JP2008151684A - 電気的接続装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブに作用するオーバドライブ力で電極に押圧される針先が電極の上面の稜部分を削り取ることを防止する。
【解決手段】電気的接続装置は、平坦な上面に凹所が形成された電極を有する被検査体の電気検査のために用いられる。電気的接続装置は、複数のプローブを備え、各プローブは、プローブ基板に結合された基部と、該基部からプローブ基板に沿ってこれから間隔をおいて被検査体の電極の上方へ伸びる弾性変形可能のアーム部と、プローブ基板から離れる方向へ向けてアーム部より突出する針先部とを有する。各プローブの針先部の先端は、アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で電極の上面の凹所を除く平坦面領域に当接可能である。電気的接続装置は、プローブに電極へ向けてのオーバドライブ力が作用してアーム部に撓み変形が生じたとき針先部の先端は平坦面領域から逸脱することなく該平坦面領域上を移動するように、用いられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ＩＣチップあるいはこれが集合的に組み込まれた半導体ウエハのような半導体デバイスの電気的検査に用いられる電気的接続装置およびその使用方法に関する。

半導体デバイスのような被検査体は、これが仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）を受ける。被検査体には、例えばバンプ電極のような電極が形成されており、その通電試験には、針先をバンプ電極に押圧されるプローブ（接触子）を備えるプローブカードのような電気的接続装置を経て被検査体がテスタに接続される。

この種の電気的接続装置に、プローブ基板と、該プローブ基板に結合された基部と、該基部から前記プローブ基板に沿ってこれから間隔をおいて被検査体の電極の上方へ伸びる弾性変形可能のアーム部と、前記プローブ基板から相離れる方向へ向けて前記アーム部より突出する針先部とを備えるものがある（例えば、特許文献１ないし４参照）。

特開２００２−３４０９３２号公報 特開２００３−４３０６４号公報 特開２００３−２２７８４９号公報 特表２００２−５０９６０４号公報

このようなプローブの針先を受ける電極に、図６（ａ）に示すように、半導体ウエハ１上に形成されたバンプ電極２がある。バンプ電極２の上面３は、平坦であるが、その中央に凹所４が形成されている。凹所４の周壁４ａは傾斜面であり、該傾斜面の外方には、凹所４を取り巻く枠状の平坦面領域３ａが傾斜面４ａに連続して形成されている。

このようなバンプ電極２は、一般的には、半導体ウエハ１上にバンプ電極２のための領域を選択的に露出させるマスクをフォトレジストで形成し、その露出領域にバンプ電極材料を堆積させて形成させる。このバンプ電極材料の堆積時に前記した凹所４が不本意ながら生じてしまう。

このような凹所４の傾斜面４ａは、プローブ５の針先５ａとバンプ電極２との安定した電気的接触の妨げとなることから、図６（ａ）に示すように、プローブ５は、その針先５ａをバンプ電極２の平坦面領域３ａに接触させるために、その針先が平坦面領域３ａのうちのプローブ５に近接する側の一半領域に対応させて配置されていた。

このプローブ配置により、図６（ｂ）に示されているように、プローブ５が相対的にバンプ電極２に近づけられると、その針先５ａは、平坦面領域３ａに接触する。その後、さらにプローブ５が相対的にバンプ電極２に近づけられることにより、図６（ｃ）に示すように、プローブ５のアーム部５ｂに撓みが生じるようなオーバドライブ力がプローブ５に作用すると、アーム部５ｂの弾性変形に伴い、プローブ３の針先５ａは、アーム部５ｂの伸長方向への変位を生じることから、バンプ電極２の上面３を擦るように滑る。この針先５ａの滑りにより、バンプ電極３の表面酸化膜が部分的に除去され、これによりバンプ電極３と針先５ａとの確実な電気的接触が確保される。

