JP2013088389A

JP2013088389A - プローブカード用接触端子及びプローブカード

Info

Publication number: JP2013088389A
Application number: JP2011231673A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Hoshino; 智久星野; Takashi Amamiya; 貴雨宮
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-13
Also published as: KR101408550B1; CN103063883A; KR20130044165A; TW201333474A; US20130099813A1

Abstract

【課題】酸化及び溶損を防止することができるプローブカード用接触端子を提供する。
【解決手段】半導体デバイスを検査するプローブカード１０のベース１１において半導体デバイスと対向する面には、複数のポゴピン１２が配され、各ポゴピン１２のプランジャー１４は柱状の接触部１４ｃを有し、接触部１４ｃは、柱状の中心部１４ｄと、中心部１４ｄの側面を覆う外部筒１４ｅとを有し、外部筒１４ｅを構成する材料の硬度及び比抵抗は、中心部１４ｄを構成する材料の硬度及び比抵抗と異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プローブカード用接触端子及びプローブカードに関する。

ウエハに形成された各半導体デバイスの検査を行うために、検査装置としてプローバが用いられている。プローバは、ウエハを載置する基台と、該基台と対向可能なプローブカードとを備える。プローブカードは板状の基部と、基部における基台との対向面においてウエハの半導体デバイスにおける各電極パッドや各半田バンプと対向するように配置された複数の柱状接触端子であるポゴピン（スプリングプローブ）のプランジャーやコンタクトプローブを備える（例えば、特許文献１参照。）。

プローバにおいて、基台に載置されたウエハとプローブカードとが対向した際、プローブカードの各接触端子が半導体デバイスにおける電極パッドや半田バンプと接触し、各接触端子から各電極パッドや各半田バンプに接続された半導体デバイスの電気回路へ電気を流すことによって該電気回路の導通状態等を検査する。

近年、半導体デバイスの電気回路の微細化が進み、電極パッドや半田バンプも微細化されている。これに伴い、プローブカードの接触端子の小径化が進んでいるが、接触端子の小径化は電極パッドと接触端子の接触圧の増加を招き、結果として接触端子の摩耗が激しくなる。そこで、接触端子の摩耗を防止するために、当該接触端子を構成する材料を硬度が高い高耐摩耗性材料で構成している。

特開２００２−２２７６８号公報

しかしながら、一般に高耐摩耗性材料は比抵抗が大きく、また、接触端子も小径化によって電流に対するコンダクタンスが低下し、その結果、接触端子の抵抗値が大きくなるため、接触端子へ電流を流す際に、該接触端子が大きく発熱して酸化するとともに、周りの接触端子も酸化させる。また、接触端子の発熱量が非常に大きいと当該接触端子が溶損するおそれもある。

本発明の目的は、酸化及び溶損を防止することができるプローブカード用接触端子及びプローブカードを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプローブカード用接触端子は、柱状の本体を備え、前記本体は、第１の材料からなる柱状の中心部と、第２の材料からなり、前記中心部の側面を覆う外部筒とを有し、前記第２の材料の硬度及び比抵抗は、前記第１の材料の硬度及び比抵抗と異なることを特徴とする。

請求項２記載のプローブカード用接触端子は、請求項１記載のプローブカード用接触端子において、前記第２の材料の硬度は前記第１の材料の硬度よりも高く、前記第１の材料の比抵抗は前記第２の材料の比抵抗よりも小さいことを特徴とする。

請求項３記載のプローブカード用接触端子は、請求項１記載のプローブカード用接触端子において、前記第１の材料の硬度は前記第２の材料の硬度よりも高く、前記第２の材料の比抵抗は前記第１の材料の比抵抗よりも小さいことを特徴とする。

請求項４記載のプローブカード用接触端子は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子において、前記本体における半導体デバイスとの接触部分は錘形状を呈することを特徴とする。

請求項５記載のプローブカード用接触端子は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子において、前記本体における半導体デバイスとの接触部分は砲弾形状を呈することを特徴とする。

請求項６記載のプローブカード用接触端子は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子において、前記本体における半導体デバイスとの接触部分は柱端形状を呈することを特徴とする。

請求項７記載のプローブカード用接触端子は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子において、前記本体における半導体デバイスとの接触部分は、前記本体の中心軸に対して傾斜した面に沿って前記本体を切除することによって形成されることを特徴とする。

請求項８記載のプローブカード用接触端子は、請求項２記載のプローブカード用接触端子において、前記中心部の太さは０．５μｍ〜５０μｍであり、前記外部筒の厚さは０．５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする。

