JP4344032B2

JP4344032B2 - ウエハテスト用プローブカード

Info

Publication number: JP4344032B2
Application number: JP01821699A
Authority: JP
Inventors: 滋樹前川; めぐみ竹本; 善宣出口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000214182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はウエハテスト用プローブカード、特に半導体集積回路や液晶表示デバイスの電気的諸特性を測定する垂直式プローブカードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の高集積化により、半導体を構成する端子（ボンディングパッド）数が増加し、１チップあたりの電極パッドが増加する傾向にある。半導体集積回路や液晶表示デバイスの電気的諸特性を測定するウエハテスト用プローブカードとして、従来はプローブ針を水平に配置し、先端を直角に曲げてプローブ針の先端部分をテストパッドに接触させるいわゆるカンチレバー方式のプローブカードが用いられていた。この方式のプローブカードは先端に向かって次第に細くなるようにテーパ加工したタングステン針からなるプローブ針の太い側の端部を基板に対してほぼ水平に取り付け、その先端をほぼ直角に曲げることによってその先端がボンディングパッドに接触できるようにして構成されている。しかしながら、ボンディングパッド数の増加やパッドピッチの縮小に対して、上述のカンチレバー方式では対応できないようになってきている。このようなパッド数の増加、パッドピッチの縮小に対して、半導体の動作テスト技術（プローブカード組立技術）も対応が要求され、プローブカードのプローブ針数や針立て密度を増加できる構造を工夫する必要がある。プローブカードのプローブ針数を増加する手段としては、弾性変形可能な極細のプローブ針を被測定半導体に対してほぼ垂直に実装した垂直式のプローブカードが提案されている。プローブ針を垂直に配置することで、従来のカンチレバー方式におけるプローブ針の水平部分が無くなるため、プローブカードの構造が簡単にでき、針立て密度を向上することができる。しかしながらこの垂直配置のプローブカードにもいくつかの問題点があり、この問題点に対していろいろな工夫がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば特開昭６４−３５３８２号公報に開示されている方法では、図８に示すように、固定基板１１に接着剤１１ａ等で固定されたプローブ針１０の先端部分を２枚の案内板１２、１３で保持するとともに、案内板１２、１３の位置を互いに少しスライドさせてプローブ針先端部分を拘束することにより、位置決め精度を高めながら被測定対象との垂直性を維持する方法が開示されている。
プローブ針先端位置を案内板で指定する上記のような方法は、特開平６−８２４８１号公報、および特開平８−２８５８９０号公報等にも記載されている。
【０００４】
しかしながら、特開昭６４−３５３８２号公報に開示された方法ではプローブ針先端部分で案内板２枚を相対変位させてプローブ針先端部分を拘束するため、プローブ針先端の位置精度は向上するが、プローブ針先端部分の動きも拘束されるため、半導体のボンディングパッドに対して接触したとき、プローブ針とボンディングパッド材料とが相対滑りし難いため、例えばボンディングパッドの材料がアルミ合金であった場合にはその表面酸化皮膜が効率的に破れずに、プローブ針の先端とボンディング材料の間で電気的接触抵抗が増大して、正しく半導体の動作テストができない場合があった。
【０００５】
