JP2004333410A

JP2004333410A - プロービング試験装置

Info

Publication number: JP2004333410A
Application number: JP2003132650A
Authority: JP
Inventors: Asaki Takemoto; 朝紀竹本
Original assignee: INNOTECH CORP
Current assignee: INNOTECH CORP
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】プロービング試験効率の低下及びプローブ寿命の低下を防止することができるとともに、ＩＣチップの電極サイズ及び電極間ピッチの狭小化、電極配置パターンの多様化に対応できるプロービング試験装置を提供する。
【解決手段】導電部２２を絶縁シート２１内に電極３３の幅ｐｗ及びプローブ１３の先端面の径ｎｄより小さいピッチｈｐで配設してなる異方導電性シート２０を試験対象のＩＣチップの電極３３とプローブ１３との間に介挿することにより、プローブ１３の先端面は１つ以上の導電部２２を介して電極３３に電気的に接続される。また、導電部２２に導電性粒子２３を充填し、導電性粒子２３の径を電極３３の厚さｐｔより小さく、かつその上の酸化皮膜３４の厚さｃｔより大きくすることで、導電性粒子２３が酸化皮膜３４を破壊し、電極３３を貫通することなく電極３３内にめり込み、電極３３と接触する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロービング装置に関し、さらに詳しくは、プローブとＩＣチップとの間に異方導電性シートを介在させたプロービング試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ上に作りこまれたＩＣチップの電気的特性を測定するために、ＩＣチップの電極位置に対応して配置された複数のプローブ（探針）を備えたプローブカードが使用されている。プローブカードは、テスタ（コンピュータが内蔵されＩＣチップの機能や直流・交流特性を電気的に測定する装置）に接続されたプローバにセットされ、テスタとＩＣチップとの間で電気信号をやり取りしてプロービング試験を行う。
【０００３】
図６に示した直針式のプローブカード１０は、タングステン等の硬質な線材によって形成された複数のプローブ１３を備え、各プローブ１３の一端はプローブ固定板１２に固定されるとともに、配線基板１１に電気的に接続されており、他端はプローブ固定板１２にスペーサ１４を介して接続された位置決めプレート１５を貫通して突出している。プローブ１３の径は、１５０〜２５０μｍ程度が一般的である。シリコンウエハ３０内に形成されたＩＣチップ３１に電気信号を入出力する電極３３は、アルミニウム等を主成分として形成されており、その表面は酸化し、絶縁性であって硬い酸化皮膜（アルミナ皮膜）が電極を覆っている。プロービング試験時には、プローブ１３に所定値以上の針圧をかけ、電極３３を覆う酸化皮膜を押圧して擦ることにより、酸化皮膜が破壊されてプローブ１３の先端面と電極３３とが接触する。
【０００４】
近年の電子部品の小型高機能化と多様化に伴って、電極サイズ及び電極間ピッチの狭小化と、電極配置の多様化が年々進んでおり、上記の径のプローブ１３では対応できず限界が訪れているのが現状である。このような事情を鑑みて、プローブ１３の先端面の径を２０〜４０μｍ程度に絞り込む試みがなされている。図７は、プローブ１３の先端面が測定対象のアルミニウム電極３３を覆う酸化皮膜３４に圧接した様子を示す。ここで示したプローブ１３は、先端面が現在最も小径である２０μｍにまで絞り込まれている。測定対象のアルミニウム電極３３は、その狭小化に伴い厚さが約１μｍであり、表面に形成される絶縁性の酸化皮膜３４は厚さが約０．１μｍである。また、この電極３３直下のシリコンウエハ３０内にはＩＣチップを構成する半導体集積回路の一部が形成されている場合がある。
【０００５】
