JPH0666834A - Probe device - Google Patents
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- JPH0666834A JPH0666834A JP4244157A JP24415792A JPH0666834A JP H0666834 A JPH0666834 A JP H0666834A JP 4244157 A JP4244157 A JP 4244157A JP 24415792 A JP24415792 A JP 24415792A JP H0666834 A JPH0666834 A JP H0666834A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プローブ装置に関す
る。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a probe device.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、ICチップやLSIチッ
プ等の半導体素子の製造工程においては、ウェハー状態
においても電気的な特性試験が行われるようになってい
る。2. Description of the Related Art As is well known, in a manufacturing process of a semiconductor element such as an IC chip or an LSI chip, an electrical characteristic test is conducted even in a wafer state.
【0003】このため、従来では、例えば、図7に示す
ような構造の試験装置が用いられていた。Therefore, conventionally, for example, a test apparatus having a structure as shown in FIG. 7 has been used.
【0004】すなわち、この試験装置は、装置本体側に
固定されているプローブカード70の導電パターンに基
部を半田付けされたプローブ針80を備えており、この
プローブ針80は、基部を支点として図において上下方
向に揺動することができる状態に先端部を延長され、そ
の針先が半導体ウェハー90の各チップの電極パッドに
向け垂下されている。That is, this test apparatus has a probe needle 80 having a base portion soldered to a conductive pattern of a probe card 70 fixed to the apparatus main body side. In, the tip portion is extended so as to be able to swing in the vertical direction, and the tip of the tip is hung toward the electrode pad of each chip of the semiconductor wafer 90.
【0005】このような試験装置にあっては、載置テー
ブル100の上昇により、載置テーブル100にセット
された半導体ウェハー90がプローブ針80に当接し、
さらに、載置テーブル100のオーバードライブによっ
てプローブ針80が揺動変位する際の圧接力によって、
半導体ウェハー90の電極パッドとプローブ針80との
間の接触不良が生じないようにされて被測定物である半
導体ウェハー90の電気的特性の試験が実行される。In such a test apparatus, when the mounting table 100 is raised, the semiconductor wafer 90 set on the mounting table 100 contacts the probe needle 80,
Furthermore, due to the pressure contact force when the probe needle 80 is oscillated by the overdrive of the mounting table 100,
A contact failure between the electrode pad of the semiconductor wafer 90 and the probe needle 80 is prevented from occurring, and a test of the electrical characteristics of the semiconductor wafer 90, which is the object to be measured, is executed.
【0006】そして、上述したプローブ針としては、少
なくとも、被測定物との接触面に相当する針先がタング
ステン( W) 、銀パラジュウム( Ag−Pd) 合金、銅
ベリリュウム( Cu−Be) 合金により構成されている
ものが用いられていた。As the probe needle described above, at least the needle tip corresponding to the contact surface with the object to be measured is made of tungsten (W), silver palladium (Ag-Pd) alloy, or copper beryllium (Cu-Be) alloy. What was configured was used.
【0007】しかしながら、このようなプローブ針の構
成においては、例えば、タングステン( W) を用いた場
合、半導体ウェハーの電極パッドとの間の接触抵抗が安
定しないという問題があった。However, in the structure of such a probe needle, for example, when tungsten (W) is used, there is a problem that the contact resistance with the electrode pad of the semiconductor wafer is not stable.
【0008】このため、従来では、タングステンの表面
に金メッキを施すなどの工夫がなされていたが、針先に
施した金メッキが剥がれてしまうなどの新たな問題が発
生し、接触抵抗を低減できる一方で耐久性においては信
頼性が得られないのが現状であった。For this reason, conventionally, a device such as gold plating on the surface of tungsten has been made, but a new problem such as peeling of the gold plating applied to the needle tip occurs, and the contact resistance can be reduced. However, the current situation is that reliability cannot be obtained in terms of durability.
