的探测。

再有，本发明的探针也能够适用于与在42合金等材料上镀以软锡的半导体装置引线框进行接触测试，能够实现电气导通良好的最终测试。

另外，也能够适用于安装了半导体器件的电子电路板的工作测试，能够实现电气导通良好的探测。

实施形态11

下面就探针前端附着异物除去构件的发明加以说明。

在图中，300为探针，前端面300a形成为球状。301为例如由杨氏模量为300Kgf/mm²的聚酰亚胺树脂制成的作为基材的树脂构件，302为在该树脂构件301的表面由拉伸强度较高的金属材料、例如具有20Kgf/mm²以上的拉伸强度的Ti形成厚度为50～150埃薄膜的金属构件，303为在该金属构件302的表面形成厚度为5μm以下的TiN薄膜的陶瓷构件。

在上述构成的探针前端附着异物除去构件中，首先作为基材的树脂构件301必须沿探针300前端面300a的球状(例如球的R为0.005～0.02mm)产生变形。变形程度必须是探针300前端半球部分陷下去半径的1/2左右。为此，作为树脂构件301所必须的机械性质为用“频率接触应力式”等求得的杨氏模量为100～400Kgf/mm²，因此采用满足这一要求的杨氏模量为300Kgf/mm²的聚酰亚胺树脂。另外，树脂构件301不限于聚酰亚胺树脂，只要是满足上述杨氏模量的弹性材料即可，采用聚四氟乙烯树脂、硅树脂等也沿探针300的前端面300a的球状产生变形。

另外，当例如前端部直径为0.03mm、前端面300a的球R为0.02mm罂探针300以7g的接触压力与树脂构件301的表面接触时，作用在树脂构件301表面的拉伸应力达到100Kgf/mm²数量级。因而，对于聚酰胺的一般拉伸强度为10～20Kgf/mm²，探针300的前端部就穿透树脂构件301。因此，通过在树脂构件301的表面形成厚度为50～150埃的Ti薄膜构成金属构件302以能够承受接触应力。

也就是说，Ti通常在不是薄膜状态下其拉伸强度虽然最大为60Kgf/mm²左右，但是，由于形成薄膜一材料缺陷存在的可能性减少，与室温下体积的最大拉伸强度相比提高至2～3倍，因此若采用50～150埃的薄膜，就达到最大180Kgf/mm²的拉伸强度，以防止探针300穿透树脂构件301而戳破表面。另外，金属构件302不限于Ti，只要是具有较高拉伸强度的金属材料、例如20Kgf/mm²以上的拉伸强度的钨等即可。

再有，在金属构件302的表面形成一层起研磨层作用的、厚度为0.1～5μm的TiN薄膜作为陶瓷构件303。当该TiN膜的厚度为0.1μm时，TiN膜的表面光洁度基本上反映了树脂构件301的表面光洁度，为0.05μm Rmax左右。另外，随着TiN膜的厚度增加，表面光洁度变差，当TiN膜的厚度达到5μm左右时，表面光洁度为1μm Rmax左右。当膜厚超过上述程度，则薄膜失去柔软性，往往由于弯曲导致TiN薄膜产生裂纹或薄膜剥离。另外，作为陶瓷构件303，除了TiN以外，只要是金刚石、TiCN、SiC等陶瓷系材料能够以CVD、溅射及离子喷镀等方法成膜的都可适用。

根据上述实施形态11，通过采用杨氏模量为100～400Kgf/mm²的材料构成树脂构件301作为基材，能够沿探针300的前端面300a产生变形。另外，通过在该树脂构件301的表面形成具有20Kgf/mm²以上拉伸强度、厚度为50～150埃的薄膜构成金属构件302，防止探针300的前端穿透树脂构件301、戳破表面。再有，通过在金属构件302的表面形成厚度为0.1～5μm的陶瓷构件303作为研磨层，由于防止了陶瓷构件303从金属构件302剥离，因此能够得到即使反复进行清洁也能够防止探针300的前端变细、且寿命很长的探针前端附着异物除去构件。