ところが、このような厚さ約１μｍの電極３３の表面を覆う厚さ約０．１μｍの薄い酸化皮膜３４を除去するために、先端面の径が２０μｍの大きさのプローブ１３で酸化皮膜３４を押圧して破壊しようとしているので、プローブ１３には過度の針圧が要される。この針圧を確保するためには、プローブ１３の径はやはり前述の１５０〜２５０μｍ程度にする必要があり、これ以上プローブ１３の径を微細化することは好ましくない。従って、このままでは今後要求されるであろう２０〜６０μｍの電極間ピッチで配置されたアルミニウム電極に対応することができないのが現状である。
【０００６】
また、たとえ上記のプローブ１３で電極３３表面の酸化皮膜３４を破壊して取り除くことができたとしても、取れた酸化皮膜３４の屑がプローブ１３の先端面と電極３３との間に挟まり、良好な電気的導通状態を安定して維持することが困難となり、プロービング試験の信頼性と効率を損なうこととなる。さらに、酸化皮膜３４の屑はプローブ１３の先端面に付着し、電極３３へのプロービング（針当て）回数の増加とともにプローブ１３の先端面に堆積してプロービング試験の続行が不可能となる。このため、プローブ１３を定期的に清掃研磨する専用のクリーニング装置が必要となり、試験効率の低下とプローブ１３の寿命の低下を招くこととなる。前述したプローブ１３によって酸化皮膜３４を破壊する効果を向上させるために、プローブ１３の先端面に局所的な凹凸を設けて面を粗くすることも考えられるが、このようにすると取れた酸化皮膜３４の屑がさらにプローブ１３の先端に付着しやすくなり、益々試験効率の低下とプローブ１３の寿命の低下を招くこととなる。
【０００７】
一方、図８に示すような、導電性粒子１０２を充填した複数の導電部１０１を電極３３の位置に合わせて配置した異方導電性シート１００が知られている（特許文献１，２参照）。各導電部１０１は、絶縁部１０３によって互いにシートの平面方向には絶縁されている。異方導電性シート１００は、シートの厚み方向にのみ導電性を付与し、検査用回路基板１１０の検査用電極１１１とシリコンウエハ３０上の電極３３とを電気的に導通させることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−６７９４１号公報
【特許文献２】
特開２００１−６７９４２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この異方導電性シート１００を前述したプローブカード１０と電極３３との間に介在させたとしても上記の問題を解決できる訳ではない。この場合、導電部１０１と電極３３とを一対一に対応させるために、電極３３の位置に正確に合わせて導電部１０１を配置する必要があるので、電極サイズ及び電極間ピッチの狭小化と電極配置の多様化への対応は容易でなく、電極３３の配置パターンに応じて異方導電性シート１００を作成することが要される。さらに、導電部１０１に充填された導電性粒子１０２の径が大きいので、電極３３を押圧したとき電極３３を厚さ方向に突き破ってしまうことがあり、電極３３下のシリコンウエハ３０内に半導体集積回路が形成されている場合には、その回路にダメージを与える。
【００１０】
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであり、プロービング試験効率の低下及びプローブ寿命の低下を防止することができるとともに、ＩＣチップの電極サイズ及び電極間ピッチの狭小化、電極配置パターンの多様化に対応できるプロービング試験装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプロービング試験装置は、上端及び下端が露出した状態で絶縁シートに埋設された複数の導電部を備え、厚さ方向にのみに導電性が付与された異方導電性シートと、試験対象のＩＣチップの電極に対応して配置されたプローブを有するプローブカードとを備えたプロービング試験装置において、前記複数の導電部は、前記電極の幅及び前記プローブの先端面の径より小さいピッチで配置され、前記プローブの先端面を前記異方導電性シートを介して前記電極に圧接したとき、前記プローブの先端面が１つ以上の前記導電部を介して前記電極に電気的に接続されることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記複数の導電部には導電性粒子が含有され、当該導電性粒子の径を前記電極の厚さより小さく、かつ前記電極の上に形成される酸化皮膜の厚さより大きくして、前記プローブの先端面を前記異方導電性シートを介して前記電極に圧接したとき、当該導電性粒子が前記酸化皮膜を破壊することにより、前記プローブが前記電極に電気的に接続されるとともに、当該導電性粒子が前記電極を厚さ方向に突き破ることをなくすることが好ましい。