【0009】そこで、本発明者は、接触抵抗の低減と耐
久性とを同時に得られるプローブ針の構成として、少な
くとも、針先に金と銅( Au−Cu) の合金を用いるこ
とを提案した( 特願平2ー339803号) 。Therefore, the present inventor has proposed that at least the alloy of gold and copper (Au-Cu) is used for the tip of the probe needle as a structure of the probe needle that can simultaneously obtain a reduction in contact resistance and durability. Japanese Patent Application No. 2-339803).
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述したプローブ針の
構成においては、接触抵抗の低減と耐久性とを実現でき
たものの、上記合金を用いたプローブ針の比抵抗が比較
的大きいため、例えば、半導体ウェハーの電気的試験の
際の電源用としてこのプローブ針を用いるような場合に
は、電圧降下が著しくなるという不具合を招く結果とな
る。In the structure of the probe needle described above, the contact resistance can be reduced and the durability can be realized, but the specific resistance of the probe needle using the above alloy is relatively large. When this probe needle is used as a power source for the electrical test of a semiconductor wafer, it causes a problem that the voltage drop becomes significant.
【0011】また、近年においては、半導体素子の傾向
として高集積化が望まれており、このため、半導体ウェ
ハー上に形成される各チップの電極パッドの大きさおよ
び配置間隔もかなり小さい寸法となることが多い。Further, in recent years, there is a demand for higher integration as a tendency of semiconductor elements. Therefore, the size and the arrangement interval of the electrode pads of each chip formed on the semiconductor wafer are considerably small. Often.
【0012】従って、プローブ針自体の寸法、特に直径
も小さくならざるを得ず、これに応じて導体抵抗も大き
くなる傾向を示すことになる。Therefore, the size of the probe needle itself, especially the diameter, must be reduced, and the conductor resistance tends to increase accordingly.
【0013】このように、導体抵抗が大きくなると、前
述の電圧降下の他にプローブ針自体の発熱等の不具合が
発生する虞れがある。As described above, when the conductor resistance increases, there is a possibility that problems such as heat generation of the probe needle itself may occur in addition to the above-mentioned voltage drop.
【0014】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
プローブ装置における問題に鑑み、比抵抗を下げて安定
した測定条件を設定できるプローブ装置を得ることにあ
る。Therefore, in view of the above-mentioned problems in the conventional probe apparatus, an object of the present invention is to obtain a probe apparatus which can reduce the specific resistance and set stable measurement conditions.
【0015】また本発明の目的は、高集積化に対応して
微細径のプローブ針を用いることのできるプローブ装置
を得ることにある。Another object of the present invention is to obtain a probe device which can use a probe needle having a fine diameter for high integration.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、半導体素子の被接触部に圧
接して電気的接続を行うプローブ針を備えたプローブ装
置において、前記プローブ針は、金(Au)を74〜76重
量%、銅(Cu)を24〜26重量%の割合で含む合金から
なり、この合金は加熱後に徐冷されることで規則格子が
構成されていることを特徴としている。In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is a probe apparatus provided with a probe needle for pressure-contacting a contacted portion of a semiconductor element for electrical connection. The needle is made of an alloy containing gold (Au) in a proportion of 74 to 76% by weight and copper (Cu) in a proportion of 24 to 26% by weight. This alloy is heated and then gradually cooled to form a regular lattice. It is characterized by that.
【0017】請求項2記載の発明は、前記合金が350
℃付近の加熱温度に到達後に徐冷されていることを特徴
としている。According to a second aspect of the invention, the alloy is 350
It is characterized by being gradually cooled after reaching the heating temperature near ℃.
【0018】請求項3記載の発明は、前記プローブ針
は、その基端部が測定回路基板に固定され、この基端部
から前記被接触部に対面する先端部に至る途中領域が、
該被接触部の面に対してほぼ垂直に延長され、前記先端
部が前記被接触部に圧接された際の座屈荷重により、前
記途中領域が座屈変形する座屈部を構成することを特徴
としている。According to a third aspect of the present invention, the probe needle has a base end portion fixed to the measurement circuit board, and an intermediate region from the base end portion to the tip end portion facing the contacted portion,
A buckling portion that extends substantially perpendicularly to the surface of the contacted portion and that causes the intermediate region to buckle and deform due to a buckling load when the tip portion is pressed against the contacted portion is formed. It has a feature.