請求項９記載のプローブカード用接触端子は、請求項３記載のプローブカード用接触端子において、前記中心部の太さは０．５μｍ〜５０μｍであり、前記外部筒の厚さは０．５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１０記載のプローブカードは、半導体基板に形成された半導体デバイスを検査するプローブカードであって、板状の基部と、該基部における前記半導体基板と対向する面に配された複数のプローブカード用接触端子を備え、前記プローブカード用接触端子の各々は柱状の本体を有し、前記本体は、第１の材料からなる柱状の中心部と、第２の材料からなり、前記中心部の側面を覆う外部筒とを有し、前記第２の材料の硬度及び比抵抗は、前記第１の材料の硬度及び比抵抗と異なることを特徴とする。

本発明によれば、外部筒をなす第２の材料の硬度及び比抵抗は、中心部をなす第１の材料の硬度及び比抵抗と異なるので、外部筒及び中心部のいずれか一方が摩耗せず、結果として本体の変形を抑制し、他方が円滑に電流を流して本体が発熱するのを防止し、結果として本体の酸化及び溶損を防止することができる。

本発明の実施の形態に係るプローブカードの構成を概略的に示す斜視図である。図１におけるポゴピンの構成を概略的に示す拡大断面図である。図２のポゴピンにおけるプランジャーの接触部の拡大断面図である。図３の接触部の先端部分の変形例を示す図であり、図４（Ａ）は第１の変形例であり、図４（Ｂ）は第２の変形例であり、図４（Ｃ）は第３の変形例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係るプローブカードの構成を概略的に示す斜視図である。

図１において、プローブカード１０は、円板状のベース１１（基部）と、該ベース１１における半導体ウエハと対向する面（図１では下面）に配された複数のポゴピン１２とを備える。

複数のポゴピン１２は、半導体ウエハに形成された半導体デバイスにおける各電極パッドや各半田バンプの配置に対応するように配されており、プローブカード１０が半導体ウエハと対向する際、各ポゴピン１２の先端が各電極パッドや各半田バンプに接触する。

図２は、図１におけるポゴピンの構成を概略的に示す拡大断面図である。

図２において、ポゴピン１２は、筒状の外部ケース１３と、該外部ケース１３内に摺動可能に嵌合された円柱状のプランジャー１４（プローブカード用接触端子）と、コイルスプリング１５とを備える。外部ケース１３は大径の下半部１３ａと小径の上半部１３ｂからなる段付ケースであり、下半部１３ａと上半部１３ｂの間には肩部１３ｃが形成されている。プランジャー１４は、下半部１３ａに摺動自在に嵌合された大径のガイド部１４ａと、上半部１３ｂに摺動自在に嵌合された小径の上軸部１４ｂと、ガイド部１４ａを挟んで上軸部１４ｂと反対側に延伸し且つガイド部１４ａよりも径が小さい接触部１４ｃ（本体）とを有する。コイルスプリング１５は、外部ケース１３の肩部１３ｃとプランジャー１４のガイド部１４ａとの間に配置されている。このポゴピン１２では、電極パッドとの接触によってプランジャー１４が外部ケース１３へ押し込まれると、コイルスプリング１５が圧縮されて反力を発生させるので、プランジャー１４の接触部１４ｃが再度、電極パッドへ向けて押し出される。その結果、接触部１４ｃは電極パッドと接触を維持することができる。

プローブカード１０において、各ポゴピン１２の外部ケース１３はベース１１に埋設され、プローブカード１０の下面からプランジャー１４のみが突出する。また、各ポゴピン１２へは電流が流され、該電流はさらにポゴピン１２を介して接触する電極パッドや半田バンプへ流れる。

図３は、図２のポゴピンにおけるプランジャーの接触部の拡大断面図である。

図３において、接触部１４ｃは、柱状の中心部１４ｄと、該中心部１４ｄの側面を覆う外部筒１４ｅとを有し、中心部１４ｄ及び外部筒１４ｅの間には密着層１４ｆが介在して中心部１４ｄ及び外部筒１４ｅを密着させる。接触部１４ｃは、電極パッドとの接触部分（以下、「先端部分」という。）が砲弾形状を呈する。これにより、電極パッドに対して接触部１４ｃが傾いても、当該接触部１４ｃと電極パッドとの接触形態が急変せず、接触圧をほぼ一定に維持することができる。なお、本実施の形態では、接触部１４ｃの先端部分の端部に至るまで中心部１４ｄの側面を外部筒１４ｅが覆う。

中心部１４ｄと外部筒１４ｅとは互いに異なる材料によって構成される。具体的には、外部筒１４ｅを構成する材料（以下、「外部材料」）（第２の材料）の硬度及び比抵抗は、中心部１４ｄを構成する材料（以下、「中心部材料」）（第１の材料）の硬度及び比抵抗と異なる。

