JP4414502B2

JP4414502B2 - プロービングカード

Info

Publication number: JP4414502B2
Application number: JP04917199A
Authority: JP
Inventors: 清竹腰
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: US6359455B1; JP2000241457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプロービングカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検査体、例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）に多数形成されたメモリ回路やロジック回路等のＩＣチップの電気的特性検査を行う場合にはコンタクタとしてプロービングカードが用いられる。このプロービングカードは検査時にウエハの電極用パッドと接触した時にテスタとＩＣチップ間で検査用信号の授受を中継する役割を果たしている。このプロービングカードは、例えばＩＣチップ上に形成された複数の電極パッドに対応したワイヤータイプのプローブを複数有し、各プローブと各電極パッドとをそれぞれ電気的に接触させてＩＣチップの検査を行うようにしている。
【０００３】
ところで最近、ＩＣチップの集積度が高まって電極パッドの数が急激に増加すると共に電極パッドの配列が益々狭ピッチ化している。これに伴ってプロービングカードのプローブの本数が急激に増加し、狭ピッチ化している。しかも、ウエハの大口径化に伴ってウエハ内のＩＣチップ数が急激に増加し、検査に長時間を要し、検査時間の短縮が重要課題になっている。そこで、プロービングカードによって検査を行う場合にも、ＩＣチップを１個ずつ検査するのではなく、同時に検査するＩＣチップの数（同測数）を増やし、検査時間を短縮するようにしている。多ピン化及び同測数の増加に対処したプロービングカードとして例えばバンプ状のプローブを有するメンブレンタイプのものがある。この種のプロービングカードは、微細化したＩＣチップに対応させてプローブを高集積化できるが、プローブ自体に弾力がなく、しかも高集積化すればプローブ間の寸法が余りにも短いため、メンブレンが電極パッドの高低差に追随し難く、プローブとＩＣチップの電極パッドとの安定した接触を確保することが難しい。
【０００４】
メンブレンタイプのプロービングカードの上述の問題点を解決したプロービングカードとしては例えば米国特許第５９２８２２６号明細書に記載のものがある。このプロービングカードのプローブ１０は、図７に示すように、基板１１上に立設されたポスト１２と、このポスト１２で片持ち支持され梁１３とを有し、梁１３の弾性変形によってＩＣチップＴの電極パッドＰの高低差を吸収するようになされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、米国特許第５９２８２２６号明細書に記載のプロービングカードの場合には、ＩＣチップの高集積化に対応させることでき、しかも電極パッドとの良好な接触を確保することができるが、梁１３がポスト１２から張り出しているため、プローブ１０を配置する際に他のプローブ１０との干渉を避けるためにプローブ１０の配置に工夫を要し、高集積化にも限界がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、素子の高集積化及び同測数の増加等によって素子の電極数が増え高密度化しても、その電極の配列に合わせてプローブを高集積化して配列数を増やすことができ、しかも全てのプローブを素子の電極と確実に接触させて信頼性の高い検査を行うことができるプロービングカードを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプロービングカードは、被検査体に形成された複数の素子にそれぞれプローブを接触させて上記各素子の電気的特性検査を行うプロービングカードにおいて、上記プローブは、基板上に設けられた柱状突起と、この柱状突起の上端面の中央から偏った位置に固定されたスペーサと、このスペーサの上端面に一端が固定され且つ他端が上記スペーサから上記柱状突起の上端面の中央部から離間した位置まで延設されたバネ性を有する渦巻状プレートと、この渦巻状プレートの他端に固定された接触端子とを有し、上記渦巻状プレートの他端が自由端として形成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のプロービングカードは、請求項１に記載の発明において、上記各プローブはそれぞれの渦巻状プレートが互いに干渉しない間隔を持って配置されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載のプロービングカードは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記