【0019】[0019]
【作用】本発明によれば、プローブ針が金(Au)74〜7
6重量%、銅(Cu)24〜26重量%の割合で含む合金、
換言すれば金(Au)および銅(Cu)を、原子数比でほぼ1:
1の割合で含む合金により構成される。According to the present invention, the probe needle is gold (Au) 74-7.
Alloy containing 6% by weight and copper (Cu) in the range of 24 to 26% by weight,
In other words, gold (Au) and copper (Cu) have an atomic ratio of about 1:
It is composed of an alloy containing 1 ratio.
【0020】そして、この合金は、一定温度以上に加熱
後徐々に冷却されることにより、その合金中の金属原子
が規則格子を構成し、比抵抗が著しく低減される。The alloy is heated to a certain temperature or higher and then gradually cooled, whereby the metal atoms in the alloy form an ordered lattice and the specific resistance is significantly reduced.
【0021】また、この規則格子が生成されるのは、35
0 ℃付近の比較的低温度から徐冷することによって実現
でき、低温処理であるので、微細径のプローブ針に熱歪
を起こすことなく比抵抗を低減することができる。This regular lattice is generated by 35
This can be realized by gradually cooling from a relatively low temperature near 0 ° C., and since it is a low temperature treatment, it is possible to reduce the specific resistance without causing thermal strain on the probe needle having a small diameter.
【0022】[0022]
【実施例】以下、図1乃至図6において、本発明の実施
例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.
【0023】図1は、本発明によるプローブ装置10に
おけるプローブ針20の取付け部を示す断面図である。
同図においてプローブ装置10は、中心部にプローブ針
20を挿通するための孔を穿たれたプリント基板12を
有する。図においてこのプリント基板12の下面には、
基板12を一体化して装置10に固定される固定ブロッ
ク12Aが位置し、この固定ブロック12Aの下方に
は、共に中心部に開口を有する上部ガイド部材14、中
間ガイド部材16および下部ガイド部材18が順に積層
されて一体化されている。FIG. 1 is a sectional view showing a mounting portion of a probe needle 20 in a probe device 10 according to the present invention.
In the figure, the probe device 10 has a printed circuit board 12 having a hole at the center for inserting the probe needle 20 therethrough. In the figure, on the lower surface of this printed circuit board 12,
A fixed block 12A, which is integrated with the substrate 12 and fixed to the apparatus 10, is located below the fixed block 12A. They are sequentially laminated and integrated.
【0024】上述した上部ガイド部材14と中間ガイド
部材16との積層面、そして中間ガイド部材16と下部
ガイド部材18との積層面および下部ガイド部材18に
おける半導体ウェハー( 図示されず) に対向する面に
は、プローブ針20を挿通させて位置決めおよび固定す
るための支持孔を形成された固定案内板14A、16
A、18Aがそれぞれ一体化されている。The above-mentioned laminated surface of the upper guide member 14 and the intermediate guide member 16, the laminated surface of the intermediate guide member 16 and the lower guide member 18, and the surface of the lower guide member 18 facing the semiconductor wafer (not shown). The fixed guide plates 14A, 16 having support holes for inserting and positioning the probe needle 20 in the
A and 18A are integrated respectively.
【0025】一方、プローブ針20は、基端部20Aを
プリント基板12に設けられている配線層に半田付けさ
れ、そしてこの基端部20Aから延長された先端部20
Bおよび途中領域20Cが半導体ウェハーの電極パッド
に対して垂直に対面する向きに折り曲げられており、こ
の途中領域20Cは、各ガイド部材に設けられている固
定案内板14A、16Aおよび18Aの支持孔に挿通さ
れている。On the other hand, the probe needle 20 has a base end portion 20A soldered to a wiring layer provided on the printed board 12, and a tip end portion 20 extended from the base end portion 20A.
