JPH10160757A - プローブピンおよびそれを用いたプロービング方法 - Google Patents

プローブピンおよびそれを用いたプロービング方法

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JPH10160757A
JPH10160757A JP31613796A JP31613796A JPH10160757A JP H10160757 A JPH10160757 A JP H10160757A JP 31613796 A JP31613796 A JP 31613796A JP 31613796 A JP31613796 A JP 31613796A JP H10160757 A JPH10160757 A JP H10160757A
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JP
Japan
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probe pin
single crystal
conductive film
probe
needle
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JP31613796A
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English (en)
Inventor
Minoru Takano
実 高野
Noriaki Nakasaki
範昭 中崎
Kazuo Kato
和男 加藤
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】プローブピンの先端の位置精度が数十万回〜数
百万回にも及ぶプローピングを受けても、プローピング
前の位置精度を維持し、その結果導通不良が生じ難く長
寿命のプローブカードを提供する。 【解決手段】針状単結晶3の表面に導電膜5を設けてな
るプローブピンであって、前記針状単結晶3の長さL
(μm)と直径D(μm)並びに該針状単結晶表面に設
けられた導電膜5の厚さt(μm)が、t・L3/D4
5.3×104の関係を満たすプローブピン、好ましく
は、針状単結晶がSiであり、更に好ましくは導電膜5
がAuであるプローブピンである。加えて、前記プロー
ブピンを用いてオーバードライブ量を50μm以下で被
検査体に接触させるプロービング方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路を
検査するプローブカード等に用いられるプローブピンと
それを用いたプロービング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体の微細化、高集積化はめざ
ましく、これに伴い半導体素子や半導体集積回路の電気
的諸特性を検査するためのプローブカードにも、狭ピッ
チ化が要求されている。プローブカードの狭ピッチ化を
少しでも有利に達成するために、より小さな直径を有す
るプローブピンを用いことが検討されている。
【0003】例えば、VLS成長で得た針状単結晶をプ
ローブピンに用いたプローブカード(特開平5−198
636号公報、特開平5−215774公報、特開平5
−218156参照)が提案されている。前記プローブ
カードは、基板に概ね垂直方向に成長した直径数十μm
の針状単結晶の表面を金属等の導電性物質で覆ったプロ
ーブピンが多数設けられていて、実使用においては前記
プローブピンが半導体ウエハ上にある評価用パッドに押
圧接触して用いられる。このとき、接触を確実にするこ
となどの目的で、プローブピンは前記パッドに接触した
位置よりも過剰に変位され押しつけられる。この過剰に
変位することをオーバードライブ(O/Dと略す)と呼
び、前記過剰の変位量を、オーバードライブ量(O/D
量と略す)と称す。
【0004】表面に導電性膜を設けた針状単結晶からな
るプローブピンは、オーバードライブにおいて座屈変形
を受け金属等の導電性被膜が塑性変形を生じ、オーバー
ドライブ後にその先端の位置をズラすことがあるが、特
に数十万回以上もプロービングを繰り返し受ける実用条
件下では前記プローブピンの先端位置ズレは避け難く、
実用上の大きな問題となっている。即ち、プローブカー
ド中に多数設けられているプローブピンのうち若干数で
あっても、プローブピン先端の位置ズレが生じると、評
価パッドにプローブピンが接触せずに導通不良が発生し
て、正確に検査を行なうことが困難になるほか、異物を
介して隣接するピンとブリッジすることもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の問題点に鑑みてなされたものであって、プロー
ブピンの先端の位置精度が数十万回〜数百万回にも及ぶ
プロービングを受けても、プロービング前の位置精度を
維持し、その結果導通不良が生じ難く長寿命のプローブ
カードを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、針状単結晶の
表面に導電膜を設けてなるプローブピンであって、前記
針状単結晶の長さL(μm)と直径D(μm)並びに該
