JP2004226204A - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブ針への酸化膜の付着を防ぐことにより接触抵抗を小さくすることが可能なプローブカードを提供する。
【解決手段】このプローブカードは、第１の導電性材料の表面を、第１の導電性材料の融点よりも低い融点を有する第２の導電性材料で被覆することにより製造された複数のプローブ針であって、半導体ウェハに設けられた複数のボンディングパッドにそれぞれ接触して半導体ウェハとテスタとを電気的に接続する複数のプローブ針と、導電パターンが形成され、複数のプローブ針を支持する絶縁基板とを具備する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置をウェハの状態で評価する際に用いるプローブカードに関し、特に、ウェハのボンディングパッドに接触するプローブ針の先端形状に特徴を有するプローブカードに関する。さらに、本発明は、そのようなプローブカードの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造過程において半導体ウェハに形成される回路の特性等を測定（ウェハソート）するために、ＬＳＩテスタが用いられる。ＬＳＩテスタには、プローブカードが接続され、プローブカードに備えられているプローブ針を半導体ウェハ上に形成されたボンディングパッド（電極）に接触させることにより、半導体装置とＬＳＩテスタとの電気的接続が確保される。プローブカードは、複数のプローブ針と、これらのプローブ針を支持する絶縁基板とによって構成される。
【０００３】
通常、ボンディングパッドはアルミニウムで形成されるため、アルミニウム表面が酸化してアルミナとなることにより、ボンディングパッドとプローブ針との間の接触抵抗が増加する。この接触抵抗は１００Ω程度になることもあり、出力端子における数Ω程度の出力インピーダンスの測定には適さない。また、入力端子に電圧を印加する場合には、電圧降下が起こり、正確な測定ができない場合もある。そこで、接触抵抗を小さくするために、プローブ針の先端形状及びその使用方法が検討されている。
【０００４】
下記の特許文献１には、プローブ針の先端が、プローブ針の先端とボンディングパッド表面との接触時に平行になる第１の平面と、プローブ針の先端とボンディングパッド表面とが接触した位置よりもさらに半導体装置をプローブガードに近づけるオーバードライブ動作時に平行になる第２の平面との形状を有し、第１の平面によりボンディングパッド表面の酸化膜を除去し、第２の平面をボンディングパッドに接触させて電気的接続を行うことが述べられている。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、プローブ針の先端が、鋭角な三角状の断面形状をした格子状の複数の突部、あるいは、鋭角な三角状の断面形状をした錘型の複数の突部を有し、複数の突部がそれぞれパッド表面の酸化膜を突き破ることにより電気的接触を行うことが述べられている。
【０００６】
しかしながら、従来のプローブ針にはクレーターのような窪みがあり、プローブ針の先端によって削られたアルミニウム又はアルミナが窪みに付着して、先端に酸化膜が形成されることにより、接触抵抗が増加するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１５２４３６号公報 （第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平１１−５１９７０号公報 （第２−３頁、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、プローブ針への酸化膜の付着を防ぐことにより接触抵抗を小さくすることが可能なプローブカードを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係るプローブカードは、第１の導電性材料の表面を、第１の導電性材料の融点よりも低い融点を有する第２の導電性材料で被覆することにより製造された複数のプローブ針であって、半導体ウェハに設けられた複数のボンディングパッドにそれぞれ接触して半導体ウェハとテスタとを電気的に接続する複数のプローブ針と、導電パターンが形成され、複数のプローブ針を支持する絶縁基板とを具備する。
【００１０】
ここで、第２の導電性材料が、第１の導電性材料を含む合金であっても良いし、第２の導電性材料が、中間層としてσ相を有していても良い。
【００１１】