B and the intermediate region 20C are bent in a direction facing perpendicularly to the electrode pads of the semiconductor wafer, and the intermediate region 20C is a supporting hole for the fixed guide plates 14A, 16A and 18A provided in each guide member. Has been inserted into.
【0026】従って、プローブ針20の針先が半導体ウ
ェーハーの電極パッドに押し付けられた際には、この電
極パッドに対して垂直な途中領域20Cが座屈荷重によ
り座屈変形して、電極パッドへの圧接力を高めるように
なっている。Therefore, when the probe tip of the probe needle 20 is pressed against the electrode pad of the semiconductor wafer, the intermediate region 20C perpendicular to the electrode pad is buckled and deformed by the buckling load to the electrode pad. It is designed to increase the pressure contact force of.
【0027】そして、このようにプローブ装置10に取
り付けられるプローブ針20は、図2に示すように、例
えば頂部を平坦面に形成された円錐状の先端部を有して
おり、本実施例の場合、平坦面の直径が15μm、そし
て、外径が70μmに設定されている。この寸法の設定
は、本実施例の場合、半導体ウェハーの電極パッドの大
きさが60μm角でしかも配列ピッチが100μmであ
る場合を対象としているためである。なお、図2におい
て二点鎖線は、プローブ針20が半導体ウェーハーに圧
接した際の座屈荷重の作用により、プローブ針20が座
屈変形した状態を示している。As shown in FIG. 2, the probe needle 20 attached to the probe device 10 as described above has, for example, a conical tip portion whose top portion is formed into a flat surface. In this case, the diameter of the flat surface is set to 15 μm and the outer diameter is set to 70 μm. This dimension is set in the present embodiment because the size of the electrode pads of the semiconductor wafer is 60 μm square and the array pitch is 100 μm. Note that, in FIG. 2, the two-dot chain line indicates a state in which the probe needle 20 is buckled and deformed by the action of the buckling load when the probe needle 20 is pressed against the semiconductor wafer.
【0028】このような形状を設定されているプローブ
針20は、その素材の構成として、金( Au) および銅
( Cu) を原子数比においてほぼ1:1の割合で含む合
金によって構成されており、具体的な組成比率では、金
( Au)74 〜76重量%、銅(Cu)24 〜26重量%の割合
を設定されている。The probe needle 20 having such a shape has a material of gold (Au) and copper.
It is composed of an alloy containing (Cu) in an atomic ratio of approximately 1: 1.
The proportions of (Au) 74 to 76% by weight and copper (Cu) 24 to 26% by weight are set.
【0029】一方、このプローブ針20は、次のような
熱処理を施されて形成される。On the other hand, the probe needle 20 is formed by the following heat treatment.
【0030】すなわち、このプローブ針20は、350 ℃
まで加熱された後、徐々に冷却されて焼き鈍しが行われ
る。That is, the probe needle 20 has a temperature of 350.degree.
After being heated up to, it is gradually cooled and annealed.
【0031】図3は、この熱処理とプローブ針20の導
体抵抗との関係を示しており、上述した温度から徐冷す
ることにより、常温(20 ℃) では、熱処理前の電気抵抗
が2.0 Ωであったのを、0.8 Ωにまで低下させられるよ
うになっている。FIG. 3 shows the relationship between this heat treatment and the conductor resistance of the probe needle 20. By gradually cooling from the above temperature, the electric resistance before heat treatment is 2.0 Ω at room temperature (20 ° C.). What was there was able to be reduced to 0.8 Ω.
【0032】また、上述した徐冷の速度としては、本実
施例の場合、図4において、350 ℃に到達後、約30分
で加熱を停止し、その後、自然冷却によって略5時間以
上を経過させることにより、上述した電気抵抗の低下率
を得るようになっている。In the case of the present embodiment, as the above-mentioned slow cooling rate, in the case of FIG. 4, after reaching 350 ° C., the heating is stopped about 30 minutes, and thereafter, about 5 hours or more elapses by natural cooling. By doing so, the above-described reduction rate of the electric resistance is obtained.
【0033】このような電気抵抗の低下は、所謂、Au
−Cu合金の金属原子が格子中にそれぞれ規則性を以っ
て配列される規則格子を生成することを原因としている
が、通常、この規則格子を生成するための一般的な徐冷
開始温度は420 ℃以上とされるのに対して、本実施例に
おいては、その温度よりもかなり低い温度から自然冷却
による徐冷が開始される。従来よりも低温処理が可能と
なる観点から言えば、徐冷前の加熱温度としては350
℃付近が好ましい。このような加熱温度とすれば、細径
のプローブ針20を熱変形を伴うことなく熱処理でき
る。Such a decrease in the electric resistance is what is called Au.
The cause is that the metal atoms of the Cu alloy form regular lattices that are regularly arranged in the lattice. Normally, the general slow cooling start temperature for producing this regular lattice is In contrast to the temperature of 420 ° C. or higher, in the present embodiment, the gradual cooling by natural cooling is started from a temperature considerably lower than that temperature. From the viewpoint of enabling a lower temperature treatment than before, the heating temperature before gradual cooling is 350.
It is preferably around ℃. With such a heating temperature, the probe needle 20 having a small diameter can be heat-treated without thermal deformation.
【0034】本実施例は以上のような構成であるから、
いま、プローブ装置10に用いられるプローブ針20の
電気抵抗に関する実験を行った結果を次に示す。Since the present embodiment is constructed as described above,
Now, the result of an experiment on the electric resistance of the probe needle 20 used in the probe device 10 will be shown below.
【0035】図5は、外径70μmのAu−Cu合金を
用いたプローブ針20の電気抵抗を測定するための試験
装置の構成を示しており、この試験装置においては、恒
温槽30内に配置されているセラミックス基板32上に
プローブ針20を載置し、このプローブ針20に対し
て、定電流発生器40および電圧計42にそれぞれ接続
されている電極50、60が接続されている。FIG. 5 shows the structure of a test device for measuring the electric resistance of the probe needle 20 using an Au-Cu alloy having an outer diameter of 70 μm. In this test device, the test device is arranged in a constant temperature bath 30. The probe needle 20 is placed on the ceramic substrate 32, and the electrodes 50 and 60 connected to the constant current generator 40 and the voltmeter 42 are connected to the probe needle 20.
【0036】そして、熱処理の条件として、図6に示す
ように、350 ℃に達した時点で加熱を30分継続し、その
後、自然冷却する。As a condition for heat treatment, as shown in FIG. 6, heating is continued for 30 minutes when the temperature reaches 350 ° C., and then naturally cooled.
【0037】また、この時の実験の条件を表1に示す。Table 1 shows the conditions of the experiment at this time.
【0038】[0038]
【表1】 この実験の結果は、図4に示す結果であり、何れの試料
においても、電気抵抗が約40%に低減されている。本
実施例によれば、熱処理において、徐冷開始温度を低く
することができるので、加熱による熱歪を抑えることが
でき、プローブ針の微細化が可能になる。[Table 1] The result of this experiment is the result shown in FIG. 4, and the electrical resistance was reduced to about 40% in all the samples. According to this example, since the slow cooling start temperature can be lowered in the heat treatment, the thermal strain due to heating can be suppressed, and the probe needle can be miniaturized.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プロー
ブ針として、金および銅を、原子数比においてほぼ1:
1の割合で含む合金により構成したので、接触抵抗を低
減できると共に、加熱後の徐冷により規則格子を生成さ
せるようにしたので、プローブ自体の電気抵抗、所謂、
導体抵抗をきわめて大きい範囲で低減させることがで
き、これによって、プローブ針の発熱の問題を解消する
と共にこのプローブ針における電圧降下を低減させるこ
とが可能になる。 また、請求項2の発明によれば、熱
処理温度を比較的低い温度に設定して規則格子を生成さ
せるようにしたので、プローブ針に対する熱変形の問題
を解消することができ、これによって、熱影響を受けや
すい微細なプローブ針の作成も可能になる。As described above, according to the present invention, gold and copper are used as probe needles in an atomic ratio of about 1:
Since it is composed of an alloy containing 1 ratio, the contact resistance can be reduced, and the ordered lattice is generated by gradual cooling after heating.
The conductor resistance can be reduced in a very large range, which makes it possible to solve the problem of heat generation of the probe needle and reduce the voltage drop at this probe needle. Further, according to the invention of claim 2, since the heat treatment temperature is set to a relatively low temperature to generate the regular lattice, it is possible to solve the problem of thermal deformation with respect to the probe needle. It is also possible to create fine probe needles that are easily affected.
【0040】さらに請求項3の発明によれば、プローブ
針を被接触部に対して垂直な方向で圧接させるようにし
たので、微細なプローブ針とした場合でも位置精度が確
保できるので圧接した際のプローブ針の逸脱現象を防止
でき、これによって、接触が不安定になるような事態を
回避して、安定した接触による測定条件の安定化が図れ
る。Further, according to the invention of claim 3, since the probe needle is brought into pressure contact with the contacted portion in a direction perpendicular to the contacted portion, the position accuracy can be ensured even when a fine probe needle is used. It is possible to prevent the probe needle from deviating, thereby avoiding a situation where the contact becomes unstable and stabilizing the measurement condition by stable contact.
【図1】本発明によるプローブ装置の要部を示す断面図
である。FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a probe device according to the present invention.
【図2】図1に示したプローブ装置に用いられるプロー
ブ針の構成を示す一部断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of a probe needle used in the probe device shown in FIG.
【図3】図2に示したプローブ針の電気抵抗と熱処理温
度の関係を説明するための線図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the electrical resistance of the probe needle shown in FIG. 2 and the heat treatment temperature.
【図4】図1に示したプローブ針の冷却開始温度および
電気抵抗と冷却時間との関係を説明するための線図であ
る。FIG. 4 is a diagram for explaining a relationship between cooling start temperature and electric resistance of the probe needle shown in FIG. 1 and cooling time.
【図5】図2に示したプローブ針の電気抵抗を求めるた
めに用いた実験装置の構成を概略的に示す配線図であ
る。5 is a wiring diagram schematically showing the configuration of an experimental device used to determine the electric resistance of the probe needle shown in FIG.
【図6】図5に示した実験装置に適用される熱処理条件
を説明するための線図である。FIG. 6 is a diagram for explaining heat treatment conditions applied to the experimental apparatus shown in FIG.
【図7】プローブ装置の従来例を示す一部断面図であ
る。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a conventional example of a probe device.
10 プローブ装置 20 プローブ針 10 probe device 20 probe needle
Claims (3)
接続を行うプローブ針を備えたプローブ装置において、 前記プローブ針は、金(Au)を74〜76重量%、銅(Cu)
を24〜26重量%の割合で含む合金からなり、この合
金は加熱後に徐冷されることで規則格子が構成されてい
ることを特徴とするプローブ装置。1. A probe device comprising a probe needle that is pressed against a contacted portion of a semiconductor element to make an electrical connection, wherein the probe needle contains 74 to 76% by weight of gold (Au) and copper (Cu).
A probe device comprising an alloy containing 24 to 26% by weight of the alloy, the alloy being heated and then gradually cooled to form an ordered lattice.
ていることを特徴とするプローブ装置。2. The probe device according to claim 1, wherein the alloy is gradually cooled after reaching a heating temperature near 350 ° C.
れ、この基端部から前記被接触部に対面する先端部に至
る途中領域が、該被接触部の面に対してほぼ垂直に延長
され、前記先端部が前記被接触部に圧接された際の座屈
荷重により、前記途中領域が座屈変形する座屈部を構成
することを特徴とするプローブ装置。3. The probe needle according to claim 1, wherein a proximal end portion of the probe needle is fixed to a measurement circuit board, and an intermediate region from the proximal end portion to a distal end portion facing the contacted portion is A buckling portion that extends substantially perpendicular to the surface of the contacted portion and that causes the intermediate region to buckle and deform due to a buckling load when the tip portion is pressed against the contacted portion. And the probe device.
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