スペーサが上記柱状突起の上端面の中央から偏って配置されており、上記渦巻状プレートは、その他端が上記スペーサの上端面から上記柱状突起の上端面に平行に延設されて一回ターンし、上記柱状突起の上端面の中央部から離間した位置に達する渦巻として形成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載のプロービングカードは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記接触端子は上記柱状突起の上端面の内側に配置されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載のプロービングカードは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記柱状突起は横方向断面の幅寸法が数１０〜数１００μｍに形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプロービングカード１は、例えば図３に示すように、基板２と、この基板２表面にＩＣチップそれぞれの電極パッド（図示せず）に対応してマトリックス状に配列された複数本（例えば、２０００本程度）のプローブ３とを備え、複数個のＩＣチップを同時に検査できるようになっている。基板２は例えば複数の配線層が積層されたセラミックスからなり、積層配線を介して表面のプローブ３が裏面側の電極パッドに接続されている。プローブ３の基端は基板表面にマトリックス状に形成された電極パッド（図示せず）に電気的に接続されている。
【００１３】
而して、上記プローブ３は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、図示しない電極パッド上に立設された、略正方形の平面を呈する角柱状突起３１と、この角柱状突起３１の上端面の隅角部に固定された角柱状のスペーサ３２と、このスペーサ３２に一端が固定されたバネ性を有する渦巻状プレート３３と、この渦巻状プレート３３の他端に固定された接触端子３４とを有し、渦巻状プレート３３の他端が自由端として形成されている。そして、プローブ３は全体が例えばニッケルあるいはその合金で形成されている。
【００１４】
上記角柱状突起３１は、ＩＣチップの電極パッドの大きさに即して形成され、その一辺が略数１０〜数１００μｍの長さに形成されている。また、上記渦巻状プレート３３は、図１の（ａ）に示すように、スペーサ３２を基点として角柱状突起３１の上端面と平行を保ちながら反時計方向に上端面の形状に従って外側から内側へ四角の渦巻状に一回ターンして延設されている。そして、隣り合うプローブ３はそれぞれの渦巻状プレート３３が互いに干渉しない間隔で配置されている。また、渦巻状プレート３３の延長端は自由端として形成され、この自由端部に固定された接触端子３４が角柱状突起３１上端面の略中央に位置している。また、同図の（ｂ）に示す角柱状突起３１の上端面と渦巻状プレート３３の自由端の間の空間Ｓは接触端子３４がオーバードライブする時の移動空間として形成されている。上記接触端子３４は、円柱突起部３４Ａと、この円柱突起部３４Ａ上端面に固定された四角錘台部３４Ｂとからなっている。角柱状突起３１、円柱突起部３４Ａ及び四角錘台部３４Ｂは図面上それぞれの軸心が略一致しているが、これらの軸心は必ずしも一致している必要はない。本実施形態では接触端子３４が円柱突起部３４Ａと四角錘台部３４Ｂから形成されているが、本発明では接触端子３４としてはこれらのいずれか一方を有したものであれば良い。
【００１５】
図２の（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施形態のプローブを示す図である。このプローブ３’は、円柱状突起３１’、円柱状のスペーサ３２’、円形渦巻状プレート３３’及び接触端子３４’を有し、全体として円柱状に形成されている以外は上記実施形態のプローブ３と同様に形成されている。
【００１６】
図１に示すプローブ３は図３に示すようにセラミックス製の基板２上にマトリックス状に配設され、プロービングカード１の検査用信号の入出力部として形成されている。この基板２裏面には図示しない基板２よりも大きく多層配線構造に形成されたセラミックス製の中継ボードが接続され、この中継ボードを介して各プローブ３はプリント配線基板（図示せず）に接続されている。この中継ボード表面の中央部には基板２裏面の各電極パッド（プローブ３に対応する）とそれぞれ接触する接触端子がマトリックス状に形成され、その裏面には多層配線を介して各接触端子とそれぞれ接続された電極パッドが形成されている。即ち、中継ボードは基板２の各プローブ３の配列を拡大してプリント配線基板に接続している。従って、プロービングカード１は、プローブ３を有する基板２、中継ボード及びプリント配線基板が一体化したカードとして構成され、プリント配線基板を介してテスタ側と接続されている。
【００１７】
