JP4663040B2

JP4663040B2 - プローブカードとその使用方法

Info

Publication number: JP4663040B2
Application number: JP29335598A
Authority: JP
Inventors: 盛一坂輪; 和男加藤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: JP2000121669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路を検査するプローブカードとその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体の微細化、高集積化はめざましく、これに伴い半導体素子や半導体集積回路の電気的諸特性を検査するためのプローブカードにも、狭ピッチ化が要求されている。プローブカードの狭ピッチ化を少しでも有利に達成するために、より小さな直径を有するプローブピンを用いることが検討されている。
【０００３】
例えば、ＶＬＳ成長で得た針状単結晶をプローブピンに用いたプローブカード（特開平５−２１８１５６号公報参照）が提案されている。前記プローブカードは、基板に垂直方向に成長した直径数十μｍの針状単結晶の表面を金属等の導電性物質で覆ったプローブピンが多数設けられていて、実使用においては前記プローブピンが半導体ウエハ上にある評価用パッドに押圧接触して用いられる。このとき、接触を確実にすることなどの目的で、プローブピンは前記パッドに接触した位置よりも過剰に変位され押しつけられる。この過剰に変位させることをオーバードライブ（Ｏ／Ｄと略す）と呼び、前記過剰の変位量をオーバードライブ量（Ｏ／Ｄ量と略す）と称す。
【０００４】
表面に導電性膜を設けた針状単結晶からなるプローブピンは、Ｏ／Ｄにより座屈変形を受け金属等の導電性被膜が塑性変形を生じ、Ｏ／Ｄ後にその先端位置がずれる場合があり、さらに座屈変形により曲がる方向は不規則である。特に数十万回以上もプロービングを繰り返し受ける実用条件下では前記プローブピンの先端位置ずれは避け難く、実用上の大きな問題になっている。即ち、プローブカード中に多数設けられているプローブピンのうち若干数であっても、プローブピン先端の位置ずれが生じると、評価パッドにプローブピンが接触せずに導通不良が発生して、正確に検査を行うことが困難になるほか、異物を介して隣接するピンとブリッジすることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題点に鑑みてなされたものであって、プローブピンの先端の位置精度が数十万回〜数百万回にも及ぶプロービングを受けても、プロービング前の位置精度を維持し、その結果導通不良が生じ難く長寿命のプローブカードを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被測定物に垂直に接触するプローブピンを複数有するプローブカードであって、前記複数のプローブピンのいずれもが該プローブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形していることを特徴とするプローブカードであり、好ましくは、前記プローブピンが単結晶層を有する基板上に垂直に設けられた針状単結晶からなることを特徴とするものであり、針状単結晶がＶＬＳ成長により得られたことを特徴とするプローブカードであり、更に好ましくは、プローブピンの長さＬ（μｍ）とプローブピンのたわみ量ｘ（μｍ）に関して、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）を満足していることを特徴とするプローブカードである。
【０００７】
また、本発明は、複数のプローブピンを有するプローブカードの使用方法であって、前記複数のプローブピンを該プローブピンの軸方向と垂直な一方向にたわみ変形させた後、被測定物のプロービングに供することを特徴とするプローブカードの使用方法であり、複数のプロービンピンを、該プローブピンの先端部を粘着性物質で固定しながらプローブピンの軸方向と垂直方向に移動させた後に、プローブピンの軸方向に押しつけることにより、プローブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形させることを特徴とする前記のプローブカードの使用方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図をもって本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明のプローブピンは、図１に例示されるとおり、プローブピン１がプローブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形している構造を有する。このような構造を採用することにより、プローブピンがプロービングの際に座屈変形する方向を制御することができ、多数回のプロービングにおいても、初期の位置精度を維持でき、隣接するピン同士が接触することを回避することができる。また、たわみ量の定義は図２に示すとおり、たわみ変形前のプローブピンの中心線とたわみ変形後のプローブピンの中心線の最も離れた部分の距離であり、プローブピンの長さＬ（μｍ）とたわみ量ｘ（μｍ）の関係が、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）であることが好ましい。
【００１０】
本発明におけるプローブピンは、基板に垂直に配置されたものが好ましく、前記プローブピンには従来から使用されているＷ、Ｂｅ−Ｃｕ等の導電膜を必要としない線材でも構わない。しかし、強度が強く、数十万回以上のコンタクトでも塑性変形が少ないという優れた特性を持つという理由から、針状単結晶に必要に応じて導電膜を被服したものがより好ましい。
【００１１】
前記針状単結晶について、その材質は例えばＳｉ、ＬａＢ₆、Ｇｅ、α−Ａｌ₂Ｏ₃、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＩｎＧａ等が挙げられる。これらのうち、検査対象基板と同じ材質であるＳｉが熱膨張率等の特性が同じであり、プローブピンの位置精度が高温でも変化しにくいという理由から好ましい。上記針状単結晶の製法に関しては、ＶＬＳ成長によるものが転位密度が低いので高強度で高弾性であること、しかも小径のものが容易に得られることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、針状単結晶の形状は、一般的に、直径が１０〜１００μｍであり、長さが５００μｍ〜２ｍｍである。
【００１２】
前記針状単結晶は、一般的に電気抵抗値が高く、そのままプローブカード等に用いる場合、十分な電気信号を得難いことがあるので、必要に応じて表面に導電性膜を設けることにより導電化して用いられる。導電性膜は、Ａｕ、Ｃｕ等の低電気抵抗の金属をめっき法、蒸着法、スパッタリング法等の方法により形成することができるが、Ｏ／Ｄによる導電性膜の永久変形をなるべく小さく抑えるために、Ａｕ等の延性材料を安価なめっき法で形成するのが好ましく、また、その膜厚は導電性が十分に付与され、しかもプローブピン先端の位置ずれをできるだけ小さくするために、１．０〜３．０μｍとすることが好ましい。
【００１３】
プローブピンにたわみ変形させる方法としては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように該プローブピンの先端部を粘着性物質８で固定しながらプローブピンの軸方向と垂直な方向に移動させた後に、軸方向に押しつける方法が最も好ましい。粘着性物質８は両面に形成された粘着層の膜厚が小さくかつ均一である粘着テープを、表面粗さが小さい硬質基板９上に接着したものが好ましく、移動に際しては、硬質基板９がディスク状であることが、作業性という観点で好ましい。粘着テープとしては、例えばアクリル系の粘着剤がポリエステルフィルムの両面に塗布された電子機器用両面テープ（寺岡製作所製）などがよい。粘着性物質８に接触させた後のプローブピンの軸方向と垂直な方向への移動は、プローブピン先端７が同一方向に強制的に移動できれば目的は達成されるので、その移動量は数μｍで十分である。同一方向に移動した後の軸方向の押し込み量は、実際に検査する際のＯ／Ｄ量が適当であり、例えば３０〜５０μｍ付加した状態で、クリープ変形が終了する時間まで保持する。一般的には５〜１０分で十分である。
【００１４】
本発明では、例えば前記方法により、プローブピンにたわみ変形をあたえることができる。このたわみ変形は、特に針状単結晶を基体とするプローブピンにおいては、Ｏ／Ｄを付加して座屈変形させることにより発生する被覆導電膜（金属）の塑性変形が根本的な原因であるが、一方で針状単結晶の弾性変形に基づく反発力がピンを本来の位置へ戻す方向へ働くので、最終的には双方の力がつりあった位置にプローブピンがとどまり、図１に示したようなたわみ変形が形成される。たわみ変形の程度は１μｍ以上あれば、Ｏ／Ｄが付加された場合に同一方向にピンが座屈変形するので十分であるが、あまりにたわみ量が大きいと、ピンが座屈変形を生じない曲げのみの変形になり、先端荷重がＯ／Ｄに応じて大きくなり、プローブピンが破損したり、大きな反り変形をしてしまう。従って、その限界量はピン長をＬとすると、Ｌ／π（円周率）である。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００１６】
＜中間体の準備＞
図６に例示するとおり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ１０にフォトリソグラフィーやエッチングによりＳｉのライン１１を形成し、前記ライン１１上の所定の位置にめっきによりＡｕバンプを形成し、その位置にＳｉの針状単結晶１２をＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）成長により形成した。その後、前記針状単結晶の先端部を研磨し、所定の長さに揃えた。尚、ピン配置のパターンは一列に６０μｍピッチで３００本配置したものを用いた。上記操作において、Ａｕバンプの直径、厚み及び研磨量を調整することにより、ピン径１０〜２０μｍ、ピン長１５００μｍの針状単結晶を得た。その後、次に、図７に例示するとおり、前記針状単結晶１２及び電極ライン１１の表面に無電解めっきでＮｉ下地層１３を０．１の厚さで形成し、更に、Ａｕ導電性膜１４を電気めっきにより、１．５μｍの厚さで成膜した。
【００１７】
（実施例１〜３）
図３に例示するとおり、平坦度の優れた円盤９にアクリル系の粘着剤がポリエステルフィルムの両面に塗布された電子機器用両面テープ（寺岡製作所製）がラミネーターにより接合されたものに、前記試料をピンを下方向にして垂直に降ろしていき、ピン先端が粘着層に接触した状態で円盤９を５度回転し、ピン先端が同一方向に同一量移動していることを確認後、Ｏ／Ｄを付加した状態で１０分放置することにより、たわみ変形を形成した。
【００１８】
たわみ変形量はピン寸法に応じたＯ／Ｄ量によって決まり、５〜５００μｍＯ／Ｄを付加することにより、１〜４７５μｍのたわみ変形を形成し、プローブカードとした。
【００１９】
上記操作で得られたプローブカードを用いて、後述の耐久試験を行い、プローブピン先端の位置ずれ量測定を行った。結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
また、上記実施例１〜３に関して、プローブカードのプロービング時のピンの座屈変形する方向を見定めるために、プロービング中に横方向からＣＣＤカメラによりモニター上で確認したところ、図１に模式的に示すとおり、いずれのプローブピンもその座屈方向が同じであった。
【００２２】
＜耐久試験と評価方法＞
耐久試験は、Ｏ／Ｄ量を４０μｍとし、サイクルタイム１７５ｍｓｅｃ、コンタクト時間１２５ｍｓｅｃの条件でプロービングを１００万回行った。プローブピンをコンタクトさせるウエハは３インチサイズのＳｉウエハにＡｕ膜を電気めっきで２μｍの厚さで形成したものを用いた。プローブピンの先端位置ずれの測定は、プローバー（Ａ−ＰＭ−９０Ａ；東京精密製）を用い、ＣＣＤカメラによりとらえた両端に位置するピン先端を基準座標として認識させ、あらかじめ入力したピン本来の位置座標と、実際のピン位置とのずれを１ピンずつ先端部をＣＣＤカメラでオートフォーカスにより最も鮮明に合う位置の中心を位置座標として変換することにより測定した。この際、図４に示すような方向をＸＹとして、Ｘ及びＹ方向のそれぞれのずれを測定した。
【００２３】
（比較例１、２）
Ａｕめっきによる導電化処理までは実施例１〜３に示した工程と同じで、たわみ変形の形成を行わなかったものを比較例１、たわみ変形においてＯ／Ｄ量を５５０μｍ付加して、最終的なたわみ量を５００μｍとしたものを比較例２としてプローブカードを得て、実施例１〜３と同じ試験を行い、位置ずれ測定を行った結果を表１に併せて記載した。
【００２４】
更に、上記比較例１及び２について、プローブカードのプロービング時のピンの座屈変形する方向を見定めるために、プロービング中に横方向からＣＣＤカメラによりモニター上で確認したところ、比較例１については図５に示すように、さまざまな方向に座屈変形しているようすが観察された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のプローブカードは、実施例から明らかなとおり、同一方向にあらかじめたわみ変形を施すことにより、プロービング時の座屈変形する方向が制御されているので、先端位置ずれが原因で発生するコンタクト不良を防止できる。
【００２６】
更に、本発明のたわみ変形の形成法により、座屈変形の方向を同一方向に揃える効果をもたらすたわみ変形を容易に形成することができる。また、このたわみ変形の工程をプローブカードとした後の実際に使用する前に導入しても、同様にプロービング時の座屈変形する方向が制御され、先端位置ずれが原因で発生するコンタクト不良を防止でき、実用上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブカードの一例を示す図（プローブピンの拡大図）。
【図２】本発明のたわみ量の定義を説明する図。
【図３】本発明のたわみ変形をさせる方法の一例を示す図。
【図４】本発明の実施例及び比較例の先端位置ずれ測定における、座標の取り方を示す図。
【図５】本発明の比較例１に係るプローブカードのプローブピンに発生したたわみ変形状況を説明する図。
【図６】本発明の実施例及び比較例に用いたプローブカード中間体の模式図。
【図７】本発明の実施例及び比較例に用いたプローブカードの模式図。
【符号の説明】
１；プローブピン
２；被検査体
３；たわみ変形前のプローブピン
４；たわみ変形後のプローブピン
５；たわみ変形前のプローブピンの中心線
６；たわみ変形後のプローブピンの中心線
７；プローブピン先端部
８；粘着層
９；円盤
１０；ＳＯＩウエハ
１１；Ｓｉ電極ライン
１２；針状単結晶
１３；Ｎｉ下地膜
１４；Ａｕ膜
１５；絶縁層

Claims

プローブピンを複数有するプローブカードであって、前記複数のプローブピンのいずれもが該プローブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形し、たわみ変形が一方向にのみなされ、プローブピンが単結晶層を有する基板上に設けられた針状単結晶で形成され、プローブピンの表面に導電性膜が設けられたことを特徴とするプローブカード。
前記針状単結晶がＶＬＳ成長により得られたことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
プローブピンの長さＬ（μｍ）とたわみ量ｘ（μｍ）について、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）を満足していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプローブカード。
被測定物に接触するプローブピンを複数有するプローブカードの製造方法であって、前記複数のプローブピンを該プローブピンの軸方向と垂直な一方向にたわみ変形させて請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のプローブピンとした後、被測定物のプロービングに供することを特徴とするプローブカードの製造方法。
複数のプローブピンを、該プローブピンの先端部を粘着性物質で固定しながらプローブピンの軸方向と垂直方向に移動させた後に、プローブピンの軸方向に押しつけることにより、プローブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形させることを特徴とする請求項４記載のプローブカードの製造方法。