另外，在上述实施形态11的构成中，作为树脂构件301采用了聚酰亚胺树脂，由于聚酰亚胺树脂具有优良的耐热性，因此在金属构件302成膜时树脂构件301虽然要升温至250～260℃，但也完全能够承受。

实施形态12

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明。304为在金属构件302的表面形成厚度为0.1μm的Al合金薄膜构成的第2金属构件，处于金属构件302与陶瓷构件303之间。

根据上述实施形态12，由于在介于金属构件302与陶瓷构件303之间形成厚度为0.1μm的Al合金薄膜构成第2金属构件304，因此即使由于探针300的前端面300a接触而产生的弯矩万一使陶瓷构件303产生龟裂，利用延伸率大的第2金属构件304也能够阻止龟裂传向金属构件302。另外，上述构件中的第2金属构件采用了Al合金，但采用延伸率大的Cu、Ag、Au的某一种材料或它们的合金成膜，也能够得到同样的效果。

实施形态13

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明。305为在金属构件302的表面形成的厚度为5μm以下的TiN薄膜，其表面通过照射离子粒子306变得粗糙，形成表面粗糙度较大的陶瓷构件。

根据上述实施形态13，由于将作为研磨层的陶瓷构件305表面利用溅射变得粗糙，表面粗糙度变大，因此提高了研磨特性，很容易除去附着异物。

另外，如上述实施形态11，当在树脂构件301的表面形成厚度为50～150埃的金属构件302、再在其表面形成厚度为0.1μm的陶瓷构件303时，如上所述，其表面光洁度基本上反映了树脂构件301的表面光洁度，即0.05μm Rmax左右，随着膜厚加厚，表面光洁度也变差，作为陶瓷构件303采用TiN的情况下，考虑到膜的柔软性及成本等方面，膜厚的限度为5μm，这时的表面光洁度约1μm左右。

如本实施形态13中，利用溅射使陶瓷构件305的表面变和粗糙，能够使表面光洁度加工至最大3μm左右，提高研磨特性。

实施形态14

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明，307为在金属构件302的表面形成厚度为1μm的镀镍层，308为利用该镀镍层分散粘接的SiC粒子，该粒子具有比镀镍层307的厚度要小的0.3μm的粒径。

根据上述实施形态14，由于在金属构件302的表面形成5μm以下的镀镍层307，利用该镀镍层307分散粘接SiC粒子308，因此如图所示，SiC粒子308的尖角突出于镀镍层307，擦掉附着在探针前端面的异物，因此能够高效地除去污染物。

另外，上述构成中是利用镀镍层307分散粘接SiC粒五形成研磨层，但不限于此，也可以采用陶瓷系材料。但是，如果采用Si粒子，则利用探针前端面附着的铝与硅的化学反应而产生粘接作用，就能够更高效率地除去污染物。

另外，作为镀层最好采用化学镀，但为了生成金属构件302薄膜，也可以采用电解镀。

实施形态15

图17表示为本发明实施形态15的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。

在图中，与上述实施形态11相贩部分附以相同标号加以说明。309为表面利用化学药品的腐蚀、离子粒子的轰击或喷砂等变得粗糙、形成表面粗糙度大的树脂构件。310及311为在该树脂构件309的表面依次形成薄膜构成的金属构件及陶瓷构件，采用与上述实施形态11的金属构件302及陶瓷构件303相同的材料

根据上述实施形态15，树脂构件309的表面形成较大的表面粗糙度，再在其上依次形成金属构件310及陶瓷构件311薄膜，因此能够容易得到作为除去构件表面所需要的1～10μm数量级的粗糙度，能够提高探针前端附着异物的除去效率

另外，在上述实施形态15中，与上述实施形态11相同，就在树脂构件309的上面依次形成金属构件310及陶瓷构件311的情况进行了说明，但不用说，也适用于与上述实施形态12相同的、在金属构件310与陶瓷构件311之间形成第2金属构件的情况，也能发挥同样的效果。

