JP2011064664A

JP2011064664A - コンタクトプローブ

Info

Publication number: JP2011064664A
Application number: JP2009236660A
Authority: JP
Inventors: Isao Kimoto; 軍生木本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】従来よりも小さな接触荷重と最小限のスクラブを付与するだけでプローブと被検査体の電気的導通を取ることができると共に、プローブへの不純物の付着を抑制してクリーニング回数を低減するコンタクトプローブを提供すること。
【解決手段】電極パッドに接触するプローブ先端平面又は曲面上に複数の凹凸部を有し、凸部先端と該凸部に連続する凹部底面との高低差が０．１５μｍ以上５μｍ以下であり、かつ、該凸部先端が鋭角である凹凸部の組が少なくとも２つ以上存在することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩなどの電子デバイスの製造工程において、ウエハ上に形成された複数のチップの回路検査に使用するコンタクトプローブ（接触子）に関し、特に、チップ上に配列される電極パッドに対しウエハ状態のままプローブを接触させ、一括してチップの電気的導通によりウエハに構成された回路検査を行うためのプローブカードに搭載されるコンタクトプローブに関するものである。

半導体技術の進歩に伴って電子デバイスの集積度が向上し、ウエハ上に形成される各チップにおいて、チップ上の電極パッドの数も増加し、それにつれてパッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化などによるパッド配列の微細化が進んでいる。

一方、被検査物であるＬＳＩチップの電極パッドは、一般にアルミ合金膜や金メッキ等で形成され、その表面は酸化皮膜等で覆われている。この電極パッドにプローブの先端を接触させる際、プローブ先端がパッドに接触した後さらに垂直方向に一定の距離で押圧（オーバードライブ）されると共に、電極パッド表面を水平方向に擦る（スクラブ）ことにより酸化皮膜等が破壊され、プローブと電極パッドとの確実な導通を得るという機能を有している。

特に前述のアルミ合金膜は２０ｎｍ（ナノメータ）前後の薄膜であり、その下にアルミ層が存在している。スクラブ動作等でアルミ合金膜を突き破ってアルミ層にまで到達したプローブには一般的にはアルミ屑が付着する。この屑は酸化してアルミ合金化し絶縁材として作用すると言われている。そのためプローブによる検査回数は限定され適切な間隔で電気的道通による検査の場所と異なる場所で塵や屑の除去（以下クリーニングと云う）を行っている。

前述のクリーニング動作が必要であることは、検査装置の稼働率低下のならびに、検査の信頼性を悪化する要因にもなり解決が望まれている。

従来のプローブ先端部は、プローバ装置におけるプローブ先端位置の画像認識をし易くする等の目的により、平坦であるものが多く存在する。従来のコンタクトプローブのプローブ動作に対する電極パッド表面との関係を図４に示す。プローブ先端部４１が被測定面に接触し、離脱するまでの一連の動作について説明するものである。図４（ａ）に示すように、被測定物は、基板４６の表面にアルミ電極４７が配置されたものであり、アルミ電極４７の表面が被測定面である。アルミ電極４７の表面は空気中での放置により酸化膜４０によって覆われている。最初に、被測定面の真上からコンタクトプローブの先端部４１が降下し、平坦面４５が被測定面に接触する。

平坦面４５を被測定面に押し付けると、図４（ｂ）に示すように、スプリング部（図示していない。）の弾性変形によって、先端部４１が矢印４８に示すように変位する。このとき、先端部４１は被測定面に押しつけられているので、先端部４１は、平坦面４５を被測定面に接触させたまま、図中右向きに移動、すなわち、スクラブが行なわれる。このとき、先端部４１によって酸化膜４０が削り取られ、キズ４４が形成されるが、同時に先端部４１は、酸化膜４０の下に存在するアルミ電極４７と電気的接触を得ることができる。この状態でコンタクトプローブを介した検査が行なわれる。スクラブに伴い、先端部４１の表面には、スクラブ屑４３が付着する。