本実施の形態では、中心部材料及び外部材料の組み合わせとして、外部材料を中心部材料よりも硬度の高い高耐摩耗性材料とし、中心部材料を外部材料よりも比抵抗が小さい低抵抗材料とする組み合わせ（以下、「第1の組み合わせ」という。）や、中心部材料を外部材料よりも硬度の高い高耐摩耗性材料とし、外部材料を中心部材料よりも比抵抗が小さい低抵抗材料とする組み合わせ（以下、「第２の組み合わせ」という。）が採用される。

上述した第1の組み合わせでは、接触部１４ｃが電極パッドとの接触を繰り返しても、外部筒１４ｅが摩耗せず、これに伴い、外部筒１４ｅ近傍の中心部１４ｄの摩耗も防止できるため、結果として接触部１４ｃの変形を抑制することができる。また、電極パッドとの接触の際に中心部１４ｄが円滑に電流を流して高電導性を実現するので、接触部１４ｃが発熱するのを防止し、結果として接触部１４ｃの酸化及び溶損を防止することができる。

また、上述した第２の組み合わせでは、接触部１４ｃが電極パッドとの接触を繰り返しても、中心部１４ｄが摩耗せず、これに伴い、中心部１４ｄ近傍の外部筒１４ｅの摩耗も防止できるため、結果として接触部１４ｃの変形を抑制することができる。また、電極パッドとの接触の際に外部筒１４ｅが円滑に電流を流して高電導性を実現するので、接触部１４ｃが発熱するのを防止し、結果として接触部１４ｃの酸化及び溶損を防止することができる。

本実施の形態で用いられる低抵抗材料としては、比抵抗が小さいだけでなく、比熱が大きく、熱伝導率が低いことが好ましい。比熱が大きいと、接触部１４ｃに大電流が流れてジュール熱が発生しても、低抵抗材料の温度が上昇しにくいため、当該温度が低抵抗材料の融点や軟化点に近付きにくくなり、低抵抗材料で構成される中心部１４ｄや外部筒１４ｅが焼き切れたり、形状が崩れることがない。これにより、接触部１４ｃに大電流を流し続けることができる。また、熱伝達率が低いと、発生したジュール熱を他部材、例えば、外部ケース１３やコイルスプリング１５へ伝えにくいので、外部ケース１３やコイルスプリング１５が熱膨張してポゴピン１２が円滑に作動しなくなるのを防止することができる。

本実施の形態で用いられる低抵抗材料の比抵抗としては１０×１０^−８Ω・ｍ以下が好適であり、１．６×１０^−８Ω・ｍ〜６×１０^−８Ω・ｍがより好ましい。また、同低抵抗材料の比熱としては、１０００Ｊ／ｋｇＫ以下が好適であり、１００Ｊ／ｋｇＫ〜５００Ｊ／ｋｇＫがより好ましい。さらに、同低抵抗材料の熱伝導率としては、１０Ｗ／ｍＫ〜１０００Ｗ／ｍＫが好適であり、２０Ｗ／ｍＫ〜５００Ｗ／ｍＫがより好ましい。

また、本実施の形態で用いられる低抵抗材料としては、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃｕ／Ａｕ、Ａｕ／ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）、Ａｕ／ナノダイヤが該当し、高耐摩耗性材料としては、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、ＤＬＣ、Ｎｉ／ＤＬＣ、Ａｕ／ＤＬＣ、Ａｕ／ナノダイヤ、Ｔｉ（チタン）、さらには、Ｔｉ合金、ＢｅＣｕ（ベリウム銅）やリン青銅等の銅合金、鋼線類が該当し、密着剤としてはＮｉ、Ｔｉ，Ｔａ（タンタル）が該当する。低抵抗材料、密着層及び高耐摩耗性材料の好適な組み合わせとしては、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔからなる組み合わせ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗからなる組み合わせ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ／ＤＬＣからなる組み合わせ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔからなる組み合わせ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗからなる組み合わせ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔからなる組み合わせ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗからなる組み合わせが該当する。

なお、プランジャー１４が電極パッドとの接触を繰り返す内に、中心部１４ｄ及び外部筒１４ｅが互いに剥離しても接触部１４ｃに電流が流れることができれば、半導体デバイスの検査を行うことができるため、中心部１４ｄ及び外部筒１４ｅの間に密着層１４ｆが介在しなくてもよい。

プランジャー１４において、外部筒１４ｅは中心部１４ｄの周りに高耐摩耗性材料又は低抵抗材料を積層することによって形成される。外部筒１４ｅの形成方法としては、電気鋳造、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）が用いられる。