【００１３】
また、前記複数の導電部間のピッチは３〜２０μｍ、前記各導電部の径は１〜１０μｍ、前記各導電性粒子の径は０．２〜０．６μｍであることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記異方導電性シートの未使用部分を試験対象の前記ＩＣチップ上に供給し、かつ前記異方導電性シートの使用済部分を前記ＩＣチップ上から排出するシート給送手段を設けることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、プロービング試験装置２は、主としてテスタ３、プローバ４、プローブカード１０、両端がそれぞれ一対のローラ５に巻き付けられた異方導電性シート２０、シリコンウエハ３０を搬送するウエハ搬送テーブル６により構成されている。
【００１６】
テスタ３は、コンピュータを内蔵し、シリコンウエハ３０に作りこまれた複数の半導体ＩＣチップの機能や直流・交流特性をプログラムによって電気的に試験するための周知の装置であって、プローバ４に連結している。プローバ４にはプローブカード１０がセットされ、プローブカード１０はプローバ４に制御されて、試験対象となるＩＣチップの位置に合わせて上下・水平方向へ移動する。また、プローバ４は、テスタ３からの電気信号をプローブカード１０が備えるプローブ（探針）１３に与えたり、プローブ１３がＩＣチップから得た電気信号をテスタ３に戻したりする。
【００１７】
異方導電性シート２０は、その両端が一対のローラ５に巻き付けられ、プローブカード１０の下方に延在するように配置されている。ローラ５には充分な長さの異方導電性シート２０が巻き付けられており、ローラ５の巻き取り動作によって異方導電性シート２０の使用済部分が巻き取られ、異方導電性シート２０の新しい未使用部分がプローブカード１０下方の所定の位置に送られる。このように、ローラ５は、異方導電性シート２０を給送するシート給送手段として機能する。
【００１８】
ウエハ搬送テーブル５は、試験対象のシリコンウエハ３０を受入れ位置Ｐ１から受け入れ、ステージ位置Ｐ２に搬送する。ステージ位置Ｐ２にはステージ７が設けられており、シリコンウエハ３０はステージ７に積載されて上下方向に移動する。プローブカード１０によりプロービング試験が行われる際には、シリコンウエハ３０はステージ７により上方のプロービング試験位置Ｐ３まで持ち上げられ、ＩＣチップが形成されたシリコンウエハ３０の上面は異方導電性シート２０の下面に密着する。この状態で、プローブカード２０がプローバ４に制御されて下方へ移動し、試験対象のＩＣチップの電極に異方導電性シート２０を介して接触してプロービング試験が実施される。プロービング試験が終了すると、プローブカード２０は上方に退避するとともに、シリコンウエハ３０を積載したステージ７は降下し、シリコンウエハ３０が払出し位置Ｐ４に搬送される。
【００１９】
図２は、前述したプローブカード１０、異方導電性シート２０、シリコンウエハ３０の詳細を示す。プローブカード１０は、配線基板１１やその中央に配置され複数のプローブ１３を固定して支持するプローブ固定板１２などを備える。複数のプローブ１３は、一端がシリコンウエハ３０に形成されたＩＣチップ３１の電極３３の全てに同時に接触できるように電極３３の数だけ設けられており、他端は配線基板１１に電気的に接続されている。これらのプローブ１３は、タングステンなどの硬質な線材により形成されている。配線基板１１は、前述したプローバ４に電気的に接続される。
【００２０】
