JPH1174322A - ウエハプローバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハテスト時に低接触抵抗で良好なコンタ
クトを可能とすると共に強い接合力を有するワイヤボン
ディングを提供する。 【解決手段】 プローブ針１とパッド３間に圧力を加え
コンタクトさせた状態で、加振装置９によって縦横方向
の微幅でかつ低速の振動動作をプローブ針１及びパッド
３に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ＩＣのウ
エハテスト時に使用するウエハプローバーに関するもの
で、特に、小さなボンディングパッド（以下、単にパッ
ドと呼ぶ）にワイヤボンディングする時のプル強度の向
上を、プローバーとプローブカードの組合せで向上する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣ，ＬＳＩなどを製造する工
程の中に、ウエハ上の個々のチップが良品か不良品かを
テストするウエハテスト工程がある。このウエハテスト
工程は、通常、ウエハプローバー（ｗａｆｅｒ ｐｒｏ
ｂｅｒ）と呼ばれる装置にプローブカードを装着し、プ
ローブカードのプローブ針をウエハのチップ上の所定の
パッド（電極）にコンタクト（接触）させて行われる。
このパッドは、ウエハテスト後のワイヤボンディングの
際にも使用されることは言うまでもない。このＣａｎｔ
ｉｌｅｖｅｒ（片持ち）型プローブ針、プローブカード
において、プローブ針先がパッド表面にコンタクトする
過程について以下説明する。

【０００３】プローブ針先がパッド表面の酸化アルミを
削り取ってその下のアルミニウムと低い接触抵抗で電気
的にコンタクトし、ウエハテストをする為には、酸化ア
ルミを取り除きその下のアルミニウムに接触するよう
に、プローブ針先をある程度の力（針圧という）でパッ
ド表面に押し付け（オーバードライブと呼ぶ）、ある程
度の長さ（約４０μｍ程度）に亙ってパッド表面に溝の
形状の傷（プローブ傷痕と呼ぶ）を付ける（スクラブｓ
ｃｒｕｂと呼ぶ）必要がある。

【０００４】図５は、従来のプローブ針先が、パッドに
コンタクトする場合を説明するものであり、図５は、プ
ローブ針２１がパッド２２にコンタクトする状態を示す
もので、特に、パッド２２の表面とプローブ針２１との
角度に注目して図示している。従来では、その角度は、
約９６度（又は８４度）前後であり、プローブ針２１を
パッド２２に押し付けた場合、足に例えると踵側でなく
爪先側の方向に、パッド２２表面を滑りやすくするよう
な角度に設定されている。また、図６は、このようなプ
ローブ針２１によるプローブ傷痕２３を示す。大体の大
きさは、約１０μｍ幅×４０μｍ長×１μｍ以下の深さ
である。

【０００５】このプローブ傷痕２３のパッド２２上にお
ける大きさは、プローブ針２１の対パッド２２表面に対
する角度や、縦・横・高さの位置バラツキで異なる。特
に、角度のバラツキにもよる高さのバラツキが大きく依
存する為、プローブ針２１全数で±１５μｍ以下の範囲
に入れる基準を決めているが、手作業の調整で限界に達
している。よって、このプローブ針２１の角度・高さの
バラツキが管理値をオーバーした場合や、パッド２２が
今後小さくなった場合等に、コンタクト動作時にプロー
ブ針２１がパッド２２内に収まらず、プローブ傷痕２３
がパッド２２表面からはみ出し、ＩＣの信頼性を低下さ
せる問題を発生させる可能性が高い。即ち、従来のプロ
ーブ針２１の高さ等の調整作業は生産性を阻害してお
り、また、プローブ傷痕２３がＩＣの信頼性を損なう危
険性を常に孕んでいる。

【０００６】また、従来のパッド２２の大きさ（約８０
μｍ×８０μｍ）では、前述のプローブ傷痕２３の大き
さでも、ワイヤボンディングのプル強度に問題が無い
が、次世代の小パッドの大きさ（約６０μｍ×６０μｍ
程度と言われている）において、この従来の大きさのプ
ローブ傷痕２３では、ワイヤボンディング時の接合面積
の不足により従来のプル強度が得られず、信頼性で問題
になると考えられる。何故なら、溝形状のプローブ傷痕
部はワイヤボンディングの接合面として作用せず、接合
面の減少によってプル強度が低下する為である。従っ
て、ワイヤボンディング部門よりウエハテスト部門への
強い要望の一つとして、このウエハテスト時のパッド表
面のプローブ傷痕の極小化がある。

【０００７】図７は特開昭６２−９８６３５号公報に示
された従来の他のウエハプローバーを示す断面図であ
り、図において、このウエハプローバーはウエハ２４の
各ペレット２５について電気的特性試験による選別検査
を順次実施していくように構成されており、各ペレット
２５には集積回路（図示せず）に接続されている電極パ
ッド２６が複数、周辺部に環状に配されて形成されてい
る。

【０００８】ウエハプローバーはウエハ２４を吸着口２
７により保持するテーブル２８を備えており、テーブル
２８はウエハ２４をＸＹおよびθ方向に移動させ得るよ
うに構成されている。テーブル２８の真上にはプローブ
カード２９が測定ボード３０に着脱自在に支持されるよ
うになっており、プローブカード２９の略中央には窓孔
３１が大きく開設されている。

【０００９】プローブカード２９には窓孔３１の周辺部
にプローブ針３２が複数本、窓孔３１の中心に向かうよ
うに放射状に突設されており、プローブ針３２は途中か
ら略鉛直下向きに屈曲されているとともに、プローブカ
ード２９に略水平に固設された押さえ部材３３により上
方への逃げを押さえられている。また、プローブ針３２
はウエハプローバーのテスタ（図示せず）に電気的に接
続されている。

【００１０】前記テーブル２８には超音波発生装置等か
らなるバイブレータ３４が付設されており、バイブレー
タ３４はテーブル２８を水平方向に、電極パッド２６の
大きさよりも十分に小さい振幅（例えば、２μｍ程度）
の高周波数（例えば、６０ＫHz程度）をもって微振動さ
せるように構成されている。

【００１１】次に動作について説明する。テーブル２８
上に供給配置されたウエハ２４は吸着口２７により真空
吸着されて、固定的に保持されるとともに、テーブル２
８のＸＹおよびθ方向の移動により位置合わせされる。
続いて、テーブル２８が相対的に上昇されると、プロー
ブカード２９のプローブ針３２がウエハ２４における所
定位置のペレット２５の各電極パッド２６にそれぞれ当
接し電気的に接続する。このとき、テーブル２８がバイ
ブレータ３４により水平方向に振動されるため、後述す
るように、プローブ針３２と電極パッド２６との良好な
電気的接続状態が作り出される。

【００１２】この状態において、プローバのテスタが作
動すると、プローブカード２９、プローブ針３２および
電極パッド２６を介して、プローブ針３２が接触してい
るペレット２５とテスタとの間で交信がかわされ、電気
的特性試験が実施される。そして、不良が発見される
と、インクマーク（図示せず）の針が押し下げられてプ
ローブカード２９の窓孔３１に挿通され、インクが当該
ペレット２５上に付着される。以後、テーブル２８がＸ
Ｙ方向にピッチ送りされ各ペレット２５について順次特
性試験および不良マークの付着が実施されていく。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のウエハプローバ
ーは以上のように構成されているので、高密度化するＩ
Ｃのパッドの極小化に伴い、プローブカードのプローブ
針の調整作業が益々困難になると共に、パッド全体に占
めるプローブ傷痕の割合が大きくなり、ワイヤボンディ
ングのプル強度が低下することが明らかになってきたと
いう問題点があった。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、小パッド化の動向に呼応して、
ウエハテスト時に、低接触抵抗で良好なコンタクトを可
能とし、かつ、コンタクト時のパッド表面のプローブ傷
痕を極小化し、そして、強い接合力を有するワイヤボン
ディングを施すことを可能とするウエハプローバーを提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るウエハプローバーは、プローブ針をウエハ上のパッド
表面に押し付けウエハテストを行なうものであって、プ
ローブ針とパッド間に圧力を加えコンタクトした状態
で、プローブ針及びパッドのいずれかに縦横方向の約１
０μｍの微幅でかつ１〜２秒間に１〜２往復という低速
の振動動作を与える加振装置を設けたものである。

【００１６】この発明の請求項２に係るウエハプローバ
ーは、加振装置及び微小位置決め機構として圧電アクチ
ュエータを使用したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本発明は、良好なウエハテストと、ワイ
ヤボンディングを可能とする為に、新たなプローバー
と、新たなプローブ針との組合せで、特に、小パッド用
に適したウエハプローバーを提供するものである。以
下、この発明の一実施形態を図について説明する。図１
はこの発明の一実施形態によるウエハプローバーにおけ
るプローブ針を示す側面図であり、対パッド表面角度を
ほぼ９０度にしたＣａｎｔｉｌｅｖｅｒ型プローブ針と
して形成されており、図において、プローブ針１の根元
は直径約２００μｍに形成され、更にプローブ針１の先
端部２は直径約３０μｍに形成されてある。図２(ａ)は
プローブ針１を押し付けた場合に付くプローブ傷痕を示
す平面図であり、図において、プローブ針１の先端部２
がパッド３にほとんど垂直に押し付けられた時に、約５
μｍφ×約１μｍ以下の深さのプローブ傷痕４が形成さ
れる。そして、図２(ｂ)は、後述の図３に示される加振
装置の動作により、図２(ａ)に示されたプローブ傷痕４
が更に広がった状態を示す平面図である。

【００１８】ある針圧を持つプローブ針１の先端部２の
縦・横方向の振動作用で、パッド３表面の酸化アルミを
除去し、その下のアルミニウムと電気的に低い接触抵抗
でコンタクトし、図２(ａ)の状態から図２(ｂ)の状態へ
進む。ここでＣａｎｔｉｌｅｖｅｒ型プローブ針先端部
２の対パッド表面角度をほぼ垂直の９０度にしなけれ
ば、プローブ針１をパッド３表面に押し付けた状態で、
前後左右に振動させた場合、特に、鋭角の針先が更に前
に進む動作の時、パッドに掘った溝状のプローブ傷痕の
土手に引っ掛かり不具合が生じるリスクが高い為、この
発明では、ほぼ９０度に立ててその問題を解決すること
としている。

【００１９】図３は本発明によるウエハプローバー５全
体を示す側面図であり、図において、プローブカード固
定部６にプローブカード７を装着し、プローブカード７
のプローブ針１がウエハ８のチップ上の所定のパッド３
にコンタクトされる。そして加振装置９をウエハプロー
バー５のステージ１０部分に取り付け、ウエハプローバ
ーの位置決め（アライメントと呼ぶ）動作の終了後、プ
ローブ針１とパッド３間にある力を加えコンタクトした
状態で、ウエハ８、即ち、パッド３側を振動させるもの
である。取り付ける加振装置９の例としては、ポケベル
や、携帯電話で使用されているバイブレータ、バネと磁
石の組合せによるバイブレータ、そして圧電アクチュエ
ータを挙げることが出来る。

【００２０】ここで、より簡単に構成するためには前記
の加振装置９を使用せず、ウエハ８をチャックしている
ステージ１０部分の横・縦方向の振動を、ウエハプロー
バー５のプログラムによるＸ，Ｙテーブルの位置決め動
作で実現することも考えられる。しかし、ウエハ一枚に
対して一回のプローバーの位置決めを行ない、プローブ
針１の縦・横方向の動作を行なう場合、ウエハ一枚で約
十数回のインデックス毎に縦・横方向の動作が必要にな
り、そのたび毎にモータ、ベアリング等を動かさなけれ
ばならず、機械的な動作が数十倍となってしまうため、
ウエハプローバー５本体の動作時間が増大してしまい、
機械的な寿命が低下すると共に、キャリブレーション精
度管理にも注意が必要となってしまうという問題点が発
生する。そこで、加振装置９として圧電アクチュエータ
を採用すると共に、プローブ針１とパッド３の位置決め
のアライメント機構の一部として、即ち、微小位置決め
機構として圧電アクチュエータを使用すれば、主として
機械的摩耗による寿命の低下を防ぐことができることと
なる。

【００２１】又一般に、パッド３の表面は、かなり平滑
に仕上げたつもりでも、ミクロに観察すれば完全な平面
でなく、突起が存在している。かつ、見かけは広い面積
で接触しているように見えるけれども、実際はいくつか
の孤立した突起のみで接触していることになる。このよ
うな接触界面に摩擦力が加わると、力はその突起部に集
中的に加わり、突起部の変形ははじめ弾性的であるが、
更に力が加わると塑性変形を起こし、ついには破壊が起
こるようになる。その瞬間には、その部分の温度は急激
に上昇するので、境界面では熔着あるいは酸化が起こっ
てくる。このようにして一次的な摩耗が引き起こされる
と、次々と複雑な現象が誘発されるようになって、摩耗
が急激に進行していく。

【００２２】結果として、プローブ針の摩耗を誘発し、
更にアルミニウムのパッド３表面の酸化アルミ、純アル
ミニウムの酸化物等が、プローブ針１とパッド３との間
に介在することにより、接触抵抗の増大あるいはコンタ
クト不良が発生することになる。即ち、圧力（ここでは
針圧）速度（ここでは振動速度）が大きく関係すること
となる。従って、本発明では、前述の特開昭６２−９８
６３５号公報に示された超音波発生装置等からなるバイ
ブレータ及び６０ＫHzの高周波で微振動によるプローブ
針とパッド表面の不具合点、即ち、研磨以上の熔着、及
び酸化が生じることを回避するため、振動を低速で行な
い、熔着、及び酸化させることなく研磨のみを行なうよ
うにしたものである。即ち加振装置の振動は、縦・横方
向とも約１０μｍの微幅で、かつ数秒間（１〜２秒）で
１，２往復という低速によって行なうものである。

【００２３】この発明による図２(ｂ)で示されたプロー
ブ傷痕４の大きさは、従来の溝形状の約１０μｍ幅×４
０μｍ長×１μｍ以下の深さの大きさに比べると小さ
く、約１０μｍφ×１μｍ以下の深さ程度の穴形状のも
ので、その形成、形状、及び大きさは容易に推測出来る
ものである。即ち、このプローブ傷痕は小さいものであ
り、細長でなく円形であるため、小パッドでもプローブ
針先がパッド３から外れる可能性が少なく、そして、ワ
イヤボンディング時のプル強度が強いという長所を有し
ている。

【００２４】結果として、ウエハテスト時には、プロー
ブ針１が、アルミニウムとコンタクトし、正しいテスト
判定が出来、ワイヤボンディング時には、パッド３との
間で強い接合が可能となり、結局パッド３の極小化が可
能となり、ＩＣの高集積化の対応に応えられるウエハプ
ローバー並びにプローブカードを提供することが可能と
なる。

【００２５】このように、プローブ針の横長方向の削り
動作による酸化アルミの除去後のアルミニウムとの電気
的コンタクト方法により発生する溝構造のプローブ傷痕
を、プローブ針は基本的には押し付けるだけでパッド３
を縦・横方向に振動させて、酸化アルミの除去後のアル
ミニウムとの電気的コンタクト方法により発生するより
小さい穴構造のプローブ傷痕に変更することにより、ウ
エハテストでは、パッド３上のプローブ痕をより小さく
出来、ワイヤボンディングでは、小パッドでもより強い
ワイヤボンディング力が期待できる。

【００２６】その結果、小パッドの高集積ＩＣを信頼性
高く生産でき、また、対パッド表面角度を９０度にした
本発明のプローブ針１の全ピンの高さ方向のパラツキ
は、従来の角度を持ったプローブ針のそれに比べてプロ
ーブ傷痕が小さい為、同じ大きさのパッドでは、その管
理値が大きくて済み、調整作業がし易く、生産性が高い
と言える。

【００２７】以上の説明においては、振動をパッド３側
で行なったが、プローブカード固定部６側で行なっても
良いことは言うまでもない。また、以上の説明において
はＣａｎｔｉｌｅｖｅｒ型プローブ針について説明した
が、図４(ａ)，(ｂ)に示すいわゆる垂直型プローブ針を
持つプローブカード（日経マイクロデバイス誌1996/9
P.106）を装着するウエハプローバーを用いても同等の
効果がある。図４(ａ)はコブラ型、図４(ｂ)はＬ型と呼
ばれているものであり、このような垂直型は、一般的に
パッド表面の酸化アルミを削る動作と作用が少ないと言
われており、本発明のウエハプローバーに採用すれば、
削る動作と作用が少ないプローブ針を用いなくても、ウ
エハプローバー側でその機能を果たすので、よりそのプ
ローブカードに都合の良いウエハプローバーを提供する
ことができる。

【００２８】更に、プローブ針の先端の形状として、一
つの尖りを持つ物より、剣山状で多数の尖りを持つこと
により、同時に多くがコンタクトする多点接触型のプロ
ーブ針がコンタクトの信頼性や低い接触抵抗を有する点
で適していることは言うまでもないが、プローブ針の対
パッド表面角度を９０度にする本発明を採用することに
より、その剣山状の形状の特長がより生かされることと
なる。

【００２９】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るウエハプロー
バーによれば、プローブ針をウエハ上のパッド表面に押
し付けウエハテストを行なうものであって、プローブ針
とパッド間に圧力を加えコンタクトした状態で、プロー
ブ針及びパッドのいずれかに縦横方向の約１０μｍの微
幅でかつ１〜２秒間に１〜２往復という低速の振動動作
を与える加振装置を設けたので、ウエハテスト時に低接
触抵抗で良好なコンタクトを可能とすると共に、コンタ
クト時のパッド表面のプローブ傷痕を極小化でき、更に
強い接合力を有するワイヤボンディングを提供すること
ができる。

【００３０】この発明の請求項２に係るウエハプローバ
ーによれば、加振装置及び微小位置決め機構として圧電
アクチュエータを使用したので、機械的摩耗による寿命
の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態によるプローブ針を示
す側面図である。

【図２】 この発明の一実施形態によるプローブ傷痕を
示す平面図(ａ)，(ｂ)である。

【図３】 この発明の一実施形態によるウエハプローバ
ーを示す側面図である。

【図４】 垂直型プローブ針を持つプローブカードを示
す側面図(ａ)，(ｂ)である。

【図５】 従来のプローブ針を示す側面図である。

【図６】 従来のプローブ傷痕を示す平面図である。

【図７】 従来のウエハプローバーを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ プローブ針、３ パッド、５ ウエハプローバー、
８ ウエハ、９ 加振装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ針をウエハ上のパッド表面に押
   し付けウエハテストを行なうウエハプローバーにおい
   て、上記プローブ針と上記パッド間に圧力を加えコンタ
   クトした状態で、上記プローブ針及び上記パッドのいず
   れかに縦横方向の約１０μｍの微幅でかつ１〜２秒間に
   １〜２往復という低速の振動動作を与える加振装置を設
   けたことを特徴とするウエハプローバー。
2. 【請求項２】 加振装置及び微小位置決め機構として圧
   電アクチュエータを使用したことを特徴とする請求項１
   記載のウエハプローバー。