本実施の形態において中心部１４ｄ及び外部筒１４ｅともに所定の機能（耐摩耗性、高電導性）を実現するためには、ある程度の厚みが必要であり、例えば、上記第１の組み合わせでは、中心部１４ｄの太さｔは０．５μｍ〜５０μｍ、好ましくは３μｍ〜５０μｍであり、外部筒１４ｅの厚さＴは０．５μｍ〜１００μｍ、好ましくは１０μｍ〜３０μｍであるのが好ましい。これにより、中心部１４ｄの抵抗値を低いままに留めることができ、もって、中心部１４ｄに電流を円滑に流して接触部１４ｃが発熱するのを確実に防止できるとともに、外部筒１４ｅにおける電極パッドとの接触圧を低いままに留めることができ、もって、外部筒１４ｅの摩耗を抑制し、結果として接触部１４ｃの変形を確実に抑制することができる。また、上記第２の組み合わせでは、中心部１４ｄの太さｔは０．５μｍ〜５０μｍ、好ましくは３μｍ〜３０μｍであり、外部筒１４ｅの厚さＴは０．５μｍ〜１００μｍ、好ましくは５μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。これにより、外部筒１４ｅの抵抗値を低いままに留めることができ、もって、外部筒１４ｅに電流を円滑に流して接触部１４ｃが発熱するのを確実に防止できるとともに、中心部１４ｄにおける電極パッドとの接触圧を低いままに留めることができ、もって、中心部１４ｄの摩耗を抑制し、結果として接触部１４ｃの変形を確実に抑制することができる。

以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述した接触部１４ｃは先端部分が砲弾形状を呈するが、先端部分の形状はこれに限られず、柱端形状（図４（Ａ））や錐形状（図４（Ｂ））を呈してもよく、さらには、先端部分を、接触部１４ｃの中心軸に対して傾斜した面（以下、単に「傾斜面」という。）に沿って当該接触部１４ｃの先端を切除することによって形成してもよい（図４（Ｃ））。柱端形状の場合、接触部１４ｃは電極パッドと面接触することができ、接触部１４ｃの摩耗を極力抑えることができる。錐形状の場合、電極パッドが微細であっても、接触部１４ｃの先端が極細となるため、当該電極パッドと確実に接触することができる。また、傾斜面に沿って接触部１４ｃの先端を切除する場合、先端部分の加工工程を減らすことができ、当該先端部分を容易に形成することができる。

また、上述した実施の形態では、接触部１４ｃが中心部１４ｄと外部筒１４ｅからなる２層構造を有するが、少なくとも１つの層が低抵抗材料で構成され、他の少なくとも１つの層が高耐摩耗性材料で構成されれば、接触部１４ｃは少なくとも３つの層が積層された構造を有してもよい。また、プランジャー１４が円柱状の部材から構成されたが、プランジャー１４を構成する部材の形状は円柱に限られず、例えば、角柱であってもよい。さらに、上述した実施の形態では本発明がポゴピンのプランジャーに適用されたが、本発明をコンタクトプローブの接触部に適用してもよい。

１０プローブカード
１１ベース
１２ポゴピン
１４プランジャー
１４ｃ接触部
１４ｄ中心部
１４ｅ外部筒

Claims

柱状の本体を備え、
前記本体は、第１の材料からなる柱状の中心部と、第２の材料からなり、前記中心部の側面を覆う外部筒とを有し、
前記第２の材料の硬度及び比抵抗は、前記第１の材料の硬度及び比抵抗と異なることを特徴とするプローブカード用接触端子。
前記第２の材料の硬度は前記第１の材料の硬度よりも高く、前記第１の材料の比抵抗は前記第２の材料の比抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のプローブカード用接触端子。
前記第１の材料の硬度は前記第２の材料の硬度よりも高く、前記第２の材料の比抵抗は前記第１の材料の比抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のプローブカード用接触端子。
前記本体における半導体デバイスとの接触部分は錘形状を呈することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子。
前記本体における半導体デバイスとの接触部分は砲弾形状を呈することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子。
前記本体における半導体デバイスとの接触部分は柱端形状を呈することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子。
前記本体における半導体デバイスとの接触部分は、前記本体の中心軸に対して傾斜した面に沿って前記本体を切除することによって形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブカード用接触端子。
前記中心部の太さは０．５μｍ〜５０μｍであり、前記外部筒の厚さは０．５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項２記載のプローブカード用接触端子。
前記中心部の太さは０．５μｍ〜５０μｍであり、前記外部筒の厚さは０．５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項３記載のプローブカード用接触端子。
半導体基板に形成された半導体デバイスを検査するプローブカードであって、
板状の基部と、該基部における前記半導体基板と対向する面に配された複数のプローブカード用接触端子を備え、
前記プローブカード用接触端子の各々は柱状の本体を有し、
前記本体は、第１の材料からなる柱状の中心部と、第２の材料からなり、前記中心部の側面を覆う外部筒とを有し、
前記第２の材料の硬度及び比抵抗は、前記第１の材料の硬度及び比抵抗と異なることを特徴とするプローブカード。