JPH08152436A - プローブカード及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プローブカードの探針６とボンディングパッド
時の接触抵抗を常に低く安定させる。 【構成】プローブカードの探針６の先端部はボンディン
グパッド表面と接触時に平行になる底面１とオーバード
ライブ時にボンディングパッド表面と平行になる底面２
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプローブカード及びその
使用方法に関し、特に被測定半導体装置のボンディング
パッドに接触する探針先端部の構造とその探針の使用方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】所定の回路機能が集積された半導体基板
は、金属製のアイランド又は絶縁基板上に固着され、こ
の半導体基板の主表面に多数形成されたパッドは、直接
又はボンディングワイヤ等を介して外部リードに電気的
に接続され、これらリードを除く表面を封止して、半導
体装置が完成する。

【０００３】完成した時点での半導体装置の試験は、外
部リードを利用して行われるが、例えばワイヤ・ボンデ
ィングされる前に半導体基板の試験を行い、不良品を除
去しておけば、後工程で不良品までも製作してしまうと
いう無駄が省ける。

【０００４】このような場合等に使用されるのが、プロ
ーブカードである。この種のプローブカードは、半導体
基板の主表面に多数配列されたパッドにそれぞれ当接さ
せて電気的接続を確保するための探針を備えている。こ
の探針の一端は、半導体基板の各パッドに当接させるた
めにあり、またこの他端はこの探針の一端を弾力的に固
定保持させるべく、絶縁性基板の主表面に形成された金
属導体に固定される。

【０００５】この探針の一端から他端までの形成は、パ
ッドとの所定圧の弾力的接続の必要性、及び探針自体の
剛性や変形回復力等の確保の関係から、決められる。探
針の他端は、プローブカード基板を経て、テスタに電気
的に接続され、このテスタでは、試験に必要な電源電
圧，データ信号，制御信号を発生させ、また半導体基板
から得られた信号を調べて良不良を判定する機能を有す
る。

【０００６】以上のような場合に用いられるプローブカ
ードの探針先端を記載した特開昭６２−２９５４２６号
公報を示す図５を参照すると、この実施例では、プロー
ブカードの探針１０の先端接触部１１をパッドの主表面
と平行な平面となるように形成し、この平行面による接
触面積増加により、接触抵抗を軽減させる技術が示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな接触面積増加という一義的な構造改善策では接触抵
抗の低下が一部達成されない事例があることが判明し
た。

【０００８】接触抵抗が低下していない事例について、
そのメカニズムを解析してみると、パッド素材の主表面
に数μｍ程度の薄い例えばアルミニウム酸化膜が形成さ
れて接触抵抗が１０Ωを越えるものがあり、接触面積の
増加ではカバーし切れないことが第１因となっており、
チップ当たりのボンディングパッド数の増加にともな
い、探針が細くかつ長くなり、剛性が低下して、探針先
端のパッドとの当接力が低下していることが第２因であ
り、接触面積を増加させるだけでは単位面積当りの押圧
力が低下するだけで接触抵抗の低下につながらないこと
が第３因であること等が判明した。

【０００９】このようなことから、電流が関与するデバ
イス測定試験において、接触部での電圧降下が大きくな
り、測定系の不良により、製品の製造歩留りの低下を引
き起こすという問題点があった。

【００１０】以上のような不良発生メカニズムの解析及
び問題点に鑑み、本発明では次の課題を掲げる。

【００１１】（１）接触抵抗が問題とならないような抵
抗値まで極力抑えるようにすること。

【００１２】（２）パッド表面の酸化膜を塑性変形させ
て擦過傷を形成し、非酸化面を露出させ、この部分に探
針を当接するようにすること。

【００１３】（３）探針に、非酸化面を露出させる機能
と低抵抗で接触させる機能とを構造上役割り分担させて
担わせるようにすること。

【００１４】（４）パッド表面の酸化膜の除去のため、
新らたに工程を追加する必要のないようにすること。

【００１５】（５）探針にパッドが当接した位置よりも
さらに半導体装置を数十μｍ上昇させるいわゆるオーバ
ードライブ動作時に、探針をパッドの主表面方向に沿っ
て弾力的に自動滑動させ、この際にパッド表面に擦過傷
を形成させるようにすること。

【００１６】（６）測定系の信頼性を向上させること。

【００１７】（７）製品の製造歩留りを向上させるこ
と。

【００１８】（８）探針の構造を可能な限り簡素化し
て、製造し易いものにすること。

【００１９】（９）擦過傷が形成され難い場合には、く
り返えしオーバードライブ動作を行い、酸化物の除去が
行えるようにすること。

【００２０】（１０）測定系の制御方法を複雑にせず、
簡単なものとすること。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明のプローブカード
の構成は、半導体基板上のパッドに当接させる探針を備
え、前記探針先端のうち前記パッドとの当接面が、前記
探針の長軸と所定の角度をなす第１の平面と、前記第１
の平面と所定の角度をなす第２の平面とを有することを
特徴とし、前記探針先端の断面形状が四角形であること
を特徴とする。