また、前記カンチレバー方式のプローブカードにおいてはプローブ針とテストパッドの接触で発生する反力が、プローブ針の長手方向に対して直角に働くため、プローブ針を湾曲させやすく、この結果プローブ針の先端部分とテストパッドの相対滑りが５〜１０ｇ程度と比較的小さな力で発生する。これに対して垂直配置のプローブカードにおいてはプローブ針の先端とテストパッドの接触で発生する反力の方向とプローブ針の軸方向とが一致するため、プローブ針の先端部分とテストパッド材料とを相対変位させるためにはプローブ針を座屈変形させる必要がある。プローブ針を座屈させるための力は、プローブ針の針径によっても違うが、１０〜１００ｇと非常に大きい。従来、プローブ針はテストパッドの開口（小さなもので８０ミクロン角）を考慮して、先端の直径が３０ミクロン程度以下にする必要があるがこのように小さな針先端がテストパッドに接触する際、テストパッドに対して過大な接触応力が発生するためテストパッドを破壊してしまう問題もあった。これに対しては特開昭６４−３５３８２号公報に開示されているように、プローブ針の根元部分および先端部分をそれぞれ案内保持している案内板をそれぞれ同一方向にずらせることで予めプローブ針を一定方向に湾曲させ、プローブ針の材料が湾曲しやすいようにしてプローブ針とテストパッドの相対変位をおこしやすくして接触応力を減らそうとする試みが開示されている。しかしながら、プローブ針の製造方法はエッチングによって、プローブ針根元部分から先端部分にかけて次第に細くなるようにいわゆるテーパ加工されているが、テーパ加工されているため、曲げ応力がプローブ針先端部分ほど大きい。従ってこのようなプローブ針を上記案内板の相対位置をずらせてウエハのテストパッドに接触させ、プローブ針全体を座屈湾曲しても、変形がプローブ針先端部分に集中し、プローブ先端とアルミパッドの接触部分での回転が発生してプローブ先端とアルミパッドとの相対滑りが起きなかったり、プローブ針先端部分が曲がってしまうことがあった。
【０００６】
また、プローブ針は上記のように先端部分がテーパ加工されており、テーパ加工をする際に、プローブ針に太さのばらつきがでる。プローブ針の太さのばらつきがあった場合、最も太いプローブ針が上記２枚の案内板に強く拘束されるため摩擦でプローブ針の動きが悪くなる。さらに、案内板の穴を精度良く作っても上記のように最も太いプローブ針を２枚の案内板が挟むことで２枚の穴のピッチが広くなってしまい、他の比較的細いプローブ針をガイドできなくなってしまうことがあった。
【０００７】
また、特開平６−８２４８１号公報に開示された方法では、案内板を３層構成とし、中間に設けられた案内板をわずかにずらせることでプローブ針全体を湾曲させてプローブ針がテストパッドに接触した時にプローブ針全体をより小さな力で一方向に座屈させる方法が開示されているが、この方法では案内板の層構成が増える上、それぞれの案内板の各穴にエッチング等の手法でプローブ針を支持する構造を形成しているため、プローブ針を保持する構造が複雑になってしまうという問題点があった。
【０００８】
また、特開平８−２８５８９０号公報にはプローブ針を保持する２枚の案内板において、プローブ針側の案内板の穴径を小さく設定することで、測定対象の電極パッドの削りくずが侵入しないようにしているが、この場合にも２枚の案内板によりプローブ針の水平方向の動きが拘束され、プローブ針と上記電極パッドとの相対滑りが制限され、安定した電気的接触がとれない場合があった。
【０００９】
このように垂直式プローブカードは針立て密度や針先端位置精度が得やすいが、プローブ針とテストパッド材料の相対滑りがしにくい構造であることに対して、従来の水平配置方式（カンチレバー方式）のプローブカードは針立て密度を高めることや針先端の位置精度向上が難しいが、プローブ針とテストパッド材料の相対滑りがしやすいといったように、それぞれの方式で一長一短があった。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、針立て密度や針先端位置精度の高い垂直式のプローブカードにおいて、低荷重でも相対滑りを起こすことができ、テストパットとの安定した電気的接触が得られるプローブカード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】
この発明のウエハテスト用プローブカードは、基板に対してほぼ垂直に取り付けられたプローブ針の先端部分を半導体ウエハの電極パッドに押圧し、上記先端部分と上記パッドを電気的接触させて、上記半導体ウエハの動作をテストするウエハテスト用プローブカードにおいて、上記プローブ針は、上記プローブ針の根元側部分と先端部分とをそれぞれ案内板により保持するとともに、上記案内板で保持されている上記先端部分の直径に比べて、少なくとも上記根元側部分と上記先端部分との間にある中央部の直径を細く構成し、かつ上記プローブ針の先端部分の先端の形状を曲率半径が７〜３０ミクロンの概略球形状とし、かつ上記案内板で保持されている先端部分と上記案内板で保持されている根元側部分との間にある中央部に最小の直径を有するくびれ部分を設け、上記くびれ部分の直径ｄ ₂ と上記先端部分の直径ｄ ₁ との間、および上記先端部分の長さＬと上記先端部分を保持する上記案内板の厚さｈとの間に、