しかしながら、このオーバドライブ力による針先５ａの移動により、図６（ｃ）に示したように、従来では、針先５ａが平坦面領域３ａから傾斜面４ａに滑り落ちる。傾斜面４ａに滑り落ちた針先５ａは、前記したオーバドライブ力が解除されると、アーム部５ｂの弾性変形の復帰に伴い、図６（ｂ）に示す接触位置に戻るが、このとき、針先５ａのエッジ５ｃがバンプ電極２の傾斜面４ａと平坦面領域３ａとの稜に引っ掛かり、該稜を引っ掻き上げることにより、稜部分を削り取る虞があった。

このような針先５ａによるバンプ電極２の削り取りが生じると、図６（ａ）に仮想線で示すように、針先５ａにその削りかす６が付着する。この削りかす６が新たな被検査体１やそのバンプ電極２上に落下すると、短絡の原因となる。

そこで、本発明の目的は、プローブに作用するオーバドライブ力で電極に押圧される針先が電極の上面の稜部分を削り取ることを防止することにある。

本発明は、上面に凹所が形成された電極を有する被検査体の電気検査のために用いられる。本発明に係る電気的接続装置は、複数のプローブを備え、各プローブは、プローブ基板に結合された基部と、該基部から前記プローブ基板に沿ってこれから間隔をおいて前記被検査体の前記電極の上方へ伸びる弾性変形可能のアーム部と、前記プローブ基板から離れる方向へ向けて前記アーム部より突出する針先部とを有する。各プローブの針先部の先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で前記上面の前記凹所を除く平坦面領域に当接可能である。前記電気的接続装置は、前記プローブに前記電極へ向けてのオーバドライブ力が作用して前記アーム部に撓み変形が生じたとき前記針先部の先端は前記平坦面領域から逸脱することなく該平坦面領域上を移動するように、用いられる。

本発明に係る電気的接続装置およびその使用方法では、プローブの先端が前記電極の平坦面領域を滑り該平坦面領域から逸脱しないように使用されることから、前記プローブが前記電極の平坦面領域を移動するときに従来のような電極の稜を通過することはなく、電極のこの稜部分を削り取ることはない。

本発明は、前記電極がバンプ電極である被検査体に好適である。

前記プローブの前記先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で、前記プローブの前記基部から遠い側に位置する前記上面の一半領域に接触可能とすることができる。

前記アーム部の長手方向仮想延長線は、前記バンプ電極の前記上面のほぼ中心を通る軸線と交差することが好ましい。

前記凹所が前記電極の前記上面の中央部に形成され、該凹所の周壁が該凹所の底部へ向けて傾斜し、前記平坦面領域が前記凹所の傾斜周壁に連続して該傾斜周壁を取り巻くように枠状に形成されている場合、前記プローブにオーバドライブ力が作用するときおよび該オーバドライブ力が解除されるとき、前記先端は前記傾斜周壁に移行することなく前記平坦面領域上を移動させることができる。

前記複数のプローブは、前記針先を直線状に整列させるように、また前記アーム部の長手方向が前記針先の整列方向とほぼ直角でありかつそれぞれの前記プローブの前記基部から前記針先部へ向けての方向が前記針先の整列方向へ交互に逆方向となるように、配列することができる。

本発明によれば、前記したように、プローブの先端が電極の稜を通過することがないので、この電極の稜部分を削り取ることはない。したがって、この稜部分に損傷を与えることを防止し、この削りかすによる電気的短絡を確実に防止することができる。

本発明に係る電気的接続装置１０は、これを分解して示す図１に示されているように、リジッド配線基板１２と、該リジッド配線基板にばね部材１４を介して弾性支持されるブロック１６と、リジッド配線基板１２内の図示しない複数の配線路に電気的にそれぞれ接続される従来よく知られた複数の導電路１８ａ（図３参照）が設けられるプローブ基板１８（図２および図３参照）を有するプローブシート２０とを備える。この実施例では、本発明に係るプローブ基板１８が可撓性のプローブシート２０の中央部として用いられている。