【００２２】本発明のプローブカードの使用方法は、探
針の第１の平面によりパッド表面の酸化膜を除去する工
程と、この工程に引き続いて前記酸化膜の除去された表
面に第２の平面を接触させて電気的特性を測定する工程
とを備えたことを特徴とし、特に前記酸化膜を除去する
工程は、前記先端の第１の平面が、前記半導体基板上の
パッド表面と平行面をなすように、前記半導体基板上の
パッドと接触させた後に行うことを特徴とする。

【００２３】

【実施例】本発明の一実施例のプローブカードの探針先
端を示す図１の斜視図を参照すると、この実施例は、四
角柱の探針６の先端に二つの平面即ち第１，第２の平面
１，２を備えており、このうち第１の平面１は、２０μ
ｍ≦ａ≦５０μｍ，５μｍ≦ｂ≦１０μｍの長方形平面
であり、探針６の長軸方向と７５°≦θ１≦８５°の角
度をなす。第２の平面２は、１０μｍ≦ｃ≦４０μｍ，
ａは共通寸法の長方形平面である。第１，第２の平面
１，２は、互いに９５°≦θ２≦１１０°をなす角度で
一辺を共有する、探針６の材質はタングステンが好まし
い。

【００２４】この実施例の探針６の先端部分以外のとこ
ろの断面を示す図２を参照すると、図１の探針６の先端
８から、探針６の長軸方向に向って所定の寸法だけ伸び
て傾斜部６′を形成する。ここで、先端８の第１の平面
１は、ほぼ水平に設定された半導体基板のパッド表面と
平行面を形成するように、水平に設定される。従って、
この探針６は垂直に対して５°乃至１５°の傾斜を有す
る傾斜部６′を形成する。この傾斜部６′に引き続く水
平部の長さは、傾斜部６′と同程度以上であり、後述す
る擦過傷を形成するのに適切な寸法に適宜選択される。
傾斜部６′の長さｍは、０．０７乃至１．００ｍｍであ
る。

【００２５】また、第１の平面１の長辺（ａの寸法の
辺）は、探針６の長軸と直角をなす角度θ３に形成す
る。従って、第２の平面２の上記長辺と平行な二辺も長
軸と直角をなすように形成される。

【００２６】探針６の他端は、絶縁性の配線基板９の表
面に形成された配線導体１２に固着される。図示はされ
ていないが、このような探針６が紙面と垂直方向に多数
配列され、半導体基板のパッド間隔に対応したピッチで
固定される。パッドが一列に配列されず、二列に配列さ
れている場合には、これらパッドにそれぞれ対向した先
端８を有する探針６が用意される。探針６は四角柱であ
るが、必要に応じて上記水平部の寸法を大きくしてもよ
いが、均一寸法であってもよい。

【００２７】探針６の第１の平面１の長辺が、長軸方向
即ちオーバードライブ時の探針滑動方向と直角をなすよ
うにすることが、後述する酸化膜を均一に除去する上で
また上記滑動方向を安定した直線方向にする上で、好ま
しい。

【００２８】また探針６が正方形又は長方形の断面とな
っていることが、オーバードライブ時の滑動方向を安定
した直線方向にする上で、より好ましい。

【００２９】探針６の少なくとも先端部分は、断面方形
をなし、半導体基板の主表面に形成されたボンディング
パッドに当接する底面となる。この底面は、最初にパッ
ドに接触する第１の平面１と、この第１の平面に引き続
いてパッドに接触する第２の平面２とからなる。第１の
平面は、短辺が長辺の４，５倍をなす長方形平面であ
り、この長辺と直交する方向が、後述するオーバードラ
イブ時の探針のすべり方向と一致するように、配置され
る。この第１の平面１は、第２の平面の約３分の１程度
の面積となっており、それだけ大きな集中応力で、パッ
ド表面を上方から押圧する。この第１の平面１の短辺
は、探針６の長軸方向と垂直に形成されず、５°乃至１
５°程度傾斜している。この傾斜角度は、パッドの主表
面に対する探針の長軸方向の傾斜角度に一致している。
即ち、第１の平面１は、パッドの主表面と平行になるよ
うに、探針６が配列されている。

【００３０】第１の平面１に続く第２の平面２は、この
第１の平面と７０°乃至８５°程度傾斜している。この
第２の平面は、第１の平面１がパッドに接触している間
はパッドに接触することがなく、オーバードライブ動作
の終了時点で、パッドの主表面と平行となって、この第
２の平面の全面がパッド表面と接続する。この第２の平
面の接触面積は、第１の平面の約３倍程度となってい
る。上記第１，第２の平面１，２は、鏡面研摩された平
面をなすことが好ましい。

【００３１】次に、この実施例のプローブカードの使用
方法を図３，４を参照して説明する。まず、第１ステッ
プでは、プローブカードの下方に半導体基板を移動さ
せ、プローブカードに固定された多数の探針の先端が対
応する半導体基板のパッド上にすべて正確に位置するよ
に設定される。

【００３２】第２ステップでは、図３に示すようにこの
半導体基板を上方に移動させ、探針６の第１の平面１を
半導体基板のパッド表面に接触させる。あらかじめ、第
１の平面１をパッド表面と平行面となるように設定して
おくことが、酸化膜を剥離させず、塑性変形させて除去
する上で、より好ましい。

【００３３】第３のステップは、さらに半導体基板を数
十μｍ程度静かに上昇させるオーバードライブ動作過程
である。この過程において、探針６先端は探針自体の弾
力に抗してパッド表面の滑動方向７に沿って自動的に滑
動する。この時の滑動距離は、第２の面のＣの寸法を越
えるものとなる。この時に、表面の酸化膜４が第１の面
１によって塑性変形して側方に押し上げられ、場合によ
って酸化膜４が剥離することがあり、いずれにしても酸
化膜４のないパッド表面が露出される。

【００３４】第１の平面１の移動距離は、第２の平面２
の面積を越える面積を確保しなければならないが、パッ
ド表面の一辺の寸法よりも小さく、さらに探針６の設定
精度も考慮して、寸法上のマージンを確保できる程度に
小さく留める必要がある。露出度の低い場合又は露出し
ない場合は、この第３ステップを複数回くり返すことが
好ましい。

【００３５】次の第４ステップでは、図４に示すように
第２の平面２が、第３ステップで形成された露出面に全
面的に接続され、電気的に測定可能状態となる。測定可
能状態とならず、尚接触不良が想定される場合には、上
記第２ステップにもどり、第３，第４ステップをくり返
すことが好ましい。

【００３６】以上の第１乃至第４ステップは、特に支障
のないかぎり連続的に行われる。ここでは、半導体基板
を上方移動させる使用例を説明したが、プローブカード
の方を下方移動させるように制御されてもよいし、双方
を移動させてもよい。

【００３７】尚、探針６の当接対象となるパッドは、ワ
イヤボンディングされ外部リードに電気的に接続される
ものに限らず、直接に外部リードに接続されるものや、
外部リードとして導出せず試験を行うためだけのパッド
等も含まれる。

【００３８】上記第３ステップで剥離した酸化膜４が発
生した可能性がある場合には、後工程で洗浄除去される
ことが好ましい。また、第１，第２の平面１，２は鏡面
平面となっているため、酸化膜４が付着し難くなってい
るが、付着の心配があれば、他のプローブカードと交換
を行うか、適宜洗浄を行って使用する。

【００３９】探針の底面の加工方法は、グラインダによ
る研摩にて形成され、最終的に鏡面研摩をして仕上げら
れる。

【００４０】また、第１，第２の平面により、機能的後
割り分担をさせているが、半導体基板等を上下動する制
御系に格別のものを必要とせず、従来の制御系でもその
まま使用できるという利点がある。

【００４１】尚、前記実施例では、探針を四角柱とした
が、この他に四角形以上の多角柱でもよく、さらには円
柱であってもよく、この場合も図１と共通の角度で第
１，第２の面が形成される。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プロー
ブカードの探針先端が被測定半導体装置のボンディング
パッドとの接触時に前記ボンディングパッドと平行にな
る第１の面とオーバードライブ終了時に前記ボンディン
グパッドと平行になる第２の面とを備えたことにより、
探針とボンディングパッドとの接触抵抗を常に０．５Ω
以下に軽減し、安定した測定系を供給して製品の歩留り
を１０％以上向上させるという効果が得られると共に、
上記各課題が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプローブカードの探針先端
を示す斜視図である。

【図２】図１の探針の全体を示す断面図である。

【図３】図１のプローブカードを用い半導体基板上のパ
ッドに探針を当接した最初の状態を示す断面図である。

【図４】図３の最初の状態から後の工程であるオーバー
ドライブ動作を終了した時点の状態を示す断面図であ
る。

【図５】従来のプローブカードの探針先端を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ 第１の平面 ２ 第２の平面 ３ 露出面 ４ ボンディングパッド表面酸化膜 ５ ボンディングパッド ６，６′，１０ 探針 ７ オーバードライブ時の滑動方向 ８ 先端 ９ 配線基板 １１ 接触部 ａ，ｂ，ｃ 寸法 θ１，θ２，θ３ 角度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上のパッドに当接させる探針
   を備えたプローブカードにおいて、前記探針先端のうち
   前記パッドとの当接面が前記探針の長軸と所定の角度を
   なす第１の平面と、前記第１の平面と所定の角度をなす
   第２の平面とを有することを特徴とするプローブカー
   ド。
2. 【請求項２】 前記探針先端の断面形状が四角形である
   請求項１記載のプローブカード。
3. 【請求項３】 探針の第１の平面によりパッド表面の酸
   化膜を除去する工程と、この工程に引き続いて前記酸化
   膜の除去された表面に第２の平面を接触させて電気的特
   性を測定する工程とを備えたことを特徴とする請求項１
   記載のプローブカードの使用方法。
4. 【請求項４】 前記酸化膜を除去する工程は、前記先端
   の第１の平面が、前記半導体基板上のパッド表面と平行
   面をなすように、前記半導体基板上のパッドと接触させ
   た後に行われる請求項３記載のプローブカードの使用方
   法。