ｄ ₂ ／ｄ ₁ ≦０．９、Ｌ／ｈ＞１
なる関係が成立するようにして、
上記押圧により、座屈変形を上記くびれ部分で発生させ、上記プローブ針の先端部分の回転運動により、上記電極パッドにせん断変形を発生させることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図であり、図１（ａ）は座屈前の、図１（ｂ）は座屈後の様子を示している。図において、１はプローブ針、２は基板、３、４は案内板、１００は半導体、１００ａはボンディングパッドである。
【００１７】
次に動作について説明する。
被測定体である半導体１００のボンディングパッド１００ａに接触するプローブ針１は、一般的にタングステンやタングステン合金等あるいはパラジウムやパラジウム合金でできており、その一端は半導体をテストするコンピュータと接続するための基板２のスルーホールにハンダ２ａによって電気的に接続固定されている。上記基板２の下部分に設けられ、上記プローブ針１を案内し、位置決めするための２枚の案内板３および４において、案内板３は上記プローブ針１の根元に近い部分（先端部分に対し基板に取り付けられる側を指す。以下、根元側部分と記す）１ｂを保持しており、プローブ針の先端部分がテストパッドに接触することで生じるプローブ針の座屈により発生する曲げ応力を上記ハンダ２ａ部分に伝えにくい役目を有している。また、案内板４は上記プローブ針１の先端に近い部分（以下、先端部分と記す）１ａを保持しており、テストパッドとプローブ針の先端部分の相対位置精度を保持する役目を有している。
【００１８】
本実施の形態におけるプローブ針１は、上記案内板３で保持されているプローブ針の根元側部分１ｂ、および根元側部分１ｂと先端部分１ａとの間にある中央部１ｃの直径が、上記案内板４で保持されているプローブ針の先端部分１ａの直径より細く構成されている。このような構成とすることにより、座屈変形を起こしやすくするとともに、主たる座屈変形をプローブ針の先端部分１ａではなく、プローブ針の中央部１ｃで発生させ、プローブ針の先端部分１ａは根元側部分１ｂおよび中央部１ｃに比べて比較的太くして剛性を高めることで、プローブ針の先端部分１ａを回転運動させるようにし、この回転運動によりテストパッドとプローブ針とを容易に相対滑りできるようにしている。
【００１９】
本実施の形態によるプローブ針１を形成するには、先端部が概略球形状のプローブ針材料の根元側部分及び中央部を水酸化ナトリウム溶液に浸漬し、電解研磨をかけるエッチングによって上記根元側部分および中央部を先端部分に比べ細く構成することができる。
【００２０】
このような方法により、例えば案内板４の穴に接触するプローブ針先端部分１ａの直径を１００ミクロン、上記直径を有するプローブ針の先端部分の長さを８００ミクロンとし、案内板３の穴に接触するプローブ針根元側部分１ｂおよび中央部１ｃの平均的直径を５０ミクロン、上記直径を有するプローブ針の根元側部分および中央部１ｃの長さを５０００ミクロンとした。この場合、先端部分の曲げ剛性は根元側部分および中央部のおよそ１６倍、荷重がかかった時の中央部１ｃのたわみ量はプローブ針先端部分のおよそ１００倍となり、プローブ針先端部分はプローブ針根元側部分および中央部に対してほぼ剛体となり、プローブ針先端部分が半導体テストパッドに接触することで、プローブ針中央部が座屈による主たる変形を起こし、この変形によってプローブ針の先端部分が回転運動する。この回転運動によってプローブ針先端部分とテストパッド材料が容易に相対滑りし、安定した電気的接触を得ることができる。
【００２１】
また、前述したように、本実施の形態によるプローブ針を形成するにはエッチングにより根元側部分および中央部を先端部分より細くするが、エッチングにより細くした中央部の中心軸とエッチングされない先端部分の中心軸とが一致せず、その結果、中央部に偏荷重が発生するため中央部で座屈がより発生しやすくなる。
【００２２】
本実施の形態ではプローブ針の材料がタングステンもしくはタングステン合金の場合を例にあげたが、プローブ針材料は特にタングステンやタングステン合金である必要はない。
【００２３】