リジッド配線基板１２内には、従来よく知られているように、テスタ本体の電気回路に接続される配線路が形成されており、リジッド配線基板１２は、その中央に円形開口１２ａを有する。リジッド配線基板１２の上面には、図２に示すように、リジッド配線基板１２に螺合するボルト２２を介して、例えばステンレスのような金属からなる円形の支持板２４が固定されている。支持板２４は、リジッド配線基板１２を支持し、該リジッド配線基板の補強作用をなす。

ばね部材１４は、平板状のばね材料からなり、その環状外縁部１４ａ（図１参照）を両面から挟持する環状の取付板２６および環状に相互に組み合わされる複数の押さえ板２８を介して、リジッド配線基板１２の円形開口１２ａ内で該開口を横切って保持される。このばね部材１４の保持のために、取付板２６は支持板２４の下面にボルト３０で結合され、また各押さえ板２８は、該押さえ板およびばね部材１４の環状外縁部１４ａを貫通し取付板２６に螺合するボルト３２で取付板２６に結合されている。

図２に示す例では、ボルト３０を緩めた状態でばね部材１４の保持姿勢を調整するための平行調整ねじ部材３４が、その先端を取付板２６の頂面に当接可能に、支持板２４に螺合する。

リジッド配線基板１２の円形開口１２ａ内に保持されたばね部材１４の本体部１４ｂ（図１参照）に、前記したブロック１６が固定されている。ブロック１６は、矩形横断面を有するステム部１６ａと、該ステム部の下端に連なる正八角形の横断面形状を有する支持部１６ｂとを備える。支持部１６ｂは、その軸線に沿って一定の径を有する台座部分３６に連なり、該台座部分の中央部には、平坦な支持面３８が形成されている。

ブロック１６は、図２に示したように、その台座部分３６の支持面３８を下方に向けて、ステム部１６ａの頂面でばね部材１４の本体部１４ｂに結合されている。この結合のために、ステム部１６ａと共同して本体部１４ｂを挟持する固定板４０が、ステム部１６ａに螺合するねじ部材４２により、ステム部１６ａに固定されている。

プローブシート２０の中央部のプローブ基板１８は、図２に示されているようにブロック１６の支持面３８に支持されており、プローブ基板１８には、多数のプローブ４４がそれらの針先４４ａをほぼ直線状に整列させて配置されている。

また、図２に示す例では、プローブシート２０の外縁部の結合のために、弾性ゴムリング４６がプローブシート２０の外縁部に沿って配置されており、また、弾性ゴムリング４６を覆うリング金具４８が配置されている。プローブシート２０の外縁部および両部材４６、４８は、位置決めピン５０により、リジッド配線基板１２に対する相対位置が決まる。プローブシート２０および両部材４６、４８を貫通するねじ部材５２のリジッド配線基板１２への締め付けによって、プローブシート２０の外縁部がリジッド配線基板１２に結合される。

前記外縁部のリジッド配線基板１２への結合によって、従来におけると同様に、プローブシート２０の導電路１８ａがリジッド配線基板１２の対応する前記配線路に電気的に接続される。したがって、各プローブ４４はプローブシート２０（プローブ基板１８）の前記導電路１８ａを経て前記テスタ本体に接続される。

アライメントピン５４が、プローブシート２０を貫通して配置されている。アライメントピン５４の下端には、アライメントマークが形成されており、このアライメントマークは、被検査体である半導体ウエハ５６（図３、４参照）が保持されるテーブル（図示せず）に支持された図示しないカメラから撮影可能である。

このアライメントマークの撮影画像から、前記テーブルに対する電気的接続装置１０の相対的な位置情報が得られるので、この位置情報に基づいて、電気的接続装置１０の各プローブ４４の針先４４ａが前記テーブル上の被検査体５６の対応する各電極５８（図３参照）に接触するように、電気的接続装置１０の前記テーブルに対する相対位置が調整される。このアライメントピン５４を不要とすることができる。

