JPH06124985A - プローブ装置及びプロービング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直型プローブ針を被検査面に接触させるに
際し、被検査面の酸化膜を除去して安定した接触抵抗で
確実に接触させる。 【構成】 ウエハ５０の被検査面に対して直交方向に微
細相対変位駆動（矢印Ｚ）するプローブカード１を枢設
する。そのプローブカード１に対してプローブ針２の針
杆部が略直交するように保持し、また各プローブ針２の
先端位置を、ウエハ５０の検査位置と対応するように配
設する。載置台２０の進退駆動機構（矢印Ｚ）により各
プローブ針２をウエハ５０面と接触した後、オーバード
ライブして接触圧を加えながら、Ｘ方向微小移動装置と
Ｙ方向微小移動装置とによって載置台２０をＸＹ方向に
微小制御駆動し、針先を接触面位置でウエハ５０の面方
向に微細変位させて被検査面に形成した酸化被膜５５を
掻き除去することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプロ−ブカード
を用いて、半導体ウエハの電気的特性検査するプロ−ブ
装置及びプロービング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種のプローブ装置は、被検査
基板例えば半導体ウエハの被検査面上の電極に対する電
気的接続を達成するために、そのプローブ針を半導体素
子の電極に圧接して使用される。

【０００３】そこで、組立工程を終了した最終製品の不
良品発生率を最小限に抑えるためには、不良半導体チッ
プが組立工程に導入されないようにするために、ウエハ
からチップに分割する前に、上記ウエハの状態で各チッ
プについて予め電気的特性を検査し、不良半導体チップ
を選別している。この選別方法としてプロ−ブ装置（別
名称：ウエハプロ−バ，プロ−バ）が使用されている。
上記プロ−ブ装置は特公昭５９−５０９４２号に記載さ
れている。

【０００４】図１９及び図２０で示すように、このプロ
−ブ装置は、ウエハ５０のチップ５１に形成されたボン
ディングパッド（以下，「電極パッド」と称する）５
３，５３…の対向位置にプロ−ブ針６２の先端が合致す
るように基板（固定板）６１に固定されたプロ−ブカ−
ドがウエハ面との対抗面に配設されている。このプロ−
ブカ−ドの基板（固定板）６１に固定されたプロ−ブ針
６２の杆部は，図２０で示すように，傾斜θするように
固定されている。載置台６３の上にウエハ５０の裏面側
の空気を負圧にして固定されたウエハ５０をプロ−ブ針
６２に当接させる際に、載置台６３をＸＹＺθ方向駆動
装置（図示せず）で矢印Ｚ方向に駆動し、各プローブ針
６２の先端部を電極パッド５３に接触させて外部テスタ
（図示せず）に導通させている。

【０００５】また上記特性検査を行う場合、上記チップ
５１の電極パッド５３表面には極薄の酸化膜が形成され
ている。プロ−ブ針６２の先端を上記酸化膜下の被検査
面と直接接触させるためには、酸化膜を上記プロ−ブ針
６２の先端によって掻き取り、プローブ針６２を被検査
面である電極パッド５３と確実に接触させて安定した接
触抵抗を達成していた。

【０００６】即ち、プロ−ブ針６２の針杆部は傾斜角度
θをもって取り付けられているため、載置台６３のＸＹ
Ｚθ方向駆動装置（図示せず）によってプロ−ブ針６２
の先端が電極パッド５３と当接後、オ−バ−ドライブを
かける時、更にプロ−ブ針６２を押し圧する方向に近づ
け（矢印δＺ）ると、傾斜角度θが小さくなる方向に傾
斜変位（矢印Ｄ）し、電極パッド５３面に当接している
先端がウエハ面方向に微小変位δＸするように移動す
る。その際、表面の酸化被膜５５をプロ−ブ針６２の先
端部が掻き取り除去する構成になっている。

【０００７】ところで、最近の半導体素子、特に１Ｍ以
降の半導体素子は高集積度が進み、それに伴って、特に
ＡＳＩＣ、ゲ−トアレイ等の半導体素子（多ピン半導体
チップ）は単位面積当たりの電極パット数の増加、各電
極パット間隔の短間隔化、が進んでいる。従って、上述
したプロ−ブ針の針杆部は傾斜角度θをもって取り付け
られたプロ−ブカ−ドでは限界があり、垂直型プロ−ブ
カ−ドの開発が進められている。この垂直型プロ−ブカ
−ドの技術は、特公平２−２８８２８，特公昭６３−３
８８６２，５７−５１７３３，特開昭６３−２０２９２
９，５８−７８３６，５８−７８３５，５８−２７５
５，実公昭６２−３６１３９，５８−１４８９３５号公
報に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の垂直針を用いて
ウエハに接する垂直型プロ−ブ針を用いたプロ−ブ装置
では、ウエハ面に対してプロ−ブ針を略垂直に当接した
後、オ−バ−ドライブをかける事により、垂直に形成さ
れたプロ−ブ針はこの針方向に座屈するだけで、ウエハ
面方向に微小変位（δХ）移動しない為、ウエハ面の酸
化膜の除去が困難であった。即ち、プロ−ブ針がウエハ
面と押圧接触されもプロ−ブ針の先端がウエハ面に対し
て面方向に移動しない構造なので，酸化膜の除去ができ
なかった。その為に接触不良の原因になっていた。この
ウエハ面の酸化膜を除去するには、新たに酸化膜除去工
程例えば、振動させて酸化膜を破損させる工程等を追加
させなければならず、半導体製造工程の簡略化に逆行す
る問題を有していた。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、プロ−ブ針を被検査基板の検査面に接触させて検
査するに際し、検査面の表面に形成された酸化膜を除去
して接触するように改良し、安定した接触抵抗で、正確
な検査デ−タを得ることができる構造のプロ−ブ装置を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するに際
して、本発明のプロ−ブ装置は、半導体ウエハの内部回
路の電気的特性等を検査するため、上記内部回路に導電
性のプロ−ブ針を接触させて検査するプロ−ブ装置にお
いて、導電性材料からなる複数のプロ−ブ針を前記被検
査基板に平行して設けられたプロ−ブカ−ドの基板に対
して略直交するように保持し、且つ、上記プロ−ブ針の
先端位置を上記基板と対向配置された載置台に把持され
た上記半導体ウエハ面の検査位置と対応するように配設
し、上記載置台が上記プロ−ブ針の先端方向を相対離接
駆動する進退駆動機構によって相対変位し、Ｘ方向微小
移動装置及び／またはＹ方向微小移動装置によって面方
向変位駆動可能に配設し、上記プロ−ブ針の先端部が前
記被検査面と面圧をもって圧接した状態で、上記プロ−
ブ針の先端部に対して上記被検査基板を前記被検査面の
面方向に微細変位させて該部表面の酸化被膜を掻き除去
する構成にしたことを要旨とするものである。又、本発
明のプロービング方法によれば、被検査基板の被検査面
上の電極に対応したプローブ針を前記被検査面に略直交
する姿勢に保持するプローブカードと、前記被検査基板
を載置してこの載置面上のＸ方向、Ｙ方向とこれらに直
交するＺ方向及びＺ方向を軸とするθ回転方向に移動可
能な載置手段とを備えたプローブ装置において、被検査
基板を載置した前記載置手段をＸＹＺθ方向に駆動して
前記プローブ・カードと被検査基板とを位置合わせする
工程と、前記載置手段と前記プローブカードとをＺ方向
に相対的に移動して前記プローブ針の先端部が被検査面
に接触させる工程と、前記被検査基板をＸ方向、Ｙ方向
の少なくとも一方向に微小移動させて前記プローブ針の
先端部を被検査面により確実に接触させる工程とからな
ることを特徴とするプロービング方法。

【００１１】

【作用】上記プロ−ブ装置及びプロービング方法では、
被検査面と接触するプロ−ブ針の先端部が当接し、オ−
バドライブをかけて接触した状態で被検査面の面方向に
被検査体を微小移動するようになっているから、上記プ
ロ−ブ針の先端が被検査面の表面を覆った酸化膜を掻き
取り、導電体のプロ−ブ針と被検査面が確実に接触す
る。従って、上記プロ−ブ針をウエハの各チップに安定
した接触抵抗をもって確実に接触させることが可能とな
り、正確な検査デ−タを得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るプロ−ブ装置の一実施例
を図面を参照して説明する。従来説明で用いた同部品は
同符号を用いて説明する。

【００１３】図１はプロ−ブ装置の検査部の断面図であ
る。装置の基台（図示せず）と平行にプロ−ブカ−ド支
持板のヘッドプレ−ト（図示せず）が基台の上空に併設
されている。このヘッドプレ−トの中央の中空部には補
強板（図では二点鎖線で図示）を介してプロ−ブカ−ド
１が装着されている。このプロ−ブカ−ド１は多数のプ
ロ−ブ針２（図面では一本だけ示してある。）と測定検
査回路用部品が搭載されたプリント基板３とプロ−ブ針
固定端を固定する板（以下、固定板と言う）４とプロ−
ブ針２を案内する案内板５，６とから構成されている。
上記複数のプロ−ブ針２は金（Ａｕ），タングステン
（Ｗ）等の導電体によって形成され、その基端部が上記
プリント基板３の所定位置（図ではプリント基板の外周
の近傍）の導体パタ−ンに半田固定されている。上記固
定板４は プリント基板３の下方、且つ中心に平行に配
設され、更にこの固定板４の下方には案内板５，６が固
定板４と平行に二枚並列されている。上記プロ−ブ針２
は上記所定位置に所定数の穿孔された固定板４を貫通し
て垂直に配置され、上記プロ−ブ針の固定端は接着剤等
によって矢印Ｚ方向（ウエハ面と直交方向）に固定され
ている。

【００１４】上記プロ−ブ針２の先端は、案内板５，６
に穿設した案内孔７，８に挿通してウエハ面と略直交す
るように配置されている。

【００１５】また上記固定板４及び案内板５，６は、上
下に移動しないように、固定体（補強体）で固定される
もので、締結螺子１２ａによってプリント基板３を固定
する上部ブロック９と、プロ−ブ針２の屈曲空間１０を
構成する中間ブロック１１を締結螺子１２ｂによって締
結固着し、上記中間ブロック１１の下面に締結螺子１２
ｃを介して下部ブロック１３を締結固着している。

【００１６】上記、上部ブロック９，中間ブロック１１
及び下部ブロック１３は、位置決めピン１４によってＸ
Ｙ方向の相対位置が規制してあり、また上部ブロック９
の下面が水平基準面を構成すると共に、プロ−ブ針２は
上部ブロック９に対して針固定用樹脂１５によって固定
されている。

【００１７】上記プローブカ−ド１の下方に位置した載
置台２０は、相対的に上記プロ−ブ針２の先端列と対面
するようにウエハ５０を保持し、且つ保持したウエハの
電極パッド５３に対応したプロ−ブ針２を進退駆動制御
装置（図示せず）で上記載置台２０がＺ方向に変位し、
更にＸ方向微小移動装置とＹ方向微小移動装置とによっ
て微小制御駆動するように構成されている。

【００１８】尚、上記プロ−ブ針２の被検査面と接触す
る先端は、半球状，円錐状尖端或は偏平状に形成するこ
とができ、該部を針杆部と異なった接触抵抗の小さい導
電性材料によって構成することも可能である。

【００１９】プロ−ブ装置でウエハ５０に垂直型のプロ
−ブ針２を接触させて検査を行う動作に付いて説明す
る。

【００２０】図２に示すように、ＸＹＺθ方向進退駆動
制御装置（図示せず）によって載置面と直交方向（矢印
Ｚ方向）に載置台２０を上昇移動させ、電極パッド５３
をプロ−ブ針２の先端部５と接触させた後、更に矢印Ｚ
方向に一定距離だけ微小移動変位δＺするように上記載
置台２０にオ−バ−ドライブを、例えば５０μ載置台２
０を更に上昇させる。この時、上記プロ−ブ針２の先端
のバラツキを吸収し、所定加圧で接触している。

【００２１】この状態からＸ方向微小移動装置とＹ方向
微小移動装置とによって載置台２０をＸＹ方向に微小制
御駆動する。

【００２２】上記、ウエハ５０面に形成された電極パッ
ド５３の表面には図３および図４に示すように酸化被膜
５５が形成されている。上記載置台２０をＸ方向／Ｙ方
向の何れか一方向に微小制御駆動すると、プロ−ブ針２
の先端が上記酸化被膜５５を掻き取り除去し、プロ−ブ
針２の先端部を電極パッド５３と確実に電気的に接触し
導通する作用をなすものである。

【００２３】以下に、プロ−ブ針２の先端部と被検査面
の接触抵抗値〔Ω〕を測定した試験結果をグラフに基づ
いて説明する。この試験は、図２に示すように、プロ−
ブ針２，２…を備えたプロ−ブカ−ド１に対して載置台
２０に把持したアルミウエハ３０を離接（矢印Ｚ）する
と共に、該載置台２０を縦方向（矢印Ｘ）及び横方向
（矢印Ｙ）に変位駆動制御したものである。

【００２４】〔試験結果 １〕図５，図６（グラフ１，
グラフ２）は、アルミウエハ３０に対して金鍍金したプ
ローブ針２，２を使用したものであり、プロ−ブ針の先
端部をアルミウエハ３０面に対して摺動させない（Ｘ＝
０，Ｙ＝０）で計測したものである。その結果、抵抗値
のバラツキが大きい。

【００２５】〔試験結果 ２〕図７，図８（グラフ３，
グラフ４）は、載置台２０を一方向に変位駆動させ、金
鍍金したプロ−ブ針２，２の先端部をアルミウエハ３０
面に対して摺動させた（Ｘ＝０，Ｙ＝１５μｍ）状態で
計測したものである。抵抗値が２〔Ω〕以下になってい
ることが判る。

【００２６】〔試験結果 ３〕図９，図１０（グラフ
５，グラフ６）は、載置台２０を変位駆動させ、金鍍金
したプロ−ブ針２，２の先端部をアルミウエハ３０面に
対してＹ方向のみストロ−クを変えて摺動させた状態で
抵抗値〔Ω〕を計測したものである。Ｘ＝０，Ｙ＝１５
μｍでは抵抗値〔Ω〕が安定しているが、Ｘ＝０，Ｙ＝
１０μｍではやや不安定であり、Ｘ＝０，Ｙ＝５μｍで
は不安定で移動しないものと変わりがない。従って、抵
抗値〔Ω〕がプロ−ブ針の被測定面での移動量と相関す
ることは明らかである。

【００２７】〔試験結果 ４〕図１１，図１２（グラフ
７，グラフ８）は、載置台２０を縦横方向に変位駆動さ
せ、金鍍金したプロ−ブ針２，２の先端部をアルミウエ
ハ３０面に対してＸ方向とＹ方向に摺動させた状態で抵
抗値〔Ω〕を計測し、一つのグラフに表したものであ
る。この結果から、Ｘ及びＹの移動量、またはＸまたは
Ｙの移動量が１０μｍ以上でないと接触抵抗を小さくす
る効果がないことが判る。

【００２８】〔試験結果 ５〕図１３，図１４（グラフ
９，グラフ１０）は、載置台２０を縦横方向に変位駆動
させ、金鍍金したプロ−ブ針２，２の先端部をアルミウ
エハ３０面に対してＸ方向とＹ方向にそれぞれ１０μｍ
以上摺動させた状態で抵抗値〔Ω〕を計測し、一つのグ
ラフに表したものである。この結果によると抵抗値
〔Ω〕は、（Ｘ＝１５μｍ，Ｙ＝１５μｍ）＜（Ｘ＝
０，Ｙ＝１５μｍ）＜（Ｘ＝１５μｍ，Ｙ＝０）＜（Ｘ
＝１０μｍ，Ｙ＝１０μｍ）＜（Ｘ＝１０μｍ以下，Ｙ
＝１５μｍ以下）の順になる傾向を有する。

【００２９】〔試験結果 ６〕図１５，図１６（グラフ
１１，グラフ１２）は、載置台２０を新品のアルミウエ
ハ３０面に金鍍金したプロ−ブ針２，２が接触した後、
３０μｍオ−バ−ドライブ（Ｚ方向）させると共に、該
プロ−ブ針２，２の先端部をアルミウエハ３０面に対し
て一方向（Ｙ方向）に１５μｍ摺動させた状態で抵抗値
〔Ω〕を計測したものである。この結果によると抵抗値
〔Ω〕は、最初バラついているが、次第に安定する傾向
にある。

【００３０】〔試験結果 ７〕図１７，図１８（グラフ
１３，グラフ１４）は、上記試験結果６と同様にして、
オ−バ−ドライブ量を５０μｍ（Ｚ方向）にして抵抗値
〔Ω〕を計測したものである。この結果と試験結果６を
比較することによって、オ−バ−ドライブ量が大きいほ
ど速く安定状態になることが判る。

【００３１】上記した各試験結果から、プロ−ブ針２は
ウエハの被検査面に対して先端部が面方向の少なくとも
一方向に１０μｍ以上摺動することが必要であり、また
該先端部が被検査面に対してある程度の加圧をもって接
触していることが必須となることが判る。そして本発明
のプロ−ブ装置では、ＸＹＺθ方向進退駆動制御装置に
よりワ−ク台２０をプロ−ブ針２に向かって進退（矢印
Ｚ）させ、当接後オ−バ−ドライブすることによって該
プロ−ブ針の先端を被検査面に加圧すると共に、更にＸ
方向微小移動装置とＹ方向微小移動装置を駆動して微小
制御変位することにより、被検査面の表面を覆った酸化
膜の掻き取り作用をなす。プロ−ブ針をその杆部が被検
査面に対して略直角となるように取り付けたことによ
り、プロ−ブ針の線形を細く構成することが可能にな
り、且つ高密度配置を達成することができるため、多数
の被検査面に対応する多数のプロ−ブ針を備えたプロ−
ブ装置を構成することができる等の特徴を有するもので
あり、実施後の効果は極めて大きい。以上実施例では、
被検査基板として半導体ウエハにつき述べた液晶基板に
ついても適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るプロ−ブ
装置及びプロービング方法では、被検査面に導電性の針
を物理的に接触するプロ−ブ針を、先端部が接触した状
態で前記被検査面の面方向に被検査体を微小移動したこ
とにより、プロ−ブ針の先端が前記被検査面の表面を覆
った酸化膜を掻き取り、導電体のプロ−ブ針と被検査面
が確実に接触するものであり、被検査面に充分に低く且
つ安定した接触抵抗をもってプローブ針が確実に接触さ
せることが可能となり、正確な試験デ−タを得ることが
できる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプローブ装置の一実施例の検査部を
示す図である。

【図２】 垂直型のプローブ針の動作を示す図である。

【図３】 図２に示す垂直型のプローブ針が電極パッド
表面の酸化被膜に対し載置台のＸ方向の移動により接触
したことを示す図である。

【図４】 （ａ）ウエハの外観を示す図である。 （ｂ）（ａ）のウエハ上の電極パッドの外観を示す図で
ある。

【図５】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最大値の変化を、載置台のＸ方向／Ｙ方向の
移動なしに反復した時の図である。

【図６】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最小値の変化を、載置台のＸ方向／Ｙ方向の
移動なしに反復した時の図である。

【図７】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最大値の変化を、載置台をＸ，Ｙ方向のいず
れ一方へ移動した時の図である。

【図８】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最小値の変化を、載置台をＸ，Ｙ方向のいず
れ一方へ移動した時の図である。

【図９】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最大値の変化を、載置台を指定量変位させた
時の図である。

【図１０】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最小値の変化を、載置台を指定量変位させ
た時の図である。

【図１１】垂直型プローブ針によるアルミウエハへの接
触抵抗値の最大値の変化を、載置台を縦横方向へ変位さ
せた時の図である。

【図１２】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最小値の変化を、載置台を縦横方向へ変位
させた時の図である。

【図１３】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最大値の変化を、載置台を縦横方向へ変位
させた時の図である。

【図１４】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最小値の変化を、載置台を縦横方向へ変位
させた時の図である。

【図１５】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最大値の変化を、載置台をＺ方向に１５μ
ｍオーバードライブ後、Ｙ方向に移動した時の図であ
る。

【図１６】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最小値の変化を、載置台をＺ方向に１５μ
ｍオーバードライブ後、Ｙ方向に移動した時の図であ
る。

【図１７】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最大値の変化を、載置台をＺ方向に５０μ
ｍオーバードライブ後、Ｙ方向に移動した時の図であ
る。

【図１８】 垂直型プローブ針によるアルミウエハへの
接触抵抗値の最小値の変化を、載置台をＺ方向に５０μ
ｍオーバードライブ後、Ｙ方向に移動した時の図であ
る。

【図１９】 従来の技術によるプローブ装置の検査部を
示す図である。

【図２０】 従来の技術によるプローブ装置の検査部を
示す図である。

【符号の説明】

１ プロ−ブカード ２ プロ−ブ針 ３ プリント回路基板 ４ 固定板 ５，６ 案内板 ２０ 載置台 ３０ アルミウエハ ３１ プロ−ブ針 ５０ ウエハ ５１ チップ領域 ５３ ボンディングパッド ５５ 酸化被膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査基板の電気的特性等を検査するた
   め、プローブカードのプロ−ブ針を接触させて検査する
   プロ−ブ装置において、導電性材料からなる複数のプロ
   −ブ針を前記被検査基板に平行して設けられたプロ−ブ
   カ−ドの基板に対して略直交するように保持し、且つ、
   上記プロ−ブ針の先端位置を上記基板と対向配置された
   載置台に把持された上記被検査基板の検査面の電極と対
   応するように配設し、上記載置台が上記プロ−ブ針先端
   に対してＺ方向に相対変位し、且つＸ方向微小移動装置
   及び／またはＹ方向微小移動装置によって面方向変位駆
   動可能に配設し、上記プロ−ブ針の先端部が前記被検査
   面と面圧をもって圧接した状態で、上記プロ−ブ針の先
   端部に対して上記被検査基板を前記被検査面の面方向に
   微細変位させて電極面の酸化被膜を掻き取る構成にした
   ことを特徴とするプロ−ブ装置。
2. 【請求項２】 被検査基板の被検査面上の電極に対応し
   たプローブ針を前記被検査面に略直交する姿勢に保持す
   るプローブカードと、 前記被検査基板を載置して、この載置面上のＸ方向、Ｙ
   方向とこれらに直交するＺ方向及びＺ方向を軸とするθ
   回転方向に移動可能な載置手段とを備えたプローブ装置
   において、被検査基板を載置した前記載置手段をＸＹＺ
   θ方向に駆動して前記プローブカードと被検査基板とを
   位置合わせする工程と、 前記載置手段と前記プローブカードとをＺ方向に相対的
   に移動して前記プローブ針の先端部を被検査面に接触さ
   せる工程と、 前記被検査基板をＸ方向、Ｙ方向の少なくとも一方向に
   微小移動させて前記プローブ針の先端部を被検査面によ
   り確実に接触させる工程とからなることを特徴とするプ
   ロービング方法。