实施形态16

图18表示本发明实施形态16的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图图

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明。312为例如聚酰亚胺纤维构成的纤维构件，采用了等效的杨氏模量与上述实施形态11的树脂构件301相同程度的材料，内部再含浸乙醇。313及314为在该纤维构件312的表面依次形成的金属构件及陶瓷构件，采用与上述实施形态11的金属构件302及陶瓷构件303相同的材料。

根据上述实施形态16，由于在最下层形成纤维构件312，因此探针300的前端面300a穿透陶瓷构件314及金属构件313与纤维构件312接触，利用前端面300a与纤维构件312的相对滑动，能够除去探针前端附着的异物。再有，由于纤维构件312内含浸的乙醇的表面张力，捕捉到探针前端附着异物除去时产生的微细粉尘，能够防止该粉尖飞散到大气中。

另外，在上述实施形态16的构成中，作为纤维构件312是以聚酰亚胺纤维等树脂纤维为例进行说明的，不用说如果能加工成布状、等效的杨氏模量与树脂纤维有相同程度，则也能够采用金属纤维。

实施形态17

图19表示本发明实施形态17的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图图。

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明。315为设置于陶瓷构件303表面的、例如由细纤维加工制成的布或海棉构成的液体保持构件，并含浸有例如乙醇等液体316。317为覆盖在液体保持构件315表面的、由例如树脂薄膜等构成的蒸发防止构件。

根据上述实施形态7，在陶瓷构件303的表面设置含浸了液体316的液体保持构件315，由于探针300的前端面300a穿透液体保持构件315与陶瓷构件303的表面接触，因此利用探针300的前端面300a与陶瓷构件303的相对滑动，从探针300除去氧化铝等污染物，另外由于接触而切割陶瓷构件303产生碎片，即使这样，由于用液体保持构件315的纤维能够捕捉同时能够利用液体316的表面张力加以吸附，因此能够维持研磨后的探针300的清洁度，能够防止在进行基片测试时产生的接触不良等不正常情况。

另外，由于设置了蒸发防止构件317覆盖在液体保持构件315的表面，因此能够防止乙醇等液体316的蒸发。

另外，作为液体316是以乙醇为例如加以说明的，但不限于此，只要是探针前端附着异物除去作业后不腐蚀探针300而能够挥发的液体即可。

实施形态18

图20表示本发明实施形态18探针前端附着异物除去构件的构成平面图。图21为沿图20的线XXI-XXI的剖视图。

在图中，与上述实施形态11相同的部分附以相同标号加以说明。318为由例如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料板制成的基板，与硅片基具有相同形状及相同尺寸，在其表面隔一层由例如聚酰亚胺材料或环氧系粘接剂构成的粘接层粘贴上由树脂构件301、金属构件302及陶瓷构件303构成的除去构件319。

根据上述实施形态18，由于将除去构件319粘贴在与硅基片具有相同形状及相同尺寸而形成的基板318的表面，因此利用探针器能够与硅基片同样输送，这样预先对于每规定片数的基片设置粘贴有除去构件319的基板318，就能够自动除去探针前端面附着的异物。另外，若基板318采用聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料板，则由于其具有好的抗药性，因此能够用酸或硅采用化学的方法除去附着在除去构件319上的铝等，能够重复再使用，所以除去构件319能够延长使用寿命。

另外，若将除去构件319直接通过粘接层320粘贴到硅基片上而代替基板318，也能够得到同样的效果。

实施形态19

在上述实施形态11至18中，对除去构件的构成进行了说明，在本实施形态19中，对如上述实施形态18中将除去构件319粘贴到基板318或直接粘贴到硅基片上的制造方法加以说明。

首先，在基板318上隔一层硬化前的聚酰亚胺材料或环氧系粘接剂等的粘接层300放上树脂构件301。然后，通过在真空中用压力机加压，使树脂构件301受压粘贴在基板318上。然后，在该树脂构件301上依次形成金属构件302及陶瓷构件303薄膜，就制成探针前端附着异物除去构件。