プローブ基板１８に設けられる各プローブ４４は、図３に拡大して示されているように、プローブシート２０すなわちプローブ基板１８の導電路１８ａに一端が固定された基部６０と、該基部の下端からプローブ基板１８に沿って横方向に延びるアーム部６２と、該アーム部６２の先端部に一体的に形成された針先部６４とを備える。針先部６４は、プローブ基板１８から離れる方向へ向けて伸長し、その先端である伸長端に、図示の例では平坦面で構成された針先４４ａが形成されている。

図４は、各プローブ４４の平面配置を示し、図４では、図面の簡素化のためにプローブ基板１８が省略して示されている。この図４から明らかなように、半導体ウエハ５６に設けられた電極５８の整列線Lに対応する直線上に針先４４ａが整列するように、各アーム部６２は、その長手方向軸線が前記直線（L）と直角になるように、配列されている。これにより、各プローブ４４は、針先４４ａを直線状に整列し、またアーム部６２の長手方向が針先４４ａの整列方向とほぼ直角に配列されている。また各プローブ４４は、それぞれの基部６０から針先部６４へ向けての方向が針先４４ａの整列方向へ交互に逆方向となるように、配列されている。

図示の例では、各アーム部６２の長手方向軸線の仮想延長線は、対応する電極５８の上面６６のほぼ中心を通る軸線と交差可能である。これにより、図４に示すように、プローブ４４の針先４４ａが、半導体ウエハ５６の対応する電極５８の上方に確実に位置するように、電気的接続装置１０を位置決めることができる。

各プローブ４４の針先４４ａ下に位置する電極５８は、いわゆるバンプ電極であり、図４および図５に示されているように、長方形の平面形状を有する平坦な上面６６を有し、該上面の中央部には、その外形と相似的な長方形の断面形状を有する凹所６８が形成されている。各凹所６８は、その平面で見て互いに対向する一対の長辺に沿った一対の縦傾斜面６８ａと、一対の短辺に沿った横傾斜面６８ｂとからなる周壁（６８ａ、６８ｂ）で形成されている。各傾斜面６８ａ、６８ｂは凹所６８の底部へ向けて傾斜する。

電極５８の上面６６には、凹所６８を取り巻く枠状の平坦面領域６６ａが形成されている。この平坦面領域６６ａは、各傾斜面６８ａ、６８ｂの上縁に連続し、該上縁との間に直線状の稜を形成する。

各プローブ４４は、図４に示すように、そのアーム部６２の軸線方向が縦傾斜面６８ａに沿うように配置され、また図５（ａ）に示すように、それぞれの針先４４ａが対応する電極５８の平坦面領域６６ａのうち、そのプローブ４４の基部６０から遠い側に位置する一半すなわちアーム部６２の伸長方向側に位置する一半の上方に位置するように配置される。

より詳細には、図４の円領域に拡大して示すように、矩形の枠状平坦面領域６６ａのうち、対応する各プローブ４４の基部６０から遠い側に位置する一方の横傾斜面６８ｂ側に隣接する影線で示す領域部分６６ａ−１の上方に、それぞれの針先４４ａが位置する。

この状態では、針先４４ａは電極５８から間隔をおいて保持されていることから、そのアーム部６２は自由状態におかれ、弾性変形を生じることなくほぼ直線状に維持されている。

電気的接続装置１０が半導体ウエハ５６に向けて相対的に移動されると、図５（ｂ）に示すように、針先４４ａが電極５８の上面６６に接触する。この接触当所には、プローブ４４にオーバドライブ力が作用することはなく、したがってアーム部６２に撓みを伴う弾性変形が導入されることはない。このとき、先に説明したとおり、針先４４ａは平坦面領域６６ａのうち領域部分６６ａ−１に対応する位置にあることから、針先４４ａは、この領域部分６６ａ−１で電極５８の上面６６に接する。

さらに、引き続いて電気的接続装置１０が半導体ウエハ５６に向けて相対的に移動されると、 図５（ｃ）に示すように、プローブ４４にオーバドライブ力が作用し、このオーバドライブ力によってアーム部６２に撓みを伴う弾性変形が生じる。このアーム部６２の撓みにより、各プローブ４４の針先４４ａは、領域部分６６ａ−１上の接触点からアーム部６２の伸長方向へ平坦面領域６６ａ上を滑る。

このとき、本発明に係る電気的接続装置１０では、前記したように、各プローブ４４の針先４４ａは、それぞれのアーム部６２の伸長方向側に位置する平坦面領域部分６６ａ−１で平坦面領域６６ａに接することから、各針先４４ａは、対応する電極５８の上面６６に形成された平坦面領域６６ａ上を領域部分６６ａ−１に隣接する前記一方の横傾斜面６８ｂから遠ざかる方向へ移動する。

そのため、従来と同様に各プローブ４４の針先４４ａは、対応する電極５８の上面６６を滑ることにより、電極５８の上面６６の酸化膜を除去する。したがって、従来と同様に、各プローブ４４と対応する電極５８との確実な電気的接続が得られる。

また、この針先４４ａの移動は、領域部分６６ａ−１上で凹所６８の横傾斜面６８ｂから遠ざかる方向に生じるので、針先４４ａの移動によって針先４４ａが凹所６８の傾斜面６８ａ、６８ｂに滑り落ちることはない。したがって、前記したオーバドライブ力の解除によってプローブ４４の針先４４ａが図５（ｂ）に示す復帰位置へ戻るとき、単に領域部分６６ａ−１上を滑るのみであり、従来のように凹所６８との稜を通過することがないので、プローブ４４の針先４４ａのエッジが電極５８のこの稜部分を削り取ることはない。

その結果、従来のような電極の稜部分への損傷やその削りかすに起因する短絡を確実に防止することができる。

前記した電気的接続装置１０では、各プローブ４４の針先部６４の先端である針先４４ａが押し付けられる被検査体５６の電極５８の微細配列ピッチに対応したプローブシート２０（プローブ基板１８）を得るために、プローブシート２０の製造には、フォトリソグラフィ技術が利用することが望ましい。具体的には、プローブシート２０毎に、多数のプローブ４４をその針先４４ａから基部６０へ向けて順次プローブ材料を堆積することにより、これら多数のプローブ４４が一括的に形成される。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。例えば、各プローブ４４の針先４４ａを電極５８の上面６６の平坦面領域６６ａにおける一対の縦傾斜面６８ａに隣接する両側部分上を移動させることができる。

また、凹所６８の周面が模式的に一対の縦傾斜面６８ａおよび一対の横傾斜面６８ｂからなる例に沿って説明したが、本発明は、凹所６８の周面の形状の如何に拘わらず、針先４４ａを電極５８の上面６６の平坦面領域６６ａ内で移動させることを要旨とするものであることから、バンプ電極以外の種々の形状の凹所を有する電極を備える被検査体の電気的接続装置に適用することができる。

本発明に係る電気的接続装置を分解して示す斜視図である。 本発明に係る電気的接続装置を示す断面図である。 本発明に係る電気的接続装置の要部を示す断面図である。 図３に示した電気的接続装置のプローブ基板を除いて該プローブ基板に設けられたプローブの配置例を示す平面図である。 図４に示した各プローブの動きを説明するために図４に示した線V-Vに沿って得られた断面図であり、（ａ）は無負荷状態で対応するバンプ電極上に針先が保持されたプローブを示し、（ｂ）はプローブにオーバドライブ力が作用していない状態で該プローブの針先がバンプ電極に接触した状態を示し、（ｃ）はオーバドライブ力によりプローブの針先がバンプ電極上で滑りを生じた状態を示す。 従来の電気的接続装置のプローブの動きを説明する図５と同様な図面である。

符号の説明

１０ 電気的接続装置
１８ プローブ基板
４４ プローブ
４４ａ 針先（先端）
５６ 半導体ウエハ（被検査体）
５８ 電極
６６ 電極の上面
６６ａ 平坦面領域
６８ 凹所

Claims (10)

1. 上面に凹所が形成された電極を有する被検査体の電気検査のために前記上面に当接可能な複数のプローブを備える電気的接続装置であって、前記各プローブは、プローブ基板に結合された基部と、該基部から前記プローブ基板に沿ってこれから間隔をおいて前記被検査体の前記電極の上方へ伸びる弾性変形可能のアーム部と、前記プローブ基板から離れる方向へ向けて前記アーム部より突出する針先部とを備え、該針先部の先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で前記上面の前記凹所を除く平坦面領域に当接可能でありかつ前記プローブに前記電極へ向けてのオーバドライブ力が作用して前記アーム部に撓み変形が生じたとき前記針先部の先端は前記平坦面領域から逸脱することなく該平坦面領域上を移動可能であることを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記電極はバンプ電極である、請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記プローブの前記先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で、前記プローブの前記基部から遠い側に位置する前記上面の一半領域に接触可能である、請求項１に記載の電気的接続装置。
4. 前記アーム部の長手方向仮想延長線は、前記バンプ電極の前記上面のほぼ中心を通る軸線と交差する、請求項１に記載の電気的接続装置。
5. 前記凹所は前記電極の前記上面の中央部に形成され、該凹所の周壁が該凹所の底部へ向けて傾斜し、前記平坦面領域が前記凹所の傾斜周壁に連続して該傾斜周壁を取り巻くように枠状に形成されており、前記プローブにオーバドライブ力が作用するときおよび該オーバドライブ力が解除されるとき、前記先端は前記傾斜周壁に移行することなく前記平坦面領域上を移動可能である、請求項１に記載の電気的接続装置。
6. 前記複数のプローブは、前記針先を直線状に整列させるように、また前記アーム部の長手方向が前記針先の整列方向とほぼ直角でありかつそれぞれの前記プローブの前記基部から前記針先部へ向けての方向が前記針先の整列方向へ交互に逆方向となるように、配列されている、請求項１に記載の電気的接続装置。
7. 上面に凹所が形成された電極を有する被検査体の電気検査のために前記上面に当接可能なプローブを備える電気的接続装置の使用方法であって、前記プローブはプローブ基板に結合された基部と、該基部から前記プローブ基板に沿ってこれから間隔をおいて前記被検査体の前記電極の上方へ伸びる弾性変形可能のアーム部と、前記プローブ基板から離れる方向へ向けて前記アーム部より突出する針先部とを備え、該針先部の先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で前記上面の前記凹所を除く平坦面領域に当接可能でありかつ前記プローブに前記電極へ向けてのオーバドライブ力が作用して前記アーム部に撓み変形が生じたとき前記針先部の先端は前記平坦面領域から逸脱することなく該平坦面上を移動することを特徴とする電気的接続装置の使用方法。
8. 前記プローブの前記先端は、前記アーム部に撓みを伴う変形が生じていない状態で前記プローブの前記基部に遠い側に位置する前記上面の一半領域に接触可能である、請求項７に記載の電気的接続装置の使用方法。
9. 前記アーム部の長手方向仮想延長線は、前記バンプ電極の前記上面のほぼ中心を通る軸線と交差する、請求項７に記載の電気的接続装置の使用方法。
10. 前記凹所は前記電極の前記上面の中央部に形成され、該凹所の周壁が該凹所の底部へ向けて傾斜し、前記平坦面領域が前記凹所の前記周壁に連続して該周壁を取り巻くように枠状に形成されており、前記プローブにオーバドライブ力が作用するときおよび該オーバドライブ力が解除されるとき、前記針先は前記傾斜周壁に移行することなく前記平坦面領域上を移動する、請求項７に記載の電気的接続装置の使用方法。

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