検査終了後に、コンタクトプローブを上昇する。このとき、先端部４１は、図４（ｃ）に示すように、スプリング部の弾性変形が回復する間に、図中の矢印の向きにスクラブしながら移動し、その後上昇する場合がある。

一方、プローブ先端部と電極パッドとの接触をより確実にするため、プローブ先端部を鋭利に加工し、スクラブ量を低減する反面、アルミ電極内に入り込んだ状態で電気的接続を確保することを目的としたプローブも存在する（特許文献１、特許文献２）。この場合のプローブの動作に対するパッド表面との関係を図５に示す。プローブ先端部５１の先端部５５は、最小幅が１μｍ〜２μｍに加工されたものである。

プローブ先端部５１が被測定面に接触し、離脱するまでの一連の動作について説明する。図５（ａ）に示すように、被測定物は、基板５６の表面にアルミ電極５７が配置されたものであり、アルミ電極５７の表面が被測定面である。アルミ電極５７の表面は空気中での放置により酸化膜５０によって覆われている。最初に、被測定面の真上からコンタクトプローブの先端部５１が降下し、先端部５５が被測定面に接触する。

プローブ先端部５１を被測定面に押し付けると、図５（ｂ）に示すように、スプリング部（図示していない。）の弾性変形によって、先端部５１が矢印５８に示すように変位する。このとき、先端部５５は被測定面に押しつけられているので、先端部５５は被測定面からアルミ電極５７に深く入り込んだ状態で、図中右向きに移動、すなわち、スクラブが行なわれる。このとき、先端部５５によって酸化膜５０及びアルミ電極５７の一部が削り取られ、キズ５４が形成される。この状態でコンタクトプローブを介した検査が行なわれる。図５（ｃ）にてプローブ先端部５１を離脱後、先端部５１の表面には、スクラブ屑５５が付着する。

特開２００１−０５０９７９号公報特開２００６−２０８２３５号公報

しかしながら、被検査電極の高さのバラツキは一般に５０μｍ以上あり、プローブカード側の高さのバラツキも考慮に入れると、約１００μｍ程度の高さのバラツキがある。多数本のコンタクトプローブを配置したプローブカードを使用して安定で確実な電気的導通を得るためには、必然的にオーバードライブ量を大きくする必要があり、コンタクトプローブを押し付けるときに発生する被測定面への接触荷重の管理が難しく、接触荷重が大き過ぎる場合、図５（ｂ）に示すようにアルミ電極さらにはその下にある回路への破損が生じやすいという問題が生じる。

また、接触荷重が大きいと、アルミ電極の削り量が大きくプローブ先端部に付着するアルミ屑が増し、クリーニング回数の増加すなわち検査効率の低下に繋がるとともに、除去できない屑が永久付着物となって検査不良の増加の原因となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも小さな接触荷重と最小限のスクラブを付与するだけでプローブと被検査体の電気的導通を取ることができると共に、プローブへの不純物の付着を抑制してクリーニング回数を低減するコンタクトプローブを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載のコンタクトプローブは、電極パッドに接触するプローブ先端平面又は曲面上に複数の凹凸部を有し、凸部先端と該凸部に連続する凹部底面との高低差が０．１５μｍ以上５μｍ以下であり、かつ、該凸部先端が鋭角である凹凸部の組が少なくとも２つ以上存在することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のコンタクトプローブは、電極パッドに接触するプローブ先端平面又は曲面上に、該プローブ先端平面又は曲面より０．１５μｍ以上５μｍ以下の高さを有する円錐状又は角錐状の突起物を少なくとも２個以上設けたことを特徴とする

また、本発明の請求項３に記載のコンタクトプローブは、前記凹凸部又は前記突起物はプローブ先端部と同一材質であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のコンタクトプローブは、前記凹凸部又は突起物を含むプローブ先端部を硬質金属（例えばロジウム）によりメッキ処理したことを特徴とするものである。