さて、上記プローブ３を基板２上に設ける場合には例えば以下の手順で行う。まず、図５の（ａ）〜（ｄ）に示す手順で接触端子３４を作った後、図６の（ａ）〜（ｅ）に示す手順で渦巻状プレート３３、スペーサ３２及び角柱状突起３１を一体化し、次いで、これらを基板２上に転写する。この手順を以下詳述する。
【００１８】
ところで、上記プローブ３は例えばＬＩＧＡ(Lithographie,Galvanoformung,Abformung)プロセスを用いて作製される。即ち、図５の（ａ）に示すように例えばシリコン基板４１表面にシリコン酸化膜４１Ａが形成された後、その表面にレジスト膜４２が塗布される。次いで、シリコン基板４１がプローブ３の配列に即した四角錘台部３４Ｂのパターンを有するフォトマスク４３を介して露光された後、レジスト膜４２が現像処理されると、同図に示すようにレジスト膜４２に四角形の孔４２Ａが形成される。引き続き、孔４２Ａの部分のシリコン酸化膜４１Ａが除去され、シリコン基板４１に異方性エッチングが施されると、同図の（ｂ）に示すように逆四角錐台状の孔４１Ｂが形成される。次いで、レジスト膜４２及びシリコン酸化膜４１Ａが除去される。更に、同図（ｃ）に示すようにシリコン基板４１の表面に酸化膜４４が形成され、その表面にチタン膜４５が形成される。次いで、レジストが塗布され、孔４１Ｂに相当する部分のレジスト膜が露光、現像処理により除去されて孔４１Ｂが開口された後、ニッケルまたはニッケル合金がスパッタリングされ、同図の（ｄ）に示すようにシリコン基板４１の孔４１Ｂがニッケルまたはニッケル合金で埋められて四角錘台部３４Ｂが形成される。シリコン酸化膜４４は四角錘台部３４Ｂをシリコン基板４１の孔４１Ｂから分離する時の分離層となり、チタン膜４５が四角錘台部３４Ｂを形成するニッケルまたはニッケル合金の金属拡散防止用のバリア層になる。
【００１９】
しかる後、図６の（ａ）に示すようにポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含有し透明度の高いレジストがシリコン基板４１表面に塗布されて犠牲層４６が形成され、この犠牲層４６に対して所定のフォトマスクを介して露光、現像処理が施され、円柱突起部３４Ａを形成するための孔４６Ａが形成される。透明度の高いＰＭＭＡを用いることによりＸ等の光線が犠牲層４６を直進して透過し、アスペクト比の高い孔４６Ａが形成される。次いで、図６の（ｂ）に示すように電鋳処理により例えばニッケルで孔４６Ａが埋められて円柱突起部３４Ａが一体化した接触端子３４が形成される。次に、図６の（ｂ）で示す犠牲層４６表面及びニッケル合金からなる円柱部９Ａの表面に、同図の（ｃ）に示すようにチタン膜の分離層（図示せず）及びＰＭＭＡを含有するレジストにより犠牲層４７が順次形成され後、露光、現像処理により円柱突起部３４Ａの該当箇所及び渦巻状プレート３３に相当する部分が開口されて犠牲層４７に渦巻状プレート３３に相当する凹部が形成される。引き続き、図６の（ｃ）に示すようにニッケルによる電鋳処理が行われると接触端子３４と一体化した渦巻状プレート３３が形成される。更に、渦巻状プレート３３を設ける場合と同様の手順で分離膜（図示せず）及び犠牲層４８が形成された後、露光、エッチング処理を経て、ニッケルによる電鋳処理により図６の（ｄ）に示すようにスペーサ３２が形成される。次いで、同様の手順で図６の（ｄ）の表面に分離層及び犠牲層７９が順次形成され、露光、エッチング処理の後、ニッケルによる電鋳処理により図６の（ｅ）に示すように角柱状突起３１が形成される。この一連の工程により基板２上の電極パッドに対応したプローブ３を作製することができる。次いで、このシリコン基板４１の各角柱状突起３１（プローブ３）が基板２の電極パッドに接続して各プローブ３が基板２に転写された後、フッ酸等で処理して分離層及び犠牲層４６、４７、４８、４９が除去され、基板２と一体化したプローブ３がシリコン基板４１から分離し、プロービングカード１の基板２及びプローブ３が作製される。
【００２０】
次に、例えばプロービングカード１をプローブ装置に装着した場合のプローブ３の動作について説明する。例えば図４に示すように、プローブ装置内でプロービングカード１の各プローブ３とウエハの各電極パッドの位置合わせを行い、ウエハが載置された載置台が上昇するとウエハＷに形成された複数個分のＩＣチップの電極パッドがコンタクタ１の全てのプローブ３と一括接触する。更に、載置台がオーバドライブするとプローブ３が実線位置から仮想線で示す位置まで上昇し、それぞれの針圧で電極パッドと接触する。この際、ウエハの各電極パッド間に高低差があってもそれぞれの電極パッドの高さに応じて渦巻状プレート３３が弾性変形してそれぞれの高低差を吸収すると共に、プローブ３の角錘台部３４Ｂが渦巻状プレート３３のバネ力で各電極パッド内に確実に食い込んで電極パッドと電気的に接触し、テスタと各ＩＣチップ間を導通し、ＩＣチップについて検査する。その後、載置台が下降し、Ｘ方向またはＹ方向へ移動してウエハをインデックス送りし、次の複数個分のＩＣチップについて検査を行う。
【００２１】