なお、プローブ針材料がタングステンやタングステン合金のように粉末を焼結してつくられる場合には少なからず空孔欠陥があるため、熱処理を加えて空孔を減らしておくことで、テストパッド材料の付着が抑制でき、電気的接触抵抗を小さく維持するために効果的である。
【００２４】
熱処理条件としては、例えばアルゴンガス等の非酸化性雰囲気中において、タングステンの再結晶温度より低い温度で加熱し、上記アルゴンガスの圧力をあげて加圧しながら熱処理することが有効となる。通常、金属材料の欠陥を抑制するためには再結晶温度以上に加熱して加圧することが行われるが、タングステンあるいはタングステン合金は再結晶温度以上で結晶組織が粗大化するため、再結晶温度以上での熱処理は実施できない。従って、空孔欠陥を除去することは難しいと考えられていた。しかし、タングステンプローブ針のように線引き過程で大きな加工歪みを有する材料は再結晶温度以下でも再結晶が起こり、加圧することで微細な空孔欠陥が消滅できることが分かった。
【００２５】
たとえば熱処理温度は３００〜６００℃、非酸化性雰囲気の圧力は２００〜２０００気圧、保持時間は０．５〜５時間程度でよい。なお、この条件で線引き加工による加工歪みを受けていない太径の線材、例えば５ｍｍ径のタングステン丸棒材料では再結晶が起こらないことが確かめられている。
【００２６】
なお、上記熱処理において、装置の圧力限界が高ければ２０００気圧以上でも問題はない。
【００２７】
本実施の形態では５００℃、１０００気圧、１時間熱処理することでプローブ針材料内部の欠陥をほとんど無くすことができ、プローブ針の先端に付着するアルミ屑の量を激減させることが可能となった。これにより、プローブ針先端部分のアルミ付着が抑制され、プローブ針先端部分とテストパッド材料の接触抵抗を長期にわたって低く安定させることが可能となる。
【００２８】
また、図２に示すように、プローブ針１の先端の形状を概略球形状としておき、上記概略球形状の曲率半径Ｒを７〜３０ミクロンとしておくことで、プローブ針先端とボンディングパッドとの電気的接触抵抗が非常に小さくなる。これは半導体ボンディングパッド２０がスパッタリングによる成膜で形成されており、その金属結晶組織がウエハ面の垂直方向３０に（１１１）となるいわゆるＣ軸配向となっている。このため金属が変形するときの滑り面がウエハ表面４０と平行する（１１１）のほかに、近接した角度の滑り面として、例えば上記（１１１）の滑り面４０と３５．３度の角度をもつ（１００）等の滑り面５０で積極的に滑り変形を発生させることで効率的にアルミパッド表面の酸化皮膜を除去できる。
【００２９】
例えばボンディングパッド２０の厚さが０．８ミクロンの場合、ボンディングパッドの厚さ分食い込んだプローブ針先端とボンディングパッド表面の喫水線高さｔにおいて、ボンディングパッド材料がスムースにせん断変形できる条件として、ボンディングパッド表面とプローブ針先端面の上記喫水部分における角度θが１７度という条件がある。この角度は上記滑り面（１１１）および（１００）等が交互に起こる条件であり、プローブ針先端面でボンディングパッド材料のせん断変形が連続しておこる。これによりプローブ針先端面でボンディングパッド材料との金属接触が起こり安定した電気接触が実現される。この時の角度条件を満たすプローブ針の先端部分の曲率半径Ｒが１５ミクロンである。
【００３０】
ボンディングパッドの厚みによって、この曲率半径Ｒの条件は変化するが、おおむねＲが７〜３０ミクロンであれば一般的なボンディングパッド厚さに対して良好な電気接触が得られることが分かっている。
【００３１】
上記曲率半径Ｒを有する先端形状のプローブ針を用いることで、プローブ針先端部分とボンディングパッドの相対滑りを最小限にすることができる。例えば、プローブ針先端の概略球面の曲率半径が１５ミクロンの場合、相対滑り量は１０ミクロン程度で十分であり、本実施の形態で示したプローブ針先端部分の回転によるテストパッドとの相対滑りで十分安定した電気的接触を得ることができる。
【００３２】
なお、案内板３、４の穴の位置を相対的にずらせてプローブ針１を保持することにより、プローブ針を予め一方向に湾曲させておくことで、さらに座屈による回転運動を起こしやすくしてもよい。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１ではプローブ針の根元側部分１ｂおよび中央部１ｃをプローブ針の先端部分１ａに比べて細くすることにより、中央部１ｃを座屈させ、プローブ針１の先端部分１ａを回転させるように構成したが、プローブ針の根元側部分１ｂおよび中央部１ｃをエッチングで細く加工した場合、根元側部分に向かうほど針径が細くなるため、座屈変形による曲げ応力がプローブ針１と基板２のハンダ接続部分で大きくなるため、プローブ針先端部分とテストパッドの繰り返し接触によって繰り返し応力がハンダ接続部分に発生するためハンダ２ａに亀裂がはいる恐れがある。
【００３４】
図３（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態２による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図であり、図３（ａ）は座屈前の、図３（ｂ）は座屈後の様子を示している。
【００３５】
本実施の形態におけるプローブ針１は、プローブ針の根元側部分１ｂと、プローブ針の先端部分１ａとがそれぞれ案内板３、４に開けられ穴により保持されており、上記案内板３、４で保持された先端部分１ａと根元側部分１ｂとの間にあるプローブ針の中央部１ｃの直径が、上記先端部分１ａの直径および上記根元側部分１ｂの直径より細く構成されている。このような構成とすることにより、実施の形態１と同様、中央部１ｃで座屈変形を起こしやすくし、プローブ針の先端部分を回転運動させるようにするとともに、座屈変形による曲げモーメントが基板のハンダ接続部分に伝わりにくくし、ハンダ接続部分の信頼性を高めることができる。このとき案内板３に設けられた穴３ａとプローブ針根元側部分１ｂのクリアランスをできるだけ小さくしておくことで、プローブ針１の座屈変形による曲げ応力がハンダ接続部分に及びにくくなる。
【００３６】
本実施の形態によるプローブ針１を形成するには、実施の形態１と同様、先端部が概略球形状のプローブ針材料を水酸化ナトリウム溶液に浸漬し電解研磨をかけるエッチングによって、中央部１ｃを先端部分１ａおよび根元側部分１ｂに比べ細く構成することができるが、このとき、プローブ針材料の先端部分および根元側部分にコーティングしておくことで、中央部だけを選択的に細らせることができる。
【００３７】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３に係わるプローブ針を示す説明図である。
本実施の形態におけるプローブ針１は、図１に示される案内板３で保持されているプローブ針の根元側部分１ｂ及び中央部１ｃの直径が、案内板４で保持されているプローブ針の先端部分１ａの直径より細く構成されるとともに、根元側部分１ｂおよび中央部１ｃは先端部分１ａに近づくに従ってテーパ状にさらに細く構成され、先端部分１ａとの境界部に「くびれ」を構成する。本実施の形態に係わるプローブ針１はこのような最小の径を有する「くびれ」部分１ｄを有しているため、座屈変形が「くびれ」部分１ｄで大きく発生し、プローブ針１の先端部分１ａの回転運動がより起こりやすくなる。
【００３８】
上記構成のプローブ針１において、プローブ針先端部分１ａが「くびれ」部分１ｄで座屈により回転運動を起こすためには、「くびれ」部分１ｄの直径をｄ ₂、先端部分１ａの直径をｄ ₁、先端部分１ａの長さをＬ、先端部分１ａを保持する案内板４の厚さをｈとすると、
ｄ₂／ｄ₁≦０．９、Ｌ／ｈ>１
であることが望ましい。即ち、「くびれ」部分１ｄは通常エッチングにより形成されるが、製造上のばらつきを考慮して最低限１０％以上の直径差を設けて「くびれ」を形成するとよい。例えば１０％の直径差とすれば、曲げ剛性は直径の４乗で効くため、ｄ₂／ｄ₁＝０．９でも「くびれ」部分１ｄの剛性は先端部分１ａの６５％程度となり、座屈を起こすことが可能となる。
また、先端部分１ａが案内板４を支点として回転運動を起こすには、先端部分１ａの長さＬが先端部分１ａを保持する案内板４の厚さｈより大きくなければならない。なお、ｈはプローブ先端部分１ａを保持する厚さであり、案内板４の厚さとは必ずしも一致しない。
【００３９】
次に、本実施の形態に係わるプローブ針の製造方法を図５に示す。
まず、図５（ａ）に示すように、プローブ針材料の先端部分の形状を概略球形状とし、上記概略球形状の曲率半径Ｒを２０μｍ以下となるようにする。次に、図５（ｂ）に示すように、先端部分をマスクする。このようなプローブ針材料をＮａＯＨ溶液中に浸漬し、徐々に引き上げながら上記プローブ針材料を電解エッチングする（図５（ｃ））。このようにして得られたプローブ針材料を図５（ｄ）に示す、その後、マスクを除去して、根元側部分および中央部がテーパ形状のプローブ針を得る。
【００４０】
なお、プローブ針の「くびれ」の位置は、上記実施の形態に示すように、先端部分１ａとの境界部に設けるのが最も望ましいが、先端部分１ａの近くの中央部１ｃに設けても良く、「くびれ」を設けた位置で座屈が起こりやすくなり、先端部分の回転運動を起こしやすくなる。
【００４１】
また、上記実施の形態においては、製造上の理由により、根元側部分１ｂおよび中央部１ｃが先端部分１ａに近づくに従って細くなるテーパ形状のものを示したが、中央部１ｃに「くびれ」部分１ｄを設けたものであれば、テーパ形状でなくてもよい。
【００４２】
また、実施の形態２において用いた、根元側部分１ｂの直径が中央部１ｃの直径より太い構成のプローブ針に対して、上記中央部１ｃに「くびれ」を設けた構成であってもよい。
この時、「くびれ」の位置は、上記実施の形態３と同様、先端部分１ａとの境界部、あるいは先端部分に近い位置に設けると良い。
【００４３】
さらに、上記実施の形態では先端部分１ａの形状が概略球形状のものを示したが、必ずしも球形状でなくてもよい。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態１、２で示したプローブ針構造ではプローブ針の先端部分が回転するためにプローブ針先端部分を案内・保持する案内板４のガイド穴４ａの直径をプローブ針より大きく作っておく必要がある。例えばプローブ針先端部分１ａの長さが８００μｍ、直径が８０μｍの時、プローブ針先端部分１ａのガイド穴４ａの直径が１１０μｍ、案内板４の厚みが０．４ｍｍであれば、プローブ針先端部分１ａの回転角度はおよそ１．４度となり、プローブ針先端部分１ａとテストパッド１００ａの相対滑り量は６０μｍ程度となる。しかしこの場合、プローブ針先端部分１ａとガイド穴４ａのクリアランス分がプローブ針先端部分１ａの位置決め精度となってしまう。また、このクリアランスを小さくすれば位置決め精度が向上するがプローブ針先端部分１ａの回転による滑り量が小さくなってしまう。そこで位置決め精度とプローブ針先端部分の回転によるテストパッド材料との相対滑り量を確保するために案内板４にあける穴形状を工夫する。
【００４５】
図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態４による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図であり、図６（ａ）は座屈前の、図６（ｂ）は座屈後の様子を示している。
本実施の形態において、プローブ針先端部分１ａを保持する案内板４の穴４ａは、穴４ａの長さ方向に対する中央付近の穴の直径が、穴４ａの両端部の直径より小さくなるように構成されており、上記中央付近の穴の直径をプローブ針先端部分１ａの直径に近く設定している。
【００４６】
例えば本実施の形態の場合、プローブ針先端部分１ａの直径が８０μｍに対して、ガイド穴４ａの長さ方向に対する中央付近の穴の直径が８０μｍ強、穴の両端部の直径が１１０μｍとなっている。案内板４の厚みが０．４ｍｍなので、プローブ針先端部分１ａはおよそ３度傾くことができる。プローブ針先端部分１ａの長さが８００μｍ程度のとき、プローブ針先端部分１ａとテストパッド１００ａは６０μｍ程度相対滑りすることが可能となり、電気的接触を得るに十分な滑り量を得ることができる。
【００４７】
本実施の形態では穴の両端部の直径を中央部に比べ拡げたが、案内板４のテストパッド１００ａ側の穴の直径をプローブ針先端部分１ａの直径に近づけて、反対側の穴の直径を拡げた、テーパ形状の穴でも良い。
また、その反対に、案内板４のテストパッド１００ａ側の穴の直径を拡げ、反対側の穴の直径をプローブ針先端部分１ａの直径に近づけた、逆のテーパ形状の穴でも良い。
【００４８】
なお、上記実施の形態ではガイド穴４ａの穴形状を工夫して、位置決め精度とプローブ針の回転によるテストパッド材料との相対滑り量を確保したが、案内板４の材料がポリイミド等、樹脂により構成されている場合には、穴形状をストレートとし、プローブ針先端部分の直径と穴４ａの直径を同じにしてもよく、位置決め精度とプローブ針の回転によるテストパッド材料との相対滑り量を確保できる。
【００４９】
実施の形態５．
図７は実施の形態５に係わる案内板におけるガイド穴の構成を示す断面図である。
プローブ針部分１ａを保持、ガイドする案内板４のガイド穴４ａの表面に摩擦係数の小さい潤滑膜５を施すことにより、プローブ針先端部分１ａとガイド穴４ａとの接触抵抗を小さくすることができる。
【００５０】
本実施の形態では、潤滑膜５として、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を案内板４とガイド穴４ａ表面にコーティングしているが、潤滑膜５としては、プローブ針先端部分１ａとガイド穴４ａとの摩擦抵抗を減らすものであれば、上記ＤＬＣのようなセラミック系の潤滑膜でなくてもテフロンコーティング等、樹脂系の潤滑膜でもかまわない。
【００５１】
本発明の各実施の形態に係わるプローブ針の構造では、プローブ針先端部分１ａが回転するため、ほとんどガイド穴４ａとの摩擦が起こりにくいが、それでも多少の摩擦抵抗はあり、この摩擦抵抗がプローブ針先端部分１ａの回転動作を妨げる方向に働く。従って、プローブ針先端部分の回転運動をより小さな力で滑らかに発生させるためには、本実施の形態で示した潤滑膜５を施すことにより、プローブ針先端部分１ａと案内板４のガイド穴４ａとの接触による摩擦抵抗をできるだけ小さくすることが望ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、プローブ針の主たる変形部分がプローブ針の中央部となり、プローブ針の先端部分に回転運動を起こすことができ、プローブ針が被測定対象の電極パッドに対して相対滑りしやすくなるため、テストパッド材料とプローブ針との電気的接触が安定しておこなえるようになり、座屈変形が「くびれ」部分で大きく発生し、プローブ針の先端部分の回転運動がより起こりやすくなる。
【００５３】
この発明によれば、上記構成において、上記プローブ針の、案内板で保持されている根元側部分の直径を、上記中央部の直径に比べて太く構成したので、主たる変形部分がプローブ針の中央部に集中するようになり、基板とプローブ針との接合部分に応力が伝わりにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わるプローブ針の形状を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係わるプローブ針を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係わるプローブ針の製造方法を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態４による垂直式プローブカードの主要部を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係わる案内板におけるガイド穴の構成を示す断面図である。
【図８】従来の垂直式プローブカードの主要部を示す構成図である。
【符号の説明】
１プローブ針、１ａ先端部分、１ｂ根元側部分、１ｃ中央部、１ｄ「くびれ」部分、２基板、３，４案内板、４ａガイド穴、５潤滑膜、１００半導体、１００ａボンディングパッド。

Claims

基板に対してほぼ垂直に取り付けられたプローブ針の先端部分を半導体ウエハの電極パッドに押圧し、上記先端部分と上記パッドを電気的接触させて、上記半導体ウエハの動作をテストするウエハテスト用プローブカードにおいて、上記プローブ針は、上記プローブ針の根元側部分と先端部分とをそれぞれ案内板により保持するとともに、上記案内板で保持されている上記先端部分の直径に比べて、少なくとも上記根元側部分と上記先端部分との間にある中央部の直径を細く構成し、かつ上記プローブ針の先端部分の先端の形状を曲率半径が７〜３０ミクロンの概略球形状とし、かつ上記案内板で保持されている先端部分と上記案内板で保持されている根元側部分との間にある中央部に最小の直径を有するくびれ部分を設け、上記くびれ部分の直径ｄ ₂ と上記先端部分の直径ｄ ₁ との間、および上記先端部分の長さＬと上記先端部分を保持する上記案内板の厚さｈとの間に、
ｄ ₂ ／ｄ ₁ ≦０．９、Ｌ／ｈ＞１
なる関係が成立するようにして、
上記押圧により、座屈変形を上記くびれ部分で発生させ、上記プローブ針の先端部分の回転運動により、上記電極パッドにせん断変形を発生させることを特徴とするウエハテスト用プローブカード。
プローブ針は、案内板で保持されている根元側部分の直径が、上記根元側部分と上記案内板で保持されている先端部分との間にある中央部の直径に比べて太く構成されていることを特徴とする請求項１記載のウエハテスト用プローブカード。