本発明によれば、従来よりも小さな接触荷重と最小限のスクラブを付与するだけでプローブと被検査体の電気的導通を取ることができると共に、プローブへの不純物の付着を抑制してクリーニング回数を低減するコンタクトプローブを提供することが可能となる。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明による第１の実施形態であるコンタクトプローブ先端部を示す斜視図である。図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のプローブの動きを示す概略動作説明図である。図３は本発明による第２の実施形態であるコンタクトプローブ先端部を示す斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ従来のプローブの動きを示す概略動作説明図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ従来のプローブの動きを示す概略動作説明図である。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

図１（ａ）は本発明による第１の実施形態のコンタクトプローブを接触面側より見た斜視図である。図１（ａ）において１は１つのプローブ先端部、１０はプローブ１が電極パッド表面と接触する平面又は曲面である。１１は、接触面１０上に存在する複数の凹凸部である。図１（ｂ）は先端面１０が平面である場合の凹凸部１１を含むプローブ先端部１の断面図である。図１（ｂ）において、１２は凹凸部１１の凸部先端、１３は凹部底面、θ１は凸部先端角を示す。凹凸部１１の形状は、凸部先端１２と凹部底面１３との距離が０．１５μｍ乃至５μｍが適量であり、かつ、凸部先端角θ１は酸化膜２２を破壊し易くするため、鋭角（９０°以下）であることが望ましい。また、凹凸部１１の先端面１０上での配置は、概略均等に配置されることが望ましい。図１（ｃ）は先端面１０が曲面である場合の凹凸部１４を含むプローブ先端部１の断面図である。図１（ｃ）において、１５は凹凸部１４の凸部先端、１６は凹部底面、θ２は凸部先端角を示す。凹凸部１４の形状は、凸部先端１５と凹部底面１６との距離が０．１５μｍ乃至５μｍが適量であり、かつ、凸部先端角θ２は酸化膜２２を破壊し易くするため、鋭角（９０°以下）であることが望ましい。また、凹凸部１４の先端面１０上での配置は、概略均等に配置されることが望ましい。

図１の構造を有するコンタクトプローブのプローブ動作に対する電極パッド表面との関係を図２に示す。図２はプローブ先端部１が被測定面に接触し、離脱するまでの一連の動作について説明するものである。図２（ａ）に示すように、被測定物は、基板２３の表面にアルミ電極２１が配置されたものであり、アルミ電極２１の表面が被測定面である。アルミ電極２１の表面は空気中での放置により酸化膜２２によって覆われている。最初に、被測定面の真上からコンタクトプローブの先端部１が降下し、先端面１０が被測定面に接触する。

先端面１０を被測定面に押し付けると、図２（ｂ）に示すように、酸化膜２２は硬質であるが十分薄い（約２０ｎｍ）ため、比較的小さな接触荷重でも凹凸部１１の凸部により酸化膜２２を破壊することができる。このとき、小さな接触荷重であるため先端面１０が酸化膜２２を破壊するまでには至らない。

次に図１（ｃ）に示すように、プローブのスプリング部（図示していない。）の弾性変形によって、プローブ先端部１が矢印に示すように変位する。このとき、プローブ先端部１は被測定面に押しつけられているので、プローブ先端部１は、先端面１０を被測定面に接触させたまま、図中右向きに移動、すなわち、スクラブが行なわれる。このとき、凹凸部１１の凸部によって突き破った酸化膜２２がスクラブ動作によってさらに削り取られ、キズ２４が形成されるが、同時に凹凸部１１の凸部により、アルミ電極２１と電気的接触を得ることができる。この状態でコンタクトプローブを介した検査が行なわれる。

検査終了後に、図４（ｄ）に示すようにコンタクトプローブを上昇する。このとき、スクラブに伴い、プローブ先端部１の表面にはスクラブ屑２５が付着するが、従来のプローブとの比較において格段に少なくすることが出来る。さらに、凹凸部１１の凸部先端に付着したスクラブ屑は、次の被測定物のアルミ電極表面酸化膜を突き破る際に脱落することが期待でき、プローブへの不純物の付着を抑制してクリーニング回数を低減することが可能である。

凹凸部１１は、電気抵抗値の低減のためプローブ先端部１と同一材質であることが望ましい。また、凹凸部１１の耐久性を確保するために、凹凸部１１を含むプローブ先端部１を硬質金属（例えばロジウム）によりメッキ処理することが望ましい。さらに、凹凸部１１を複数個設けることにより、１つの凸部が接触の繰返し動作に伴い磨耗又は破損した場合でも継続して検査が可能となる。

図３は本発明による第２の実施形態のコンタクトプローブを接触面側より見た斜視図である。図３において３は１つのプローブ先端部、３０はプローブ先端部３が電極パッド表面と接触する平面又は曲面である。３１は、先端面３０上に存在する複数の突起物である。

突起物３１の形状は、電極パッド面（図３の上方向）に向かって鋭角となる円錐状又は角錐状であり、先端面３０からの高さは、電極パッドに形成されたアルミ酸化膜の概略厚さである２０ｎｍを突き破るに必要十分な量として、０．１５μｍ乃至５μｍが適量である。また、複数の突起物３１の先端面３０上での配置は、概略均等に配置されることが望ましい。

第２の実施形態のコンタクトプローブのプローブ動作に対する電極パッド表面との関係及び効果は、図１に示した本発明による第１の実施形態のコンタクトプローブと同一であるため省略する。

本発明のコンタクトプローブは、半導体デバイスの検査用電極パッドの微小化に対応したプローブカードにおいて、従来よりも小さな接触荷重と最小限のスクラブを付与するだけでプローブと被検査体の電気的導通を取ることができ、かつ、プローブへの不純物の付着を抑制してクリーニング回数を低減できるという効果が期待できるものである。

１プローブ先端部
１０先端面
１１凹凸部
１２凹凸部の凸部先端
１３凹凸部の凹部底面
１４凹凸部
１５凹凸部の凸部先端
１６凹凸部の凹部底面
２電極パッド
２１アルミ層
２２アルミ酸化膜
２３基板
２４キズ
２５アルミ屑
３プローブ先端部
３０先端面
３１突起物
４１プローブ先端部
４３アルミ屑
４４キズ
４５平坦面
４６基板
４７アルミ層
４８スクラブ方向
５０アルミ酸化膜
５１プローブ先端部
５３アルミ屑
５４キズ
５５先端部
５６基板
５７アルミ層
５８スクラブ方向

Claims

被検査体に形成された複数の電極パッドに接触させてテスタ側との間で信号を送受信して前記被検査体の電気的特性検査に用いられるプローブカードにおいて、電極パッドに接触するプローブ先端平面又は曲面上に複数の凹凸部を有し、凸部先端と該凸部に連続する凹部底面との高低差が０．１５μｍ以上５μｍ以下であり、かつ、該凸部先端が鋭角である凹凸部の組が少なくとも２つ以上存在することを特徴とするコンタクトプローブ。
被検査体に形成された複数の電極パッドに接触させてテスタ側との間で信号を送受信して前記被検査体の電気的特性検査に用いられるプローブカードにおいて、電極パッドに接触するプローブ先端平面又は曲面上に、該プローブ先端平面又は曲面より０．１５μｍ以上５μｍ以下の高さを有する円錐状又は角錐状の突起物を少なくとも２個以上設けたことを特徴とするコンタクトプローブ。
前記凹凸部又は前記突起物はプローブ先端部と同一材質であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンタクトプローブ。
前記凹凸部又は突起物を含むプローブ先端部を硬質金属（例えばロジウム）によりメッキ処理したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンタクトプローブ。