JP7421990B2

JP7421990B2 - 電気的接続装置および検査方法

Info

Publication number: JP7421990B2
Application number: JP2020070037A
Authority: JP
Inventors: 翔大戸次
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: CN113514674A; CN113514674B; EP3893005A1; US20210318354A1; KR20210125422A; US11709182B2; JP2021165725A; KR102528722B1

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用する電気的接続装置および検査方法に関する。

半導体集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で測定するために、被検査体に接触させるプローブを有する電気的接続装置を用いる。電気的接続装置は、例えば、プローブを保持するプローブヘッドを配線基板に取り付けた構成を有する（特許文献１参照。）。プローブの基端が配線基板に接続し、被検査体の測定時にプローブの先端が被検査体に接触する。

被検査体の測定では、プローブと被検査体が電気的に接続する。そのために、プローブを強く被検査体に押し付けるように、プローブにオーバードライブ（ＯＤ）が作用する。ＯＤによってプローブが被検査体に所定の押圧で接触するように、一定のオーバードライブ量を電気的接続装置に設定する。以下において、設定するオーバードライブ量を「Program Over Drive（ＰＯＤ）」という。

特開２０１３－１３８１５７号公報

設定したＰＯＤによってプローブに実際に作用するオーバードライブ量（以下において「Actual Over Drive（ＡＯＤ）」という。）を確認することが、プローブと被検査体との電気的な接続を確保すために有効である。ＰＯＤとＡＯＤの関係を正確に把握しないと、プローブが被検査体に所定の押圧で接触しない可能性がある。

本発明は、被検査体に所定の押圧でプローブが接触する電気的接続装置および検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、プローブヘッドと、プローブヘッドが保持する測定用プローブおよび確認用プローブを備える電気的接続装置が提供される。プローブヘッドから露出した部分の先端までの長さである先端長は、測定用プローブよりも確認用プローブの方が短く、確認用プローブが、プローブヘッドから露出した部分において径が変化する段付き構造を有する。

本発明の他の態様によれば、先端長が測定用プローブよりも短い確認用プローブが検査用基板に接触するまでプローブヘッドと検査用基板の間隔を狭くし、測定用プローブに作用させたオーバードライブ量を記録し、確認用プローブの先端が検査用基板に接触した後に、確認用プローブの先端長を短く加工する先端処理を行う検査方法が提供される。

本発明によれば、被検査体に所定の押圧でプローブが接触する電気的接続装置および検査方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。測定用プローブと確認用プローブの配置関係を示す模式的な平面図である。測定用プローブと確認用プローブの他の配置関係を示す模式的な平面図である。本発明の実施形態に係る検査方法を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態に係る検査方法を説明するための模式図である（その１）。本発明の実施形態に係る検査方法を説明するための模式図である（その２）。確認用プローブと検査用基板の電気的な接続を検出する電気回路である。図８（ａ）～図８（ｄ）は、段付き構造を有する確認用プローブの例を示す模式図である。本発明の実施形態の変形例に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。

図１に示す本発明の実施形態に係る電気的接続装置１は、半導体基板３に形成した被検査体（図示略）の電気的特性の測定に使用する。電気的接続装置１は、半導体基板３に対向して配置したプローブヘッド２０と、プローブヘッド２０が保持する測定用プローブ１１および確認用プローブ１２を備える。

プローブヘッド２０は、プローブヘッド２０から先端が露出した状態で、被検査体の測定に使用する測定用プローブ１１を保持する。被検査体の測定時に、測定用プローブ１１の先端が被検査体の測定用パッドに接触する。

また、プローブヘッド２０は、プローブヘッド２０から先端が露出した状態で確認用プローブ１２を保持する。プローブヘッドから露出した部分の先端までの長さ（以下において「先端長」という。）が、測定用プローブ１１よりも確認用プローブ１２の方が短い。図１において、測定用プローブ１１と確認用プローブ１２の先端長の差をＴ１で示した。

測定用プローブ１１は、被検査体の測定時にＯＤが作用して検査用パッドに所定の押圧で接触する。例えば、測定用プローブ１１は、被検査体に接触したときに座屈してＯＤが作用するように弾性変形する。或いは、測定用プローブ１１は、バネ部を有して軸方向に伸縮自在である。バネ部を有するプローブは、側面にらせん状の切込みをバネ部として形成したプローブや、ポゴピンなどのようにバネを内蔵したプローブなどである。

測定用プローブ１１は、プローブヘッド２０を貫通する。電気的接続装置１は測定用ランド３１を有する配線基板３０を備え、測定用プローブ１１のプローブヘッド２０から露出する基端が測定用ランド３１に接続する。測定用ランド３１は、配線基板３０に配置した測定用接続端子３３と、配線基板３０に形成した配線パターン（図示略）により電気的に接続する。例えば、配線基板３０の一方の主面に測定用ランド３１を配置し、他方の主面に測定用接続端子３３を配置する。測定用接続端子３３は、テスタなどの検査装置（図示略）と電気的に接続する。電気的接続装置１を介して、検査装置と被検査体の間で電気信号が伝搬する。例えば、配線基板３０及び測定用プローブ１１を経由して、測定装置から電気信号が被検査体に送信され、被検査体から出力された電気信号が測定装置に送信される。

確認用プローブ１２は、測定用プローブ１１と同様にプローブヘッド２０を貫通する。確認用プローブ１２のプローブヘッド２０から露出する基端が、配線基板３０に配置された確認用ランド３２に当接する。確認用ランド３２は、配線基板３０に形成した配線パターン（図示略）により、配線基板３０に配置した確認用接続端子３４と電気的に接続する。

プローブヘッド２０が測定用プローブ１１を保持する領域は、プローブヘッド２０の被検査体と対向する領域である。プローブヘッド２０が測定用プローブ１１を保持する領域を、以下において「測定用プローブエリア」と称する。

図２に、測定用プローブ１１と確認用プローブ１２の配置場所の例を示す。図２は、ＡＯＤの確認に使用する検査用基板２に、プローブヘッド２０を平面視で重ねて表示している。ただし、図２では、測定用プローブ１１と確認用プローブ１２を除いて、プローブヘッド２０を透過して検査用基板２の主面を表示している。図２において、確認用プローブ１２の位置を黒丸で示し、測定用プローブ１１の位置を二重丸で示している（以下において同様。）。

検査用基板２は、検査チップ領域２００と、検査チップ領域２００の両側に配置した隣接チップ領域２０１を有する。図２では、プローブヘッド２０の測定用プローブエリア２１と検査チップ領域２００を平面視で重ねて表示している。検査チップ領域２００と隣接チップ領域２０１の主面に、検査用パッド２１０を配置している。検査チップ領域２００と隣接チップ領域２０１の主面における検査用パッド２１０の配置は、被検査体における測定用パッドの配置と同じである。図２で、検査用パッド２１０の位置を白丸で示している。

プローブヘッド２０の測定用プローブ１１および確認用プローブ１２の位置は、検査用基板２の検査用パッド２１０の位置と対向する。したがって、測定用プローブエリア２１で、測定用プローブ１１の位置と検査チップ領域２００の検査用パッド２１０の位置は、平面視で一致する。

図２に示した例では、確認用プローブ１２を、隣接チップ領域２０１の検査用パッド２１０と対向する位置に配置している。つまり、平面視で測定用プローブエリア２１の外側で、プローブヘッド２０が確認用プローブ１２を保持する。

なお、図２に示すように、測定用プローブエリア２１に近い領域に確認用プローブ１２を配置することが好ましい。これにより、詳細を後述する確認用プローブ１２を用いた検査により取得するＰＯＤとＡＯＤの関係を、測定時に被検査体と接触する測定用プローブ１１に近接した位置において確認できる。

また、測定用プローブエリア２１の外側でなく、例えば図３に示すように、測定用プローブエリア２１に確認用プローブ１２を配置してもよい。つまり、測定用プローブエリア２１において測定用プローブ１１と確認用プローブ１２が混在してもよい。これにより、被検査体の測定におけるＰＯＤとＡＯＤの関係をより確実に確認できる。

測定用プローブ１１と確認用プローブ１２の先端長の差Ｔ１は、測定用プローブ１１を被検査体に接触させる押圧に応じて設定する。つまり、確認用プローブ１２の先端が検査用パッドに接触するとき、測定用プローブ１１と確認用プローブ１２の先端長の差Ｔ１に応じたＡＯＤが測定用プローブ１１に作用する。電気的接続装置１によれば、以下に説明するように、設定したＰＯＤによって被検査体に所定の押圧で測定用プローブ１１を接触させるＡＯＤを確認できる。以下に、図４のフローチャートを参照して、ＰＯＤとＡＯＤの関係を確認するための電気的接続装置１を用いた検査方法を説明する。

まず、図４のステップＳ１０において、検査用パッド２１０を形成した検査用基板２を準備する。

ステップＳ２０において、電気的接続装置１と検査用基板２の間隔を徐々に狭くする。このとき、図５に示すように、最初に測定用プローブ１１の先端が検査用基板２の検査用パッド２１０と接触する。

次いで、ステップＳ３０において、更にプローブヘッド２０と検査用基板２の間隔を徐々に狭くして、図６に示すように確認用プローブ１２の先端を検査用基板２の検査用パッド２１０に接触させる。確認用プローブ１２の基端が確認用ランド３２に当接しているため、確認用プローブ１２に応力がかかる。このとき、測定用プローブ１１に作用するＯＤのＰＯＤを徐々に増大させる。測定用プローブ１１と確認用プローブ１２の先端長の差は、確認したいＡＯＤに対応して設定している。このため、確認用プローブ１２の先端が検査用パッド２１０と接触した状態では、所定の押圧で測定用プローブ１１が被検査体と接触するＡＯＤで、測定用プローブ１１にＯＤが作用している。測定用プローブ１１は、バネ部が軸方向に伸縮したり、弾性変形したりして被検査体と接触する。

ステップＳ４０において、確認用プローブ１２と検査用パッド２１０の接触を検出した状態におけるＰＯＤを記録する。記録したＰＯＤを「設定オーバードライブ量」とも称する。

その後、ステップＳ５０において、被検査体の測定時に確認用プローブ１２の先端が半導体基板３と接触しないように、確認用プローブ１２の先端長を短く加工する処理（以下において「先端処理」という。）を行う。先端処理では、確認用プローブ１２の先端を切断したり折り曲げたりする。

以上に説明した検査方法により取得した設定オーバードライブ量は、電気的接続装置１による測定対象の被検査体の測定に使用する。例えば、設定オーバードライブ量を、電気的接続装置１のＰＯＤの仕様とする。

上記に説明した検査方法によれば、所定の押圧で測定用プローブ１１が被検査体に接触するＡＯＤを確認して、このＡＯＤに対応するＰＯＤを取得できる。つまり、ＰＯＤを調整しながらＡＯＤを確認することにより、所定の押圧が得られるＰＯＤを取得できる。

上記のステップＳ３０における確認用プローブ１２の先端と検査用パッド２１０との接触の検出には、種々の方法を使用できる。例えば、確認用プローブ１２の先端が接触することにより生じる、検査用パッド２１０の表面の傷跡を確認する。

或いは、確認用プローブ１２と検査用基板２との間の電気的な接続を検出することにより、確認用プローブ１２の先端と検査用パッド２１０との接触を検出することもできる。例えば、図７に示すように、確認用プローブ１２を介して確認用ランド３２と検査用パッド２１０が接続すると、確認用接続端子３４と電気的に接続する測定装置により、確認用プローブ１２と検査用パッド２１０の接触を確認できる。すなわち、測定装置は、確認用プローブ１２を介して確認用ランド３２と検査用パッド２１０の間を流れる電流Ｉをモニタすることにより、確認用プローブ１２と検査用パッド２１０の接触を確認する。

なお、設定オーバードライブ量を正確に検出するために、検査用パッド２１０との接触で変形しにくい確認用プローブ１２を使用することが好ましい。例えば、測定用プローブ１１よりも剛性の高い確認用プローブ１２を使用する。

また、ステップＳ５０における確認用プローブ１２の先端処理を容易にするために、プローブヘッド２０から露出した部分において径が変化する段付き構造を有する確認用プローブ１２を使用することが好ましい。段付き構造は、例えば側面が中心方向に凹んだ構造である。段付き構造の確認用プローブ１２では、段付き構造の部分で確認用プローブ１２を容易に切断若しくは折り曲げることができる。

図８（ａ）～図８（ｄ）に、周囲よりも径が細い段付き構造を有する確認用プローブ１２の例を示す。図８（ａ）に示した確認用プローブ１２の段付き構造は、径が変化する位置から先端に向けて径が一定であるストレート形状である。図８（ｂ）～図８（ｃ）に示した確認用プローブ１２の段付き構造は、径が変化する位置から先端に向けて径が次第に太くなるテーパ形状である。図８（ｂ）に示した確認用プローブ１２は先端が円錐形状であり、図８（ｃ）に示した確認用プローブ１２は先端が平坦である。

図８（ａ）に示すように段付き構造をストレート形状にすることにより、確認用プローブ１２の加工が容易である。また、図８（ｂ）～図８（ｃ）に示すように段付き構造をテーパ形状にすることにより、段付き構造の部分での切断や折り曲げが容易である。或いは、図８（ｄ）に示すように、確認用プローブ１２の径を部分的に細くした形状を段付き構造に採用してもよい。

確認用プローブ１２の先端を切断したり折り曲げたりすることが容易であれば、どのような形状の段付き構造を確認用プローブ１２に採用してもよい。ただし、段付き構造は、確認用プローブ１２にＯＤを作用させた際に折れたりしない程度の強度を有する。

なお、図２に示したように測定用プローブエリア２１の外側に確認用プローブ１２を配置した場合には、確認用プローブ１２の先端処理により、確認用プローブ１２の先端と被検査体の接触を防止する。一方、図３に示したように測定用プローブエリア２１に確認用プローブ１２を配置した場合には、確認用プローブ１２を測定用プローブ１１に交換した後、電気的接続装置１を用いた被検査体の測定を行う。

以上に説明したように、電気的接続装置１によれば、設定したＰＯＤにおけるＡＯＤを容易に確認できる。このため、所定の押圧で測定用プローブ１１を被検査体に接触させるＰＯＤを設定し、被検査体の測定を高精度で行うことできる。

更に、電気的接続装置１による検査方法では、確認用プローブ１２を用意するだけでＡＯＤを確認できる。このため、測定工数や部材の増大を低減できる。また、電気的接続装置１による検査方法によれば、ＡＯＤを直接に確認できる。このため、ＡＯＤの確認結果の信頼性が高い。また、針跡の確認などにより、ＡＯＤの確認方法をシンプルにできる。

ＡＯＤとＰＯＤの関係を正確に確認しないと、測定用プローブ１１が被検査体に適切な押圧で接触しない可能性がある。例えば、プローブヘッド２０や配線基板３０に曲がりや歪みが生じていると、被検査体に対向して電気的接続装置１を配置した際に、被検査体の測定用パッドとの距離が測定用プローブ１１によって異なる。このため、ＡＯＤが小さい領域やＡＯＤが大きい領域が生じる。

しかし、電気的接続装置１によりＡＯＤを確認したＰＯＤを設定することにより、測定用プローブ１１との距離が相対的に広い測定用パッドでの押圧の不足や、測定用プローブ１１との距離が相対的に狭い測定用パッドでの過剰な押圧を低減できる。

電気的接続装置１において、確認用プローブ１２の配置場所や本数は任意に設定可能である。例えば、ＰＯＤとＡＯＤの差が大きいと予測される位置と差が小さいと予測される位置に確認用プローブ１２を配置する。このようにしてＡＯＤを確認することにより、押圧の不足や過剰を低減できる。確認用プローブ１２の配置場所や本数が増加するほど、ＰＯＤとＡＯＤの差の面内分布の情報を精密に取得できる。

＜変形例＞
ＰＯＤとＡＯＤの関係を確認するために、図９に示すように、先端長が相互に異なる複数の確認用プローブ１２を用意してもよい。図９に示した例では、プローブヘッド２０が、先端長が異なる第１確認用プローブ１２１～第６確認用プローブ１２６を保持する。第１確認用プローブ１２１～第６確認用プローブ１２６の基端は、配線基板３０の確認用ランド３２１～３２６にそれぞれ当接する。確認用ランド３２１～３２６は、配線基板３０に形成した配線パターンにより、配線基板３０に配置した確認用接続端子３４１～３４６と電気的に接続する。

測定用プローブ１１との先端長の差について、例えば、第１確認用プローブ１２１の先端長の差Ｔ１＝２５μｍ、第２確認用プローブ１２２の先端長の差Ｔ２＝５０μｍ、第３確認用プローブ１２３の先端長の差Ｔ３＝７５μｍである。また、第４確認用プローブ１２４の先端長の差Ｔ４＝１００μｍ、第５確認用プローブ１２５の先端長の差Ｔ５＝１２５μｍ、第６確認用プローブ１２６の先端長の差Ｔ６＝１５０μｍである。

図９に示した電気的接続装置１と検査用基板２の間隔を徐々に狭くすることにより、第１確認用プローブ１２１から第６確認用プローブ１２６の順に検査用基板２と接触する。第１確認用プローブ１２１～第６確認用プローブ１２６それぞれについて検査用基板２との接触を検出したタイミングでのＰＯＤを記録することで、ＰＯＤとＡＯＤの関係を確認できる。

上記のようにして得られたＰＯＤとＡＯＤの関係に基づいて、所望のＡＯＤが得られるＰＯＤを選択できる。そして、選択したＰＯＤに設定した測定により、所定の押圧で測定用プローブ１１が被検査体に接触する測定を実施できる。

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…電気的接続装置
２…検査用基板
１１…測定用プローブ
１２…確認用プローブ
２０…プローブヘッド
２１…測定用プローブエリア
３０…配線基板
３１…測定用ランド
２１０…検査用パッド

Claims

プローブヘッドと、
前記プローブヘッドから先端が露出した状態で前記プローブヘッドが保持する、被検査体の測定に使用する測定用プローブと、
前記プローブヘッドから先端が露出した状態で前記プローブヘッドが保持し、前記プローブヘッドから露出した部分の先端までの長さである先端長が前記測定用プローブよりも短い確認用プローブと
を備え、
前記確認用プローブが、前記プローブヘッドから露出した部分において径が変化する段付き構造を有する
ことを特徴とする電気的接続装置。
前記測定用プローブと前記確認用プローブの前記先端長の差が、前記測定用プローブを前記被検査体に接触させる押圧に応じて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
前記先端長が相互に異なる複数の前記確認用プローブを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続装置。
平面視で、前記測定用プローブを保持する領域の外側で、前記プローブヘッドが前記確認用プローブを保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
前記プローブヘッドの前記測定用プローブを保持する領域において前記測定用プローブと前記確認用プローブが混在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
先端をそれぞれ露出した状態で測定用プローブと確認用プローブを保持するプローブヘッドであって、前記プローブヘッドから露出した部分の先端までの長さである先端長が前記測定用プローブよりも前記確認用プローブの方が短い前記プローブヘッドを準備するステップと、
前記プローブヘッドと検査用基板の間隔を狭くして、前記検査用基板に前記確認用プローブの先端を接触させるステップと、
前記確認用プローブの先端が前記検査用基板に接触した状態において前記測定用プローブに作用させたオーバードライブ量を記録するステップと、
前記確認用プローブの先端が前記検査用基板に接触した後に、前記確認用プローブの前記先端長を短く加工する先端処理を行うステップと
を含むことを特徴とする検査方法。
前記測定用プローブと前記確認用プローブの前記先端長の差を、前記測定用プローブを被検査体に接触させる押圧に応じて設定することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
前記確認用プローブと前記検査用基板との電気的な接続を検出することにより、前記確認用プローブと前記検査用基板の接触を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載の検査方法。
前記プローブヘッドから露出した部分において径が変化する段付き構造を有する前記確認用プローブを使用し、
前記先端処理において、前記段付き構造の部分で前記確認用プローブの先端を切断若しくは折り曲げることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の検査方法。