JP4841620B2 - 通電試験用プローブおよびプローブ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路のような半導体装置の通電試験に用いるのに好適なプローブおよびプローブ組立体に関する。

半導体ウエハの各チップ領域上に形成された多数の半導体集積回路のような半導体装置は、それぞれが仕様書通りに製造されているか否かを判定するために、通電試験を受ける。この種の通電試験では、一般的にプローブカードと称されるプローブ組立体が用いられる。このプローブ組立体は通電試験のためのテスターに組み付けられ、プローブ組立体に設けられた多数のプローブ（接触子）がステージ上の被検査体の対応する各電極に押し付けられる。被検査体は、このプローブ組立体を経てテスターに接続され、これにより通電試験を受ける。
この通電試験に先立って、プローブ組立体の多数プローブを被検査体の対応する適正な電極に当接させる必要があることから、被検査体が取り替えられる毎にプローブの針先の位置合わせが行われる。この位置合わせのために、被検査体が支持されたステージ上に設けられたＣＣＤカメラのような例えば３つのエリアセンサによって、プローブ基板上に分散して位置する３つのプローブの針先が撮影される。それらの画像処理によって得られた各針先の座標に基づいて、各針先が適正に対応する電極に当接するように、プローブ組立体と被検査体との間の相対的な姿勢の微調整が行われる。
ところが、このプローブの針先は、被検査体の各電極との接触によって摩耗を受け易く、また電極の削りくずの付着によって汚染を受け易い。そのため、針先を位置合わせのマークとして利用することは、正確な針先座標を得ることを困難にし、プローブ組立体の正確な位置決めを困難にする。
そこで、各プローブの針先近傍で被検査体に当接しない所定位置に位置合わせ用のマークを形成することが、特表２００５−５３３２６３号公報あるいは特開２００４−３４０６５４号公報で提案された。これらによれば、各プローブの位置合わせ用マークは被検査体の電極に接触することがないので、摩耗や汚染を受け難い。したがって、このマークを用いて該マークの位置情報から針先の正確な微調整が可能となる。
しかしながら、このようなプローブの針先は数十μｍに近接して配置されており、プローブ基板は位置決めピンによってテスターへの取付け位置を規定されてはいるものの、各エリアセンサが捉える画像領域に所定のプローブのマークと、該プローブに隣り合うプローブのマークとが入ることがある。この場合、いずれのマークの画像が位置決めに使用すべき画像であるのかを判定する必要が生じる。この判定は、画像処理のプログラムによって可能となるが、その判定のためのプログラム処理は複雑となる。ところが、プローブの取付け姿勢を判定することができれば、この判定処理は極めて容易となる。

そこで、本発明の目的は、取付け姿勢を比較的容易に判定し得るマークが設けられた通電試験用プローブを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、相互に隣接する複数のプローブの位置合わせ用マークが同時に観察されたときであっても、いずれが採用すべき位置合わせ用マークであるかを従来に比較して容易に判定できる位置合わせ用マークが設けられた通電試験用プローブを備えるプローブ組立体を提供することにある。

本発明に係る通電試験用プローブは、針先が設けられた面と平行でありかつ前記針先よりも窪んだ高さ位置で該針先が設けられた前記面と同一方向に向いた面に、前記針先と所定の位置関係にある位置合わせ用マークが設けられるプローブであって、前記位置合わせ用マークは前記針先の突出方向から前記位置合わせ用マークを観察したときに前記針先の存在方向を表示する情報を含むことを特徴とする。
本発明に係るプローブでは、前記位置合わせ用マークの情報から、その針先の存在方向を容易に知ることができる。この情報を利用するため、予め複数の前記プローブは、例えば、隣り合うプローブの位置合わせ用マークとその針先との位置関係が交互に反転するように、配置姿勢を交互に反転させて配置される。前記位置合わせに用いるべき所定のプローブの位置合わせ用マークを観察したときに該プローブを含む例えば２つのプローブの前記マークが観察された場合、観察された各プローブの針先の存在方向についての情報が、予め与えられた前記所定のプローブの針先の存在方向についての情報にそれぞれ照らし合わされる。その照合により、観察された両位置合わせ用マークのうち、いずれの位置合わせ用マークが位置合わせ用に採用すべき所定のプローブの位置合わせ用マークであるかを容易に判定することができる。
また、前記プローブの位置合わせ用マークは、各プローブの配置の際に個々のプローブ自体の位置合わせに用いることができる。
前記プローブには、支持基板への取付け面を有し該取付け面から立ち上がる座部と、該座部の頂部から横方向に伸びるアーム部と、該アーム部に連なる先端部とを設けることができる。この場合、前記先端部は前記アーム部から前記座部の前記取付け面が位置する側と反対側に突出する。この先端部に前記針先が設けられる。また前記先端部または前記アーム部に前記位置合わせ用マークが設けられる。これにより、従来の針先を観察して位置合わせを行う従来システムの構成に実質的な変更を招くことなく、本発明が適用できる。
前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の長手方向へ相互に間隔をおいて形成された２つのマーク部分で構成することができる。この両マーク部分は前記アームの長手方向に沿った幅寸法が相互に異なる。この場合、両マーク部分の幅寸法を比較することにより、針先の存在方向を容易に知ることができる。
前記両マーク部分は、針先が設けられた前記先端部の端面から窪んだ位置に形成された平坦な棚面に該棚面を横切る凹溝を形成することにより、形成することができる。これにより、針先のような摩耗や汚染を受けることのなく、針先の位置情報を含む前記位置合わせマークを比較的容易に形成することができる。
この例に代えて、前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の幅方向へ相互に間隔をおいて形成され、前記アームの長手方向へ伸びる一対の伸長部と、該伸長部の互いに向き合う端部を連結する連結部とで構成されるコの字に形成することができる。
コの字状の前記位置合わせ用マークは、前記針先が設けられた前記先端部の端面から窪んだ位置に形成された平坦な矩形棚面に、該棚面の中央部から前記アーム部の長手方向の縁部に至り該縁部に開放する凹所を形成することにより、形成することができる。
本発明に係るプローブは、該プローブが設けられるプローブ組立体に適用することができる。
すなわち、本発明に係るプローブ組立体は、支持基板と該支持基板に配置される複数のプローブとを備える。前記各プローブには、針先と、該針先と所定の位置関係にある位置合わせ用マークとが設けられており、この位置合わせ用マークは、前記針先が設けられた面と平行でありかつ該面よりも窪んだ位置で該面と同一方向に向いた、前記プローブの面に形成されている。前記各プローブは、前記針先位置が前記支持基板上の仮想直線上に整列しかつそれぞれの位置合わせ用マークの位置が前記仮想線に沿ってその左右側に交互に位置するように、姿勢を交互に反転させて前記支持基板に支持され、前記位置合わせ用マークは前記針先の突出方向から前記位置合わせ用マークを観察したときに前記針先の存在方向を表示する情報を含む。
本発明に係る前記プローブ組立体によれば、前記プローブにおけると同様に、観察された複数の位置合わせ用マークからの針先の存在方向の情報と、予め与えられた位置合わせに用いるべき所定のプローブの針先の存在方向の情報との照合によって、それらのいずれの位置合わせ用マークを位置合わせに採用すべきかを容易に判定することができる。

本発明に係るプローブによれば、前記したように、位置合わせ用マークに当該プローブの針先の位置についての情報が含まれていることから、この位置合わせ用マークから得られる針先位置の情報を用いて、該プローブが位置合わせに用いる対象のプローブであるか否かを容易に判定することができる。

図１は、本発明に係るプローブを示す正面図である。
図２は、図１に示したプローブの一部を拡大して示す斜視図である。
図３は、本発明に係るプローブ組立体を示す底面図である。
図４は、本発明に係るプローブ組立体を示す側面図である。
図５は、本発明に係るプローブ組立体の一部を拡大して示す斜視図である。
図６は、本発明に係るプローブ組立体のプローブに設けられた位置合わせ用マークによる該プローブの針先位置の判定手順を説明する説明図であり、（ａ）はＣＣＤカメラとプローブの位置合わせマークとの関係を概略的に示す説明図であり、（ｂ）はＣＣＤカメラにより得られる撮影画像の一部を説明図である。
図７は、本発明の他の実施例を示す図２と同様な図面である。

符号の説明

１０ プローブ
１２ プローブ基板（支持基板）
１４ 配線
１８ 座部
２０ アーム部
２２ 先端部
２２ａ 端面
２４ 針先
２８ 平坦面領域（マーク）
２８ａ、２８ｂ 矩形部分（マーク部分）
３０ 段部
３２ 凹溝

本発明に係るプローブ１０は、図１に示されているように、支持基板であるプローブ基板１２に形成された多数の配線１４のうちのそれぞれに対応する配線１４の各接続ランド部１４ａに固定される。このプローブ１０は、全体に板状のプローブ本体１６を備える。プローブ本体１６は、プローブ基板１２の各接続ランド部１４ａへの取付け面となる平坦な矩形の端面１６ａと、該端面から角度的に立ち上がる板状の座部１８と、該座部を含む平面上で座部１８の先端から端面１６ａの長手方向とほぼ平行な方向へ鈍角θで伸長するアーム部２０とを有する。アーム部２０の伸長端部には、座部１８の端面１６ａから離れる方向へ立ち上がる先端部２２が形成されており、その端面２２ａには針先２４が形成されている。
針先２４を除くプローブ本体１６は、例えばニッケル、その合金あるいは燐青銅のような高靱性を有する金属材料からなり、図示の例では、アーム部２０の可撓性を高めるに、該アーム部の板厚方向に貫通しかつアーム部２０の長手方向に沿って伸長する長穴２６が形成されている。
針先２４をプローブ本体１６と同一金属材料で該プローブ本体と一体的に形成することができる。しかしながら、耐久性の向上の点で、図示のように、角錐状の針先２４をコバルト、ロジウムあるいはそれらの合金のような高硬度金属材料で形成し、この針先２４をアーム部２０に連なる先端部２２の端面に埋め込むことが好ましい。
アーム部２０におけるプローブ基板１２への取付け面１６ａと反対側に位置する側面２０ａは、先端部２２の傾斜面２２ｂに連続する。図示の例では、この傾斜面２２ｂのアーム部２０の近傍に、平坦な棚面２８を規定する段部３０が形成されている。
棚面２８は、図２に拡大して明確に示されているように、プローブ本体１６の板厚方向に伸長する凹溝３２により、２つの矩形部分２８ａおよび２８ｂに区画されている。図示の例では、凹溝３２はＶ溝であるが、該凹溝に所望の断面形状を与えることができる。両矩形部分２８ａ、２８ｂは、それぞれがプローブ本体１６の板厚方向を長手方向とする矩形平面形状を有し、図示の例では、針先２４側に位置する一方の矩形部分２８ａの幅寸法Ｗ１は、他方の矩形部分２８ｂの幅寸法Ｗ２よりも大きく設定されている。この幅寸法Ｗ１、Ｗ２の差は、後述するカメラ画像での画像処理でいずれの幅寸法が大きいかを瞬時に容易に判断し得る程度に設定することが望ましい。
棚面２８は、該棚面の例えば中心点の座標位置を知ることにより、その針先２４の座標位置を知ることができるように、針先２４から所定の位置関係にあるように形成されている。これにより、棚面２８は、プローブ１０自体の位置合わせ用マークあるいは後述するようなプローブ組立体の位置合わせ用マークとしても利用することができる。
また、平坦な棚面２８は、先端部２２の傾斜面２２ｂにおけるアーム部２０の近傍に設けられていることから、針先２４が設けられる先端部２２の端面２２ａよりも距離Ｄを隔てて窪んだ位置に形成されている。
位置決め用マークとして使用される棚面２８は、針先２４の先端面から窪んだ高さ位置にあれば、被検査体との当接による汚染を防止することができる。しかしながら、棚面２８の汚染を確実に防止する上で、図示のとおり、端面２２ａから充分な高さ位置Ｄを隔てることが望ましい。
前記したプローブ本体１６は、例えば、次のようにして形成することができる。先ず、半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術により、フォトレジストで図１に示すようなプローブ本体１６の平面形状を模る凹状パターンを基台上に形成する。次に、このレジストパターンによって模られた凹状部にエレクトロフォーミングのようなメッキあるいはスパッタリング等でプローブ本体１６のための金属材料を順次その厚さ方向に堆積する。その後、レジストパターンを除去し、プローブ本体１６を前記基台から取り外す。
前記した両矩形部分２８ａ、２８ｂを有するプローブ本体１６の形成には、その板厚方向への前記した堆積法を用いることが、単一のレジストパターンでプローブ本体１６を形成できる点で、望ましい。
図３および図４は、本発明に係るプローブ１０が用いられるプローブ組立体４０を示す。このプローブ組立体４０は、例えば図示しないが半導体ウエハ上にマトリクス状に配列された多数の半導体チップのような半導体集積回路の導通試験に適用される。プローブ組立体４０は、図３および図４に示すように、円形の配線基板４２と、該配線基板の下面に配置された矩形のプローブ基板１２とを含む。図３に示すように、配線基板４２の上面には、通電試験のための図示しないテスターに接続される多数のテスターランド４２ａが形成されている。
プローブ基板１２は、図５に示すように、例えばセラミックのような電気絶縁板を備え、該絶縁板の下面には、多数の配線１４が形成されている。各配線１４は、これに対応する各テスターランド４２ａ（図３参照。）に電気的に接続されている。また、各配線１４に形成された接続ランド部１４ａには、プローブ１０がそれぞれ例えばはんだを用いて固着されている。
図３および図５に示すように、前記した多数のプローブ１０が多数の平行仮想直線Ｌ１〜Ｌｎに沿って針先２４が整列するように、各直線Ｌ１〜Ｌｎ毎にそれぞれの両側から交互に針先２４が各直線Ｌ１〜Ｌｎ上に挿入されるように、配置されている。
前記したはんだを用いたプローブ１０の固着では、はんだの溶融にレーザ光を用いることができる。この場合、プローブ１０の前記した交互配置の形態を採用することにより、隣接するプローブ１０にレーザ光による損傷を与えることなく、多数のプローブ１０の各針先２４を近接して配置することが可能となる。
また、この交互配置によって、各直線Ｌ１〜Ｌｎ上に針先２４を整列させて配置されるプローブ１０は、各直線Ｌ１〜Ｌｎ上で隣り合うプローブ１０の位置合わせ用マークとなる平坦な棚面２８と、その針先２４との位置関係が交互に反転するように、配置姿勢を交互に反転させて配置される。
本発明に係るプローブ組立体４０は、半導体ウエハに形成された各チップ領域の通電試験に用いられる。この試験のために、被検査体である半導体ウエハがこれに形成された各チップ領域の電極を上方に向けて、図示しないが従来よく知られたステージ（ｘｙｚθステージ）上に位置決められる。他方、プローブ組立体４０は、各プローブ１０の針先２４が各チップ領域の電極に向くように、ステージの上方でテスターに配置される。このとき、プローブ組立体は、テスターに位置決めピンで位置決められる。しかしながら、プローブ組立体４０の各プローブ１０の針先２４を対応する各電極に適切に接触させるために、その後、図６（ａ）に示されているように、前記ステージ上に分散して取り付けられた例えば３台（図にはその一つが示されている。）のＣＣＤカメラ４４で、それぞれに対応する所定の３本のプローブ１０の棚面２８が位置合わせ用マークとして撮影される。
その撮影画像は、従来よく知られた画像処理手法により、データ処理を受ける。このデータ処理により、図６（ｂ）に示すように、各撮影画像４６から得られた平坦な棚面２８の例えば中心位置座標（ｘ１，ｙ１）が求められ、各中心位置座標（ｘ１，ｙ１）から、予め決められた３つの前記プローブ１０の各針先２４の座標（ｘ，ｙ）がそれぞれ求められる。この３カ所の実測による座標と、予め決められた所定の３つの座標とを一致させるように、前記ステージが微調整される。このプローブ１０の棚面すなわちマーク２８を用いた位置合わせ後、プローブ組立体４０は、前記半導体ウエハに向けて降下する。この降下に先立って、前記した微調整によってプローブ組立体４０の位置合わせが行われているので、すべてのプローブ１０の針先２４を適正に対応する各電極に接触させることができる。したがって、前記半導体ウエハの各チップ領域の適正な通電試験が可能となる。
前記した各プローブ１０の平坦な棚面２８の中心位置座標（ｘ１，ｙ１）は、対応する個々のプローブ１０の針先２４の座標位置を求めるために、あるいはその確認に用いることができる。
図６（ｂ）に示すように、各ＣＣＤカメラによって所定のプローブ１０の位置決め用マーク２８のみが撮影画像４６にあれば、前記したように、迅速かつ適正な位置合わせが可能となる。しかしながら、プローブ組立体４０のテスターへの取付け誤差により、所定のプローブ１０と、これに隣接する他のプローブ１０との両マーク２８が一つの画像領域に取り込まれることがある。
本発明に係るプローブ組立体４０では、前記したように、プローブ基板１２に配置される各プローブ１０は、各直線Ｌ１〜Ｌｎ上で隣り合うプローブ１０の位置合わせ用マーク２８と、その針先２４との位置関係が交互に反転するように、配置姿勢を交互に反転させて配置されている。そのため、一つの撮影画像内に互いに隣り合う両プローブ１０のマーク２８が取り込まれている場合であっても、位置合わせ用に用いる所定のプローブ１０の姿勢すなわち前記した針先方向の位置が予め把握できていれば、一撮影画像内の両検出マーク２８の各両矩形部分２８ａ、２８ｂの配列から、撮影画像内の各プローブ１０の針先方向の位置すなわち姿勢を判別し、次に判別された各プローブ１０の姿勢と、位置合わせ用として利用すべきプローブ１０の姿勢とを比較し、この比較結果から、迅速にいずれのマーク２８の情報を位置決め情報として採用すべきであるかを判定することができる。
したがって、従来のような複雑なプログラム処理を必要とすることなく、プローブ１０の姿勢についての２値的な判断に基づく比較的単純な判定手法で適正なマーク２８を識別することができる。
図７に示すように、先端部２２の傾斜面２２ｂの段部３０により形成された平坦な矩形の棚面２８に、該棚面の中央部からアーム部２０の長手方向の縁部に至り該縁部に開放する凹所４８を形成することができる。これにより、アーム部２０の幅方向へ相互に間隔をおいて形成され、該アーム部の長手方向へ伸びる一対の伸長部２８ｃと、該伸長部の互いに向き合う端部を連結する連結部２８ｄとで構成されるコの字形状のマークを棚面２８で形成することができる。
図７に示す例では、マーク２８で示されるコの字形状が開放する方向と反対の側、すなわち連結部２８ｄの存在する側が針先２４の存在位置方向であると判定することができる。
図７に示す例は、プローブ本体１６を取付け面１６ａから端面２２ａへ向けて金属材料をプローブ本体１６の高さ方向に順次堆積させてプローブ本体を形成する場合に、フォトレジストのパターン形成の点で有利である。
また、前記したところでは、棚面２８を先端部２２に形成した例に沿って本発明を説明したが、プローブ１０のアーム部２０あるいはこれに限らず針先２４と所定の位置関係を維持できる部分に、前記したようなマーク面を形成することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

Claims (12)

1. 針先が設けられた面と平行でありかつ前記針先よりも窪んだ高さ位置で該針先が設けられた前記面と同一方向に向いた面に、前記針先と所定の位置関係にある位置合わせ用マークが設けられるプローブであって、前記位置合わせ用マークは前記針先の突出方向から前記位置合わせ用マークを観察したときに前記針先の存在方向を表示する情報を含むことを特徴とする通電試験用プローブ。
2. 支持基板への取付け面を有し該取付け面から立ち上がる座部と、該座部の頂部から横方向に伸びるアーム部と、該アーム部から前記座部の前記取付け面が位置する側と反対側に突出する先端部とを備え、該先端部に前記針先が設けられ、前記先端部または前記アーム部に前記位置合わせ用マークが設けられている、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の長手方向へ相互に間隔をおいて形成された２つのマーク部分を有し、該両マーク部分は前記アームの長手方向に沿った幅寸法が相互に異なる、請求項２に記載のプローブ。
4. 前記両マーク部分は、前記針先が設けられた前記先端部の、該先端部の端面から窪んだ高さ位置に形成された段部の平坦な棚面で形成され、該棚面を横切る凹溝によって相互に区画されている、請求項３に記載のプローブ。
5. 前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の幅方向へ相互に間隔をおいて形成され、前記アームの長手方向へ伸びる一対の伸長部と、該伸長部の互いに向き合う端部を連結する連結部とで構成されるコの字を呈する、請求項２に記載のプローブ。
6. 前記位置合わせ用マークは、前記針先が設けられた前記先端部の、該先端部の端面から窪んだ高さ位置に形成された段部の平坦な棚面で形成されており、該棚面の中央部から前記アーム部の長手方向の縁部に至り該縁部に開放する凹所によってコの字状に形作られている、請求項５に記載のプローブ。
7. 配線回路が形成された支持基板と、該支持基板に配置される複数のプローブとを備えるプローブ組立体であって、前記各プローブには、針先と、該針先と所定の位置関係にある位置合わせ用マークとが設けられており、該位置合わせ用マークは、前記針先が設けられた面と平行でありかつ前記針先よりも窪んだ高さ位置で該針先が設けられた前記面と同一方向に向いた、前記プローブの面に形成されており、前記各プローブは、前記針先位置が前記支持基板上の仮想直線上に整列しかつそれぞれの位置合わせ用マークの位置が前記仮想線に沿ってその左右側に交互に位置するように、姿勢を交互に反転させて前記支持基板に支持され、前記位置合わせ用マークは前記針先の突出方向から前記位置合わせ用マークを観察したときに前記針先の存在方向を表示する情報を含むことを特徴とするプローブ組立体。
8. 前記各プローブは、前記支持基板への取付け面を有し該取付け面から立ち上がる座部と、該座部の頂部から横方向に伸びるアーム部と、該アーム部から前記座部の前記取付け面が位置する側と反対側に突出する先端部とを備え、該先端部に前記針先が設けられ、前記先端部または前記アーム部に前記位置合わせ用マークが設けられている、請求項７に記載のプローブ組立体。
9. 前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の長手方向へ相互に間隔をおいて形成された２つのマーク部分を有し、該両マーク部分は前記アームの長手方向に沿った幅寸法が相互に異なる、請求項８に記載のプローブ組立体。
10. 前記両マーク部分は、前記針先が設けられた前記先端部の、該先端部の端面から窪んだ高さ位置に形成された段部の平坦な棚面で形成され、該棚面を横切る凹溝によって相互に区画されている、請求項９に記載のプローブ組立体。
11. 前記位置合わせ用マークは、前記アーム部の幅方向へ相互に間隔をおいて形成され、前記アームの長手方向へ伸びる一対の伸長部と、該伸長部の互いに向き合う端部を連結する連結部とで構成されるコの字を呈する、請求項８に記載のプローブ組立体。
12. 前記位置合わせ用マークは、前記針先が設けられた前記先端部の、該先端部の端面から窪んだ高さ位置に形成された段部の平坦な棚面で形成されており、該棚面の中央部から前記アーム部の長手方向の縁部に至り該縁部に開放する凹所によってコの字状に形作られている、請求項１１に記載のプローブ組立体。

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