以上説明したように本実施形態によれば、プローブ３は、基板２上に設けられた角柱状突起３１と、この柱状突起３１の上端面に固定されたスペーサ３２と、このスペーサ３２に一端が固定されたバネ性を有する渦巻状プレート３３と、この渦巻状プレート３３の他端に固定された接触端子３４とを有し、渦巻状プレート３３の他端が自由端として形成されているため、ＩＣチップの高集積化及び同測数の増加等によってＩＣチップの電極パッド数が増え高密度化しても、その電極パッドの配列に合わせてプローブを高集積化して配列数を増やすことができ、しかも全てのプローブ３を電極パッドと確実に接触させて信頼性の高い検査を行うことができる。
【００２２】
また、本実施形態によれば、各プローブ３はそれぞれの渦巻状プレート３３が互いに干渉しない間隔を持って配置されているため、ＩＣチップの電極パッドの配列に合わせたプローブ３を作製することができる。また、渦巻状プレート３３は高周波特性を阻害しない範囲の一回のターンで形成されているため、ノイズの影響が少ない、安定した検査を行うことができる。また、プローブ３の接触端子３４は角柱状突起３１の上端面の内側の略中央部に配置されているため、電極パッドに対する位置合わせを容易に行うことができる。
【００２３】
尚、上記各実施形態ではプローブ３（プローブ３’）が角柱状（円柱状）に形成されたものについて説明したが、本発明のプローブはこれらの形状に制限されるものではない。また、接触端子３４（接触端子３４’）が角柱状突起部３４Ａ（円柱状突起部３４Ａ’）及び四角錘台部３４Ｂ（円錐台部３４Ｂ’）を有するものについて説明したが、四角錘台部３４Ｂ（円錐台部３４Ｂ’）を省略しても良い。更に、プローブ３、３’をニッケルにより作製する場合に説明したが、プローブはニッケルに制限されるものではなく、その他ニッケル合金等のバネ性のある金属で作製したものであれば良い。また、渦巻状プレートはエッチング加工したものや精密プレスによって打ち抜き加工したものであっても良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に記載の発明によれば、素子の高集積化及び同測数の増加等によって素子の電極数が増え高密度化しても、その電極の配列に合わせてプローブを高集積化して配列数を増やすことができ、しかも全てのプローブをそれぞれに対応する素子の電極と弾力的に確実に接触させて信頼性の高い検査を行うことができるプロービングカードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロービングカードの一実施形態のプローブを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその要部を示す側面図である。
【図２】本発明のプロービングカードの他の実施形態のプローブを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその要部を示す側面図である。
【図３】図１に示すプローブを有するプロービングカードを模式的に示す平面図である。
【図４】図１に示すプローブの動作説明図である。
【図５】図１に示すプローブの接触端子を作製する工程の概要を示す説明図である。
【図６】図１に示すプローブの接触端子に渦巻状プレート、スペーサ及び角柱状突起を設ける工程の概要を示す説明図である。
【図７】従来のプロービングカードのプローブの動作説明図である。
【符号の説明】
１プロービングカード
２セラミック基板
３プローブ
３１角柱状突起
３２スペーサ
３３渦巻状プレート
３４接触端子

Claims

被検査体に形成された複数の素子にそれぞれプローブを接触させて上記各素子の電気的特性検査を行うプロービングカードにおいて、上記プローブは、基板上に設けられた柱状突起と、この柱状突起の上端面の中央から偏った位置に固定されたスペーサと、このスペーサの上端面に一端が固定され且つ他端が上記スペーサから上記柱状突起の上端面の中央部から離間した位置まで延設されたバネ性を有する渦巻状プレートと、この渦巻状プレートの他端に固定された接触端子とを有し、上記渦巻状プレートの他端が自由端として形成されてなることを特徴とするプロービングカード。
上記各プローブはそれぞれの渦巻状プレートが互いに干渉しない間隔を持って配置されてなることを特徴とする請求項１に記載のプロービングカード。
上記スペーサが上記柱状突起の上端面の中央から偏って配置されており、上記渦巻状プレートは、その他端が上記スペーサの上端面から上記柱状突起の上端面に平行に延設されて一回ターンし、上記柱状突起の上端面の中央部から離間した位置に達する渦巻として形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロービングカード。
上記接触端子は上記柱状突起の上端面の内側に配置されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプロービングカード。
上記柱状突起は横方向断面の幅寸法が数１０〜数１００μｍに形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプロービングカード。