WO2005085877A1 - プローブ及びプローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

高速化に伴って配線構造の微細化、薄膜化が急激に進み、配線層が極めて薄くなってきているため、従来のようにプローブに接触荷重を掛けて検査を行うとプローブが酸化膜のみならず配線層をも貫通し、また、プローブからの集中応力によって配線層や絶縁層を損傷する。逆に接触荷重を低くするとプローブと電極パッドとの導通が不安定になる。 　本発明は，低針圧で酸化膜を突き破って被検査体を確実且つ安定的に検査することを目的とする。 　本発明は，被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記被検査体と電気的に接触するプローブであって、上記被検査体との接触部が形成されたプローブ本体と、このプローブ本体の接触部から突出する先端部を有する複数の導電性材料と，を備える。

Description

明 細 書

プローブ及びプローブの製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、ウェハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプローブに 関し、更に詳しくは、検査時の針圧を低減することができるプローブに関するものであ る。

背景技術

[0002] ウェハ等の被検査体の電気的特性検査を行う場合に、例えばプローブ装置等の検 查装置が用いられる。検査装置は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを 備え、プローブカードに取り付けられた複数のプローブを被検査体に形成された IC チップの電極パッドに電気的に接触させて ICチップの電気的特性検査を行うようにし てある。

[0003] しかしながら、電極パッドは、例えばアルミニウム等の導電性金属によって形成されて Vヽるため、プローブを電極パッドに接触させただけでは電極パッドの表面に形成され た酸ィ匕膜が絶縁体となって電気的導通を取ることができない。そこで、プローブに所 定の接触荷重 (針圧)を掛けて、電極パッド上でプローブをスクライビングさせて酸ィ匕 膜を削り取ったり、プローブ先端で酸ィ匕膜を突き破ったりして、プローブと電極パッド との間の電気的導通を取っている。

[0004] 例えば特許文献 1には電極パッドの酸ィ匕膜を突き破るプローブにつ 、て提案されて いる。このプローブはプローブの先端部が複数の突部で形成され、これらの突部で 電極パッドとの接触面積を増大し、更には突部で酸ィ匕膜を突き破り、プローブと電極 ノ^ドとの電気的接触を取っている。突部としては、先端が鋭角な三角状の断面形状 をした格子状の突部や、先端が鋭角な三角状の断面形状をした錘状の突部等が提 案されている。

[0005] また、特許文献 2には半導体チップの検査用電極として接続されるバンプの先端面 に凹凸を形成するプローブカードの製造方法が提案されている。更に、特許文献 3 にも特許文献 2と同種のコンタクタ及びコンタクタの形成方法が提案されて 、る。これ らの特許文献において提案されたバンプも特許文献 1の場合と同様にバンプ先端面 の凹凸によって電極パッドの酸ィ匕膜を突き破るようにした技術である。

特許文献 1 :日本国特開平 11 051970号公報

特許文献 2 :日本国特開平 08—306749号公報

特許文献 3 :日本国特開平 10— 132854号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、近年、集積回路の高機能化及び高速ィヒに伴って配線構造の微細化、 薄膜ィ匕が急激に進み、配線層が極めて薄くなつてきているため、従来の特許文献 1 に記載のプローブに針圧を掛けて検査を行うとプローブが酸ィ匕膜のみならず配線層 をも貫通し、また、プローブ力 の集中応力によって配線層や絶縁層を損傷する虞が ある。逆に針圧を低くするとプローブと電極パッドとの導通が不安定になる虞がある。 また、特許文献 2、 3に記載のバンプは、凹凸によって電極パッドの酸ィ匕膜を確実に 破ることができるものの、特許文献 1の場合と同様に針圧によっては配線層や絶縁層 を損傷する虞がある。

[0007] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低針圧で酸化膜を突き破つ て被検査体を確実且つ安定的に検査することができるプローブ及びその製造方法を 提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記被検査体と電気的に接触 するプローブであって、上記被検査体との接触部が形成されたプローブ本体と、この プローブ本体の接触部から突出する先端部を有する複数の導電性材料とを備えたこ とを特徴とする。

[0009] また、上記接触部は、上記被検査体との接触面を有するものであってもよい。

[0010] 上記導電性材料は、上記接触部に埋設され且つ上記接触部より硬い材料からなるも のであってもよい。

[0011] また、上記導電性材料は、導電性ダイヤモンドまたはナノスケール金属カゝらなるもの であってもよい。 [0012] 別の観点による本発明は，被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記被検査体と 電気的に接触するプローブを製造する方法であって、基板に上記被検査体との接触 部の型を形成する工程と、上記型内に先端部を有する複数の導電性材料を投入す る工程と、上記型内に導電性金属を充填して上記接触部を形成する工程と、上記接 触部を含むプローブ本体を形成する工程と、上記型から離型した上記接触部から上 記導電性材料の先端部を突出させる工程とを備えたことを特徴とする。

発明の効果

[0013] 本発明によれば，低針圧で酸ィ匕膜を突き破って被検査体を確実且つ安定的に検査 することができるプローブ及びその製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 l] (a)、（b)は本発明のプローブの一実施形態を示す図で、（a)はプローブを適 用したプローブカードを示す断面図、（b)はプローブの要部を示す断面図である。

[図 2]図 1に示すプローブと電極パッドとが電気的に接触した状態を示す断面図であ る。

[図 3] (a)一 (e)は図 1に示すプローブの製造工程の要部を示す断面図である。

符号の説明

[0015] 10 プローブ

11 プローブ本体

11A 接触部

11B 接触面

12 導電性粒子

12A 尖端部

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、図 1一図 3に示す各実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図 1の（a)、 ( b)は本発明のプローブの一実施形態を示す図で、 (a)はプローブを適用したプロ一 ブカードを示す断面図、（b)はプローブの要部を示す断面図、図 2は図 1に示すプロ ーブと電極パッドとが電気的に接触した状態を示す断面図、図 3の (a)— (e)は図 1 に示すプローブの製造工程の要部を示す断面図である。

[0017] 本実施形態のプローブ 10は例えば図 1の（a)に示すようにプローブカード 20に取り 付けて用いられる。プローブカード 20は、同図に示すように、例えばセラミック基板に よって形成されたコンタクタ 21と、コンタクタ 21に電気的に接続されたプリント配線基 板 22とを備え、例えばプローブ装置本体内に配置された載置台 30上の被検査体（ ウェハ）と対向し、載置台 20の水平方向及び上下方向の移動によりプローブカード 2 0のプローブ 10がウェハ Wに形成された複数の ICチップ（図示せず）の一部と接触し 、あるいは全ての ICチップと一括して接触し、各 ICチップの電気的特性検査を行うよ うに構成されている。

[0018] コンタクタ 21の下面には図 1の（a)に示すように集積回路の電極パッド Pに対応する 複数の凹部 21Aが所定のパターンで形成され、これらの凹部 21Aに対応させて本実 施形態のプローブ 10がコンタクタ 11の下面に取り付けられている。コンタクタ 21内に は配線層が複数層に渡って形成され、これらの配線層を介してプローブ 10とプリント 配線基板 22とが電気的に接続されている。

[0019] プローブ 10は、例えば図 1の（a)、 (b)に示すように、細長形状に形成されたプロ一 ブ本体 11と、このプローブ本体 11の先端部に形成された上記被検査体との接触部 11Aと、この接触部 11Aから突出する先端部 12Aを有する複数の導電性材料 (導電 性粒子） 12とを備え、接触部 11Aがプローブ本体 11を介してコンタクタ 21の凹部 21 Aにお ヽて