異方導電性シート２０は、ポリイミドなどの絶縁材からなる絶縁シート２１とその絶縁シート２１内に格子状に散在するように埋設された導電部２２からなる。導電部２２は、絶縁シート２１の上面から下面に亘る小孔に例えばニッケル合金で形成された球粒子形の導電性粒子２３が充填されることにより構成され、導電部２２の上端及び下端は絶縁シート２１から露出している。具体的な大きさとして、導電部２２の径ｈｄは、約１〜１０μｍ、導電性粒子２３の径は、約０．２〜０．６μｍであることが好ましい。また、異方導電性シート２０の厚さは、約５〜５０μｍであることが好ましい。さらに、互いに隣接した２つの導電部２２間のピッチｈｐは、約３〜２０μｍであることが好ましい。異方導電性シート２０は、各導電部２２が導電シート２０により互いに絶縁されているため、シートの面内のいずれの方向にも導通せず、厚さ方向にのみ導電するようになっている。
【００２１】
シリコンウエハ３０には、多数のＩＣチップ３１が作り込まれ、それぞれ一定間隔で配列されている。各ＩＣチップ３１には、ロジックやメモリなどからなる集積回路部３２に電気信号を入出力するための電極３３が形成されている。電極３３は、アルミニウムを主成分として形成されており、例えばＩＣチップ３１の両端に配列されている。ここで用いるＩＣチップ３１の互いに隣接した２つの電極３３間のピッチｐｐは、約２０〜６０μｍである。
【００２２】
図３（Ａ）は、プローブカード１０が異方導電性シート２０を介してシリコンウエハ３０に圧接した様子を示す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の線分Ａ−Ａに沿う断面を示す。このとき、シリコンウエハ３０は前述のステージ７によって持ち上げられて異方導電性シート２０の下面に密着している。また、プローブカード１０はプローバ４に制御され、各プローブ１３が試験対象のＩＣチップ３１が備える電極３３の位置に合うように異方導電性シート２０の上面まで降下している。プローブカード１０のプローブ固定板１２には、スペーサ１４を介して位置決めプレート１５が接続されており、各プローブ１３は位置決めプレート１５を貫通して突出している。位置決めプレート１５から突出した各プローブ１３の先端が電極３３上の異方導電性シート２０上面に接触している。
【００２３】
図４（Ａ）は、図３（Ｂ）のプローブ１３の先端付近の詳細を示す。一例として、異方導電性シート２０には、約５μｍのピッチｈｐで導電部２２が埋設されており、径ｈｄが約２μｍの導電部２２内には、径が約０．３μｍの導電性粒子２３が充填されている。異方導電性シート２０の厚さｓｔは、約５μｍである。また、プローブ１３の先端面の径ｎｄは約２０μｍ、電極３３の幅ｐｗはこれより大きく約３０μｍ、電極３３の厚さｐｔは約１μｍ、その上面を覆うアルミナの酸化皮膜３４の厚さｃｔは０．１μｍである。
【００２４】
導電部２２は、プローブ１３の先端面の径ｎｄおよび電極３３の幅ｐｗより十分に小さいピッチｈｐで異方導電性シート２０内に配設されているため、異方導電性シート２０とプローブ１３との接触面と、異方導電性シート２０と酸化皮膜３４との接触面とには必ず１つ以上の導電部２２が介在する。従って、ローラ５により給送された異方導電性シート２０をプローブ１３と電極３３に対して位置合わせすることなくプローブ１３と電極３３の間に介挿するだけで、プローブ１３と電極３３を覆う酸化皮膜３４に少なくとも１つ以上の導電部２２が接触するので、多様な電極配置に対応することができる。図４（Ａ）に示した状態でプローブ１３が下方へ押圧されると、導電部２２に密に充填された硬質の導電性粒子２３によって酸化皮膜３４が破壊される。
【００２５】
図４（Ｂ）において、酸化皮膜３４は導電性粒子２３からの加圧力によって破壊され、導電性粒子２３は軟質なアルミニウムで形成された電極３３内にめり込む。このようにして、導電性粒子２３は電極３３と接触し、プローブ１３と電極３３との間を良好な電気的導通状態に保つ。導電性粒子２３の径は、酸化皮膜３４の厚さｃｔより大きく電極３３の厚さｐｔより小さいため、導電性粒子２３は電極３３を厚さ方向に突き破りにくい。よって、電極３３下のシリコンウエハ３０内に形成され得る半導体集積回路にダメージを与えることはない。
【００２６】
このように、硬質で微小な導電性粒子２３が酸化皮膜３４の表面を押圧するので、小さな加圧力で酸化皮膜３４が破壊される。よって、プローブ１３に加えられる針圧は小さくて済むので、径の小さい細い線材でプローブ１３を形成することが可能となり、電子部品の小型化に伴う電極３３のピッチｐｐの狭小化（例えば３０μｍ）に対応することができるようになる。
【００２７】
また、プローブ１３は異方導電性シート２０を介して電極３３と導通するようにしたので、従来のようにプローブ１３に高い針圧を与えて直接酸化皮膜３４の表面を押圧して擦る必要はない。このため、破壊された酸化皮膜３４の屑がプローブ１３の先端面に付着することはなく、プローブ１３を常に綺麗な状態に保つことができ、プローブ１３を定期的に清掃研磨する必要がないので、試験効率が向上するとともに、プローブ１３の寿命が大幅に向上する。
【００２８】
なお、上記実施形態では、直針式のプローブカード１０を用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、図５に示す周知のカンチレバー式のプローブカード４０を用いてもよい。斜め方向に伸びる複数のプローブ４３の一端はプローブ固定板４２に固設されるとともに、配線基板４１へ電気的に接続されている。プローブ４３の他端が直針式のプローブカード１０の場合と同様に、異方導電性シート２０を圧接することにより、プローブ４３は導電部２２を介して電極３３と導通する。
【００２９】
また、上記実施形態では、導電部２２を絶縁シート２１の全面に亘って格子状に散在するように埋設したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、少なくとも電極３３上に導電部２２が存在するように、導電部２２を絶縁シート２１に部分的に埋設してもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、異方導電性シート２０は一対のローラ５によって給送されるようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、予め所定の大きさに切断された異方導電性シート２０を吸着などの手段によって１枚づつ試験位置Ｐ３上に供給するとともに、使用済みの異方導電性シート２０を排出するようにしてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、導電性粒子２３として通常作成し易い球状の粒子を用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、角状や線状の粒子を用いてもよく、さらには異方導電性シート２０を厚さ方向に貫通する線状材を用いてもよい。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、導電性粒子２３の素材をニッケル合金としたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、カーボンナノチューブを用いてもよい、カーボンナノチューブは非常に硬質で微小な導電性素材であるので導電性粒子２３として好適である。また、導電性粒子２３は、プロービング試験後に電極３３上に残留した場合に、その後のワイヤボンディングで行われる金で形成されたワイヤと電極３３との接着に影響を及ぼさない材料が選択されることが望ましい。このため、金はニッケル合金と比べて軟質であるということを考慮した上で、ワイヤと親和性のよい金を含む微粒子を導電性粒子２３として用いることも好ましい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプロービング試験装置によれば、導電部を絶縁電極の幅及びプローブの先端面の径より小さいピッチで配置したので、プローブの先端面を異方導電性シートを介して電極に圧接するとき、異方導電性シートをプローブと電極との間に介挿するだけでプローブの先端面が１つ以上の導電部を介して電極に電気的に接続される。これにより、異方導電性シートの電極に対する位置合わせが容易となり、多様な電極配置パターンに対応することができる。
【００３４】