針状単結晶表面に設けられた導電膜の厚さt(μm)
が、t・L3/D4≦5.3×104の関係を満たすこと
を特徴とするプローブピンであり、好ましくは、前記針
状単結晶がSiであり、更に好ましくは、前記導電膜が
Auであることを特徴とする前記プローブピンである。
【0007】更に、本発明は、前記プローブピンを用い
オーバードライブ量を50μm以下で被検査体に接触さ
せるプロービング方法である。
【0008】
【発明の実施形態】本発明者らは、上述のプローブピン
の先端位置精度が悪くなる原因とその改善方法について
検討し、プローブピンの位置精度の悪化はオーバードラ
イブを付加したときに発生する被覆導電膜(金属)の塑
性変形が根本的な原因であるが、一方でプローブピンの
基材となる針状単結晶の弾性変形に基づく反発力がピン
を本来の位置へ戻す方向へはたらくので、最終的には双
方の力がつりあった位置にプローブピンがとどまり、実
質的な位置ずれを示しているという知見を得て、本発明
に至ったものである。
【0009】プローブピン先端の位置ずれ量を決定する
2次的な因子として、オーバードライブ回数及び付加時
間、オーバードライブ量等がある。しかしながら、前二
者はプローブカードの寿命そのものであり、可能なかぎ
り長いことが好ましい。また後者もプローブカードの使
用においてはプローブピンの全てが被検査体に接触する
ことが前提となることから、プローブピン先端のプラナ
リティに基づいて決定される量である。従って、これら
の要因を位置ずれ量を制御するためのパラメータとして
取り上げることは得策でない。
【0010】プローブピン先端の位置ずれ量を制御する
ためには、上述のとおり、金属膜の塑性変形の大きさを
決定する金属の種類及び膜厚、またプローブピンの反発
力を決定する単結晶素材及びプローブピン形状のプロー
ブピン先端の位置ずれへの影響を調べ、更に前記の要因
を制御してプローブピン先端の位置ずれ量が実使用上の
許容限度内になるようにすることが重要である。
【0011】まず、プローブピンの反発力Pはプローブ
ピンを片支持ばりとして、公知の次式で計算することが
できる。 P=3EIδ/L3 (1) なお、ここで、断面2次モーメントは I=πD4/6
4 であり、 E:ヤング率、δ:たわみ量、D:ピン径、L:ピン長
である。
【0012】一方、導電膜の塑性変形に必要な応力と導
電膜厚さに関してはいかなる関係も知られていないが、
本発明者らは、導電膜の塑性変形に必要な応力は導電膜
厚tに依存するという事実から、プローブピン先端の位
置ずれ量Xは導電膜厚t及びプローブピンの反発力Pに
より決定される量であり、Xと(t/P)には相関があ
り、その関係を X=a(t/P)b (2) に整理することができものと推察した。ここで、a,b
は金属及び単結晶素材の種類により決定される任意の定
数である。
【0013】前記(1)式及び(2)式から、 X=c(t・L3/D4b (3) (ここで、c=a(64/3πEδ)b)となり、位置
ずれ量Xは、t・L3/D4の関数として表すことができ
る。
【0014】従って、針状単結晶と導電膜の材質が定ま
れば、いくつかのプローブピンについてt・L3/D4
を調べることにより定数a及びb(或いはb及びc)を
求めることができ、一旦(3)式を確定できれば、この
式に基づいてプローブピン先端の位置ずれ量Xを予測す
ることができ、位置ずれ量Xが目標値以下となるように
金属膜厚及びプローブピン形状(直径、長さ)を設計す
ることができる。
【0015】例えば、針状単結晶をSi、該針状単結晶
表面に設ける導電膜をAuとする場合には、オーバード
ライブ量が40μmのときb=1.23、c=1.48
×10-5を得る。この場合、(3)式に基づきt・L3
/D4値が5.3×104以下であれば、プローブピン先
端の位置ずれ量は10μm以下となり、実用上許容され
る程度とすることができる。尚、前記定数b及びcは、
針状単結晶体やその表面に設ける導電膜の材質、オーバ
ードライブ量により若干の変動を受けるが、本発明者ら
の検討によれば、後述する材質の相違はほとんど影響せ
ず、オーバードライブ量についても50μm程度以下の
場合にもほとんど影響しない。
【0016】本発明において、針状単結晶の材質として
は、具体的には、Si、LaB6、Ge、α-Al23
GaAs、GaP、MgO、NiO、SiC、InGa
等があげられ、これらのうち、半導体と同じ材質のSi
が熱膨張係数等の点から、プローブピンの位置精度を維
持するために好ましい。また、一般的に針状単結晶の寸
法は、径が数μm〜100μmであり、長さが数百μm
〜数mmである。
【0017】前記針状単結晶の製造方法に関しては、例
えば、R.S.Wagner and W.C.Ell
is:Appl.Phys Letter,4(196
4)89に説明されているVLS(Vapor−Liq
uid−Solid)法等が用いられる。表面に(11
1)面をもつSi単結晶基板の所定の位置にAuバンプ
を配置し、これをSiCl4、H2等のガス雰囲気中でA
u−Si共晶点以上に加熱すると、Au−Si合金中に
Siがとりこまれて基板と垂直方向にエピタキシャル成
長し、<111>軸方向に針状単結晶体が形成される。
【0018】前記針状単結晶表面に導電化する目的で表
面に金属膜等の導電膜を設けるが、この導電膜はAu、
Cu等の低電気抵抗の金属を、例えばめっき法、蒸着
法、スパッタ法等を用いて形成可能である。この場合、
オーバードライブ負荷による導電膜の塑性変形を抑える
目的で、延性材料であるAuを電解めっき法で形成する
ことが好ましく、また均一な導電膜を得るためのめっき
厚みは1.0〜3.0μmが好ましい。
【0019】また、プローブピンを被検査体に接触させ
る時のオーバードライブ量は50μm以下であることが
望ましい。何故ならば、一つには針状単結晶の変形には
強度的な限界があって50μm以上ではピンが欠損する
恐れがあるからであり、また位置ズレ量も増加し、前記
(3)式が成立しにくくなるからである。
【0020】
【実施例】以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を
更に詳細に説明する。 〔実施例1〜4、比較例1〜4〕SOI(Silico
n on Insulator)ウエハー上に電極ライ
ンをエッチング法で作成した後、前記電極ライン上の所
定の位置にAuバンプを作成した。AuバンプにSiの
針状単結晶をVLS成長法にて形成させた後、前記針状
単結晶体の先端部を研磨し、所定の長さに揃えた。次に
前記針状単結晶体及び電極ラインの表面に無電解めっき
でNiメッキを下地膜として0.1μmの厚さで形成し
てから、導電膜のAu膜を電気めっき法で成膜した。上
記操作において、Auバンプ径、研磨時の寸法、Au膜
厚を調整することで、針状単結晶体の直径が15〜18
μm、長さが1000〜2000μm、Au膜厚が1.
0〜3.0μmのいろいろなプローブピンを作成した。
【0021】上記のいろいろなプローブピンから、t・
3/D4≦5.3×104となるt、L、Dの組み合わ
せしたものを選択し実施例1〜4とした。また、前記組
み合わせ以外のものを選択し比較例1〜4とした。前記
実施例1〜4並びに比較例1〜4として選択したプロー
ブピンについて、以下のプロービング耐久性試験を行
い、その前後のプローブピン先端の位置ずれ量を測定し
た。この結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】<プロービング耐久性試験>全面にAuめ
っきしたSiウエハー上にプローブピンをオーバードラ
イブ40μmで負荷し、サイクルタイム175mse
c、コンタクト時間125msecの条件で100万回
行なった。
【0024】<プローブピン先端の位置ずれ測定方法>
プロービング耐久性試験前後のローブピン先端の位置座
標を、XYステージ付きの工場顕微鏡を使用して200
倍の倍率で測定することで求めた。
【0025】
【発明の効果】本発明のプローブピン並びに本発明の方
法を用いれば、100万回のオーバードライブ負荷にお
いてもプローブピン先端の位置ずれを生じることなく初
期の精度を維持することができるので、これを用いた半
導体検査用プローブカードは長寿命で、しかも、近年の
半導体の微細化、高集積化にも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係るプローブピンの正面断
面図。
【図2】 プロービング耐久性試験を示す説明図。
【符号の説明】
1; SOIウエハー 2; 電極ライン 3; 針状単結晶体 4; 下地メッキ(Ni) 5; 導電膜(Au) 6; プローブピン 7; 全面AuめっきSiウエハー 8; チャックテーブル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】針状単結晶の表面に導電膜を設けてなるプ
    ローブピンであって、前記針状単結晶の長さL(μm)
    と直径D(μm)並びに該針状単結晶表面に設けられた
    導電膜の厚さt(μm)が、t・L3/D4≦5.3×1
    4の関係を満たすことを特徴とするプローブピン。
  2. 【請求項2】前記針状単結晶がSiであることを特徴と
    する請求項1記載のプローブピン。
  3. 【請求項3】前記導電膜がAuであることを特徴とする
    請求項1又は請求項2記載のプローブピン。
  4. 【請求項4】請求項1、請求項2又は請求項3記載のプ
    ローブピンを用いオーバードライブ量を50μm以下で
    被検査体に接触させるプロービング方法。
JP31613796A 1996-11-27 1996-11-27 プローブピンおよびそれを用いたプロービング方法 Pending JPH10160757A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169772A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Hioki Ee Corp プローブユニットおよび回路基板検査装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169772A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Hioki Ee Corp プローブユニットおよび回路基板検査装置

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