根据上述实施形态19，在基板318上隔一层粘接层320放上树脂构件301，通过在真空加压，使树脂构件301与基板318受压粘接，因此，能够很容易得到足够厚度的树脂构件301。

实施形态20

在上述实施形态19中，在基板318上隔一层粘接层320放上树脂构件301，通过在真空中加压，使树脂构件301与基板318受压粘接，而在本实施形态20中的制造方法，是将树脂材料放在基板318上，再对其通过旋转涂膜形成薄膜，同时通过加热干燥使其硬化，形成树脂构件301，然后，在该树脂构件301上依次形成金属构件302及陶瓷构件303薄膜，制成探针前端附着异物除去构件。

根据上述实施形态20，由于通过在基板318上直接对树脂材料进行旋转膜形成树脂构件301，因此能够省去粘接工序，能够降低制造成本及缩短制造时间。

如上所述，根据本发明的半导体器件测试用探针，在探针时探针前端能够有效地使测试点切断变形，探针前端与测试点能够具有良好电气导通的接触面。

另外，根据本申请发明的半导体器件测试用探针，探针前端总是与测试点内部新露出的表面接触，保证充分导通。

另外，根据本申请发明的半导体器件测试用探针，在探测时要对准探针高度的情况下，能够缩短探测时的位置对准的时间，减少探测的离散性。

另外，根据本申请发明的半导体器件测试用探针，探针前端总是与测试点内部新露出的表面接触，保证充分的导通。探针前端设有平坦部分，利用光滑曲面将将该平坦部分与探针前端球状曲面连接起来构成探针前端形状，能够制造出电气导通性良好、且能够容易对准探针位置的探针。

另外，能够减轻对测试点的应力集中，减轻测试点或测试点的下层的损坏。

另外，根据本发明的半导体器件测试用探针的制造方法，由于抑制了上述金属材料结晶变得粗大，同时由于压力的效果，能够消除晶粒边界附近的空洞，因此上述空洞急剧减少，机械性质均匀。因而，采用施行上述热处理的探针，就能够提供电气特性良好并一致探针，并结果，能够减少探针对测试点按压量的余量，能够以较小的探针负荷使全部探针保证电气导通。

另外，根据本发明的半导体器件测试用探针的制造方法，在由一般内部有空洞的钨等制成的探针的情况下，探测时常常测试点的氧化物等电阻较大的物质进入该空洞，妨碍电气导通，但通过施行适当的热处理，上述空洞急剧减少，机械性质均匀，能够提供电气导通性能良好且一致的探针。

根据本发明的半导体器件测试用探针，由于探针前端面的精加工面上无材料缺陷，因此即使是以往的探针前端形状的探针，也能够得到稳定的接触。

根据本发明的半导体器件测试用探针，即使由于探测时产生切断变形而使测试点温度很高，也能够防止构成探针的金属材料氧化，能够提供电气导通性能良好的探针。

根据本发明的探针装置，能够得到探针前端与测试点有良好电气导通性能的探针装置。

根据本发明的测试方法，能够使测试点材料新露出的表面稳定，使其与探针前端面接触，能够进行电气导通良好的探测。

根据本发明其他的测试方法，能够容易对探针前端形状进行管理。

根据本发明的半导体器件，在测试点上形成突起，利用上述突起，在例如对上述测试点进行引线焊接时，能够缩短焊接时间。

如上所述，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，同时防止陶瓷构件的龟裂传向金属构件，进一步延长使用寿命。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命，这是当然的，另外还能够提高耐磨特性。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命，这是当然的，另外还能够提高基材的耐热性。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命，这是当然的，另外还能够提高除去效率。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止探针前端变细，能够延长使用寿命，这是当然的，另外还能够防止除去异物飞散入大气中。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够防止液体蒸发。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够实现自动化。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件，能够实现自动化及延长使用寿命。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件的制造方法，能够提供容易得到足够厚度的树脂构件的探针前端附着异物除去构件的制造方法。