また、本発明に係るプローブカードの製造方法は、半導体ウェハに設けられた複数のボンディングパッドにそれぞれ接触して半導体ウェハとテスタとを電気的に接続する複数のプローブ針を有するプローブカードの製造方法であって、第１の導電性材料により形成されたプローブ針本体と、第１の導電性材料の融点よりも低い融点を有する合金である第２の導電性材料とを、第１の導電性材料の融点よりも低く第２の導電性材料の融点よりも高い温度に加熱するステップ（ａ）と、プローブ針本体の表面に、熔融した第２の導電性材料を付着させることにより、プローブ針を作成するステップ（ｂ）と、作成された複数のプローブ針を、導電パターンが形成された絶縁基板に固定するステップ（ｃ）とを具備する。
【００１２】
本発明によれば、第２の導電性材料を用いてプローブ針本体を被覆することにより、プローブ針本体の窪みを滑らかにできる。その結果、プローブ針への酸化膜の付着を防ぐことにより接触抵抗を小さくすることが可能なプローブカードを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１に、本発明の一実施形態に係るプローブカードを含むプロービング装置の主要部の構成を示す。図１に示すように、このプロービング装置は、テストされる半導体ウェハ１を載置するステージ２と、ステージ２を上下左右に移動させる駆動機構３と、プローブカード５を支持する支持ボード４とを有している。
【００１４】
また、プローブカード５においては、絶縁基板６に開口部６ａが設けられ、その表面には複数の配線パターン７が形成されており、これらの配線パターン７は、ＬＳＩテスタ（図示せず）に電気的に接続されている。さらに、開口部６ａ内には、多数のプローブ針８が配設されており、各プローブ針８は、その基端部８ａが配線パターン７に接続及び固定され、その先端部８ｂが開口部６ａを通して下方に向けて突出されている。
【００１５】
ステージ２を上昇させることにより、半導体ウェハ１の各チップに設けられているボンディングパッド１ａにプローブ針８の先端部８ｂを接触させ、このプローブ針８及び配線パターン７を介して半導体ウェハ１とＬＳＩテスタとを電気的に接続することにより、所望のテストが実行される。
【００１６】
次に、本発明の一実施形態に係るプローブカードの製造方法について説明する。プローブカードに取り付けられるプローブ針本体の材料としては、導電性及び加工性が良く、しかも硬度が高くて弾力性を有する導電性材料、例えば、タングステン（Ｗ）、タングステンレニウム（Ｗ−Ｒｅ）、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）等の金属を用いる。これらのインゴットから引き伸ばし法によって細い線材の金属体を形成し、細い線材に形成した金属体を徐々に研磨することにより、プローブ針の先端部をテーパー状に形成している。さらに、電解エッチングにより、テーパー状の先端部に丸みを付け、プローブ針の先端部とボンディングパッドとの間の電気的接触状態を良くしている。
【００１７】
しかしながら、図２の顕微鏡写真に示すように、一般的なプローブ針の先端部の表面にはクレーターのような多数の窪みがあるため、アルミナ等の酸化膜が窪みに詰まり、接触抵抗が増加してしまう。そこで、本実施形態においては、プローブ針の先端部における窪みを滑らかにすることにより、酸化膜等の付着を低下させている。
【００１８】
次に、図３を参照しながら、プローブ針の窪みを滑らかにする方法について説明する。一般的なプローブ針の表面には、図３の（ａ）に示すように、平坦部３１と、大きく窪んでいる窪み部３２とが存在する。そこで、図３の（ｂ）に示すように、プローブ針本体の材料よりも融点の低い導電性材料を用いて、プローブ針本体の表面をプローブ針の形状を変えない程度の厚みで被うことにより、窪み部３３を滑らかにしている。図３の（ｂ）において、破線は、被覆前のプローブ針本体の表面を表しており、破線は、被覆後のプローブ針の表面を表している。
【００１９】
本実施形態においては、プローブ針本体の材料としてタングステン（Ｗ、融点：３３８０Ｋ）を用い、タングステンにレニウムを混合した合金であるタングステンレニウム（Ｗ−２５ｗｔ％Ｒｅ、融点：３０２１Ｋ）を用いてプローブ針本体を被っている。ここで、プローブ針本体を被う材料（被覆材）としては、プローブ針本体の材料よりも融点が低く、プローブ針本体の形状を変えない温度においてプローブ針に接合できる導電性材料を用いることが望ましい。
【００２０】
プローブ針本体の表面に被膜を形成する工程においては、まず、プローブ針本体の材料であるタングステンの融点よりも低く、かつ、被覆材であるタングステンレニウムの融点よりも高い温度に、プローブ針本体及び被覆材を加熱して、被覆材を熔融させる。
【００２１】
次に、熔融している被覆材にプローブ針本体を浸漬させるか、あるいは、蒸着又はスパッタリング等により、被覆材をプローブ針本体に付着させる。これにより、プローブ針本体と被覆材との接触部は、これらの中間層のタングステンレニウム（Ｗ−Ｘｗｔ％Ｒｅ、０＜Ｘ＜２５）となる。その後、組織の連続性が確立されたら、ゆっくりと凝固させる。その際、タングステンレニウムは、プローブ針の窪みに集結してから凝固するため、図３の（ｂ）に示すように、窪みが滑らかになる。
【００２２】
ここで、被覆材が窪みに集結して凝固する理由について説明する。平坦部３１に比べて窪み部３２においては、熔融金属の中に発生し得る固体金属の核の大きさが小さくなるので、核生成を起こすために必要な過冷度が小さくてすむ。従って、下地中の穴や割れ目（プローブ針本体の窪み部３２）の形状が、非常に小さな体積のエムブリオ（臨界の大きさよりも小さい結晶）を形成するようなものである場合には、固液界面が通常の平衡温度以上においても安定となり、核生成がほとんど過冷しないで起こる。その結果、窪み部３２においては、固体金属の核が平坦部３１におけるよりも早く成長するので、窪みが滑らかになる。
【００２３】
このような現象が起こるのは、平坦部３１よりも窪み部３２の方が最隣接原子数が多いために原子間結合力が強く、表面エネルギーが高いことによるものと考えられる。これにより、窪み部３２においては、固液界面から原子が脱出するために要するエネルギーが平坦部３１におけるよりも高くなり、液体よりも固体で存在する方が安定となる。
【００２４】
本実施形態においては、被覆材としてタングステンレニウムを用いているが、電子化合物と原子半径効果化合物との中間の性格を有する金属間化合物であるσ相と呼ばれる中間層を析出するタングステン合金を被覆材として用い、σ相を窪み部３２に析出させることにより、窪みを滑らかにしても良い。σ相を析出するタングステン合金としては、Ｗ−Ｆｅ、Ｗ−Ｃｏ、Ｗ−Ｒｕ、Ｗ−Ｒｅ、Ｗ−Ｉｒ、Ｗ−Ｏｓ等が該当する。
【００２５】
次に、このプローブカードの使用方法について、図１、図４、及び、図５を参照しながら説明する。まず、上下駆動機構３によって半導体ウェハ１を上方に移動させ、図４に示すように、プローブ針の先端部８ｂをボンディングパッド１ａの表面に形成されている酸化膜１ｂに接触させる。
【００２６】
次に、半導体ウェハ１を、さらに数１０μｍ程度静かに上昇させる（オーバードライブ動作）。これにより、プローブ針の先端部８ｂは、プローブ針自体の弾力によって、酸化膜１ｂの表面をＸ軸方向に沿って滑動する。このとき、図５に示すように、ボンディングパッド１ａの表面に形成されている酸化膜１ｂが、プローブ針の先端部８ｂによって塑性変形して側方に押し上げられ、あるいは、酸化膜１ｂが剥離する。その結果、ボンディングパッド１ａの表面が露出し、接触抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるプロービング装置の構成を示す図。
【図２】一般的なプローブ針の先端部の表面を示す顕微鏡写真。
【図３】プローブ針の窪みを滑らかにする方法を説明するための図。
【図４】プローブカードの使用方法について説明するための図。
【図５】プローブカードの使用方法について説明するための図。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ、 １ａ ボンディングパッド、 １ｂ 酸化膜、 ２ ステージ、 ３ 駆動機構、 ４ 支持ボード、 ５ プローブカード、 ６ 絶縁基板、 ６ａ 開口部、 ７ 配線パターン、 ８ プローブ針、 ８ａ 基端部、 ８ｂ 先端部、 ３１ 平坦部、 ３２、３３ 窪み部

Claims (4)

1. プローブカードであって、
   第１の導電性材料の表面を、前記第１の導電性材料の融点よりも低い融点を有する第２の導電性材料で被覆することにより製造された複数のプローブ針であって、半導体ウェハに設けられた複数のボンディングパッドにそれぞれ接触して前記半導体ウェハとテスタとを電気的に接続する前記複数のプローブ針と、
   導電パターンが形成され、前記複数のプローブ針を支持する絶縁基板と、
   を具備するプローブカード。
2. 前記第２の導電性材料が、前記第１の導電性材料を含む合金である、請求項１記載のプローブカード。
3. 前記第２の導電性材料が、中間層としてσ相を有する、請求項１又は２記載のプローブカード。
4. 半導体ウェハに設けられた複数のボンディングパッドにそれぞれ接触して前記半導体ウェハとテスタとを電気的に接続する複数のプローブ針を有するプローブカードの製造方法であって、
   第１の導電性材料により形成されたプローブ針本体と、前記第１の導電性材料の融点よりも低い融点を有する合金である第２の導電性材料とを、前記第１の導電性材料の融点よりも低く前記第２の導電性材料の融点よりも高い温度に加熱するステップ（ａ）と、
   前記プローブ針本体の表面に、熔融した前記第２の導電性材料を付着させることにより、プローブ針を作成するステップ（ｂ）と、
   作成された複数のプローブ針を、導電パターンが形成された絶縁基板に固定するステップ（ｃ）と、
   を具備するプローブカードの製造方法。

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