また、導電部に導電性粒子を充填し、導電性粒子の径を電極の厚さより小さく、かつ電極の上に形成される酸化皮膜の厚さより大きくし、プローブの先端面を異方導電性シートを介して電極に圧接したとき、導電性粒子が酸化皮膜を破壊して前記プローブと前記電極を電気的に導通するようにしたので、プローブに高い針圧を与えて直接酸化皮膜の表面を押圧する必要はなくなり、破壊された酸化皮膜の屑がプローブの先端面に付着することもない。これにより、プローブを定期的に清掃研磨する必要はなくなるので、試験効率が向上するとともに、プローブの寿命が大幅に向上する。さらには、プローブに加えられる針圧は小さくて済むので、径の小さい線材でプローブを形成することが可能となり、電子部品の小型化に伴う電極サイズ及び電極間ピッチの狭小化に対応することができる。なおかつ、導電性粒子が前記電極を厚さ方向に突き破ることをなくしたので、電極下のシリコンウエハ内に形成され得る半導体集積回路にダメージを与えることはない。
【００３５】
また、複数の導電部間のピッチを３〜２０μｍ、各導電部の径を１〜１０μｍ、各導電性粒子の径を０．２〜０．６μｍとしたので、先端面の径が約２０μｍのプローブにより、厚さ約０．１μｍの酸化皮膜で表面が覆われ、厚さが約１μｍであって約３０μｍのピッチで配置された電極のプロービング試験に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プローブ試験装置の構成を示す図である。
【図２】プローブカード、異方導電性シート、シリコンウエハの構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は、プロービング試験時のプローブカード、異方導電性シート、シリコンウエハの状態を示す斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）は、プローブの先端付近を示す断面図である。（Ｂ）は、破壊された酸化皮膜の付近を示す断面図である。
【図５】直針式のプローブカードの構成を示す断面図である。
【図６】従来のプロービング試験を説明する図である。
【図７】従来のプローブ試験におけるプローブの先端付近を示す断面図である。
【図８】従来の異方導電性シートの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２プロービング装置
３テスタ
４プローバ
５ローラ
６ウエハ搬送テーブル
７ステージ
１０，４０プローブカード
１１，４１配線基板
１２，４２プローブ固定板
１３，４３プローブ
１４スペーサ
１５位置決めプレート
２０異方導電性シート
２１絶縁シート
２２導電部
２３導電性粒子
３０シリコンウエハ
３１ＩＣチップ
３２集積回路部
３３電極
３４酸化皮膜
Ｐ１受入れ位置
Ｐ２ステージ位置
Ｐ３プロービング試験位置
Ｐ４払出し位置

Claims

上端及び下端が露出した状態で絶縁シートに埋設された複数の導電部を備え、厚さ方向にのみに導電性が付与された異方導電性シートと、試験対象のＩＣチップの電極に対応して配置されたプローブを有するプローブカードとを備えたプロービング試験装置において、
前記複数の導電部は、前記電極の幅及び前記プローブの先端面の径より小さいピッチで配置され、前記プローブの先端面を前記異方導電性シートを介して前記電極に圧接したとき、前記プローブの先端面が１つ以上の前記導電部を介して前記電極に電気的に接続されることを特徴とするプロービング試験装置。
前記複数の導電部には導電性粒子が含有され、当該導電性粒子の径を前記電極の厚さより小さく、かつ前記電極の上に形成される酸化皮膜の厚さより大きくして、前記プローブの先端面を前記異方導電性シートを介して前記電極に圧接したとき、当該導電性粒子が前記酸化皮膜を破壊することにより、前記プローブが前記電極に電気的に接続されるとともに、当該導電性粒子が前記電極を厚さ方向に突き破ることをなくすることを特徴とする請求項１記載のプロービング試験装置。
前記複数の導電部間のピッチは３〜２０μｍ、前記各導電部の径は１〜１０μｍ、前記各導電性粒子の径は０．２〜０．６μｍであることを特徴とする請求項２記載のプロービング試験装置。
前記異方導電性シートの未使用部分を試験対象の前記ＩＣチップ上に供給し、かつ前記異方導電性シートの使用済部分を前記ＩＣチップ上から排出するシート給送手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロービング試験装置。