另外，根据本发明的探针前端附着异物除去构件的制造方法，能够省去粘接工序。

Claims

1.一种半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其特征在于，

所述探针的前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与所述测试点表面形成的角度为15度以上，而且探针前端形状为球状曲面，设其曲率半径为R、测试点的膜厚为t、按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，所述球状曲面为满足

θ＝cos^-1(1-t/R)≥15°关系的曲率半径R的球状曲面。

2.一种半导体器件测试用探针的制造方法，该半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其特征在于，

所述探针由粉末状原料烧结而成的线状金属材料制成，在非氧化性气体氛围中，在所述金属材料的再结晶温度以下的温度范围内，对所述线状金属材料进行一边加热一边加压，从而在不损坏针状结晶组织的情况下消除所述金属材料内部的结晶晶粒边界附近的空洞。

3.如权利要求2所述的半导体器件测试用探针的制造方法，其特征在于，所述探针由钨或钨合金制成，所述热处理条件为，处理温度为300℃以上600℃以下，加压200～20000大气压，处理时间为0.5～5小时。

4.一种探针前端附着异物除去构件，其特征在于，包括树脂构件、在所述树脂构件表面成膜的金属构件、以及在所述金属构件表面成膜的陶瓷构件，将探针前端紧压在所述陶瓷构件的表面上以除去附着的异物，所述树脂构件具有使得所述陶瓷构件的表面沿所述探针前端面产生变形的弹性形变特性，所述金属构件具有能够防止探针前端穿透树脂构件的拉伸强度，所述陶瓷构件具有该陶瓷构件由于弯曲而产生裂纹或剥落的厚度以下的厚度。

5.如权利要求4所述的探针前端附着异物除去构件，其特征在于，包括杨氏模量为100～400Kgf/mm²的树脂构件、在所述树脂构件表面形成的具有20Kgf/mm²以上的拉伸强度、厚度为50～150埃薄膜的金属构件、以及在金属构件表面上形成厚度为5μm以下薄膜的陶瓷构件。

6.如权利要求4所述的探针前端附着异物除去构件，其特征在于，在金属构件与陶瓷构件之间隔有在所述金属构件表面上成膜的、比所述金属构件具有较大延伸的第2金属构件。

7.如权利要求6所述的探针前端附着异物除去构件，其特征在于，包括杨氏模量为100～400 Kgf/mm²的树脂构件、在所述树脂构件表面上形成的具有20Kgf/mm²以上的拉伸强度、厚度为50～150埃薄膜的金属构件、在所述金属构件表面上以Cu、Al、Ag、Au的任一种或它们的合金成膜的第2金属构件，以及在所述第2金属构件表面上形成厚度为5μm下薄膜的陶瓷构件。

8.如权利要求4至7的任一项所述的探针前端附着异物除去构件，其特征在于，陶瓷构件表面利用溅射增加表面粗糙度而形成。

9.一种探针前端附着异物除去构件，其特征在于，包括杨氏模量为100～400Kgf/mm²的树脂构件、在所述树脂构件表面上形成的具有20Kgf/mm²以上的拉伸强度、厚度为50～150埃薄膜的金属构件、以及在所述金属构件表面上利用5μm以下厚度的镀镍层分散粘接的、粒径比所述镀镍厚度要小的陶瓷粒子。

10.如权利要求9所述的探针前端附着异物除去构件，其特征在于，陶瓷粒子为硅(Si)或碳化硅(SiC)粒子。

11.一种测试半导体器件的探针测试装置，其特征在于，具有：

一种半导体器件的测试用探针，所述探针的前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与所述测试点表面形成的角度为15度以上，而且探针前端形状为球状曲面，设其曲率半径为R、测试点的膜厚为t、按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，所述球状曲面为满足θ＝cos^-1(1-t/R)≥15°关系的曲率半径R的球状曲面；

将所述探针的前端压紧在所述半导体装置的测试点上的装置；

将所述探针的前端部在所述测试点上滑移的装置，使得所述探针的前端部与所述测试点之间电气导通；

使用所述半导体器件的电气信号对所述半导体器件的工作进行测试的装置。