JP2002181846A

JP2002181846A - プローブ針取付用装置

Info

Publication number: JP2002181846A
Application number: JP2001330927A
Authority: JP
Inventors: Fred Throssel; スロッセルフレッド
Original assignee: Silicon Systems Inc
Current assignee: Silicon Systems Inc
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2002-06-26
Also published as: US5932323A; US5758537A; US5890390A; JP3723232B2; JPH0627144A

Abstract

(57)【要約】【目的】ビルドターゲット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を用いて、プローブカ
ードへのプローブ針アセンブリの取付け・再加工を行
う。【構成】個々のビルドターゲットはプローブ針のこす
りに強い固い材料でできており、試験される実際のウェ
ーハ上のボンディングパッドの位置から所定の距離だけ
ずれている。個々のこすりターゲットは、プローブ針の
こすり動作により容易に破壊される柔らかい材料ででき
ている。プローブ針のこすり傷により破壊されたり切断
されたりした線の数を数えることにより、こすり傷のお
よその長さと幅が分かる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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２
０１と特殊なプローブ針２０２から成る。ブレード２０
１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３
００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５
０％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０.０１
２５mm（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２
０３に取りつけられており、もう一端はプローブ針２０
２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２０
５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０.２
５mm（０.０１０インチ）、テーパ部分の端では０.５０
mm（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３０
０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３０
２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３
０１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Ｒ
₆₀₁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／Ｒ
₆₀₁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Ｒ₆₀ ₃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６０
４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６０
１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の基部に直角に取りつけられ
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７
０３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７０
２と下の円筒７０３の間の間隔７０５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０.２
５mm（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）−０.３
７５mm（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２０
２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７
０５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１
１０２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０.０１
２５mm（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１
００１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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G003 AA10 AB01 AG04 AG13 AH07 2G011 AA02 AA17 AC14 AE03 4M106 BA01 DD04 DD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面と；前記平面上の複数の第１ターゲ
ットと；前記平面上の複数の第２ターゲットと；から成
るプローブ針取付用装置。
【請求項２】前記第１ターゲットが、交差する一対の
線上に重畳された円形である請求項１記載のプローブ針
取付用装置。
【請求項３】前記第１ターゲットが、前記針により容
易には変形されない材料でできている請求項２記載のプ
ローブ針取付用装置。
【請求項４】前記第２ターゲットが、複数の平行な第
２の線と直角に交差する複数の平行な第１の線から構成
されマトリックスを形成している請求項３記載のプロー
ブ針取付用装置。
【請求項５】前記第１の複数の平行線が、一定の間隔
で並んでいる請求項４記載のプローブ針取付用装置。
【請求項６】前記第２の複数の平行線が、一定の間隔
で並んでいる請求項５記載のプローブ針取付用装置。
【請求項７】前記第２ターゲットが、前記針により容
易に変形される請求項６記載のプローブ針取付用装置。
【請求項８】前記第１ターゲットの中心が、複数の第
３のターゲットの中心から空間的にオフセットされてい
る請求項７記載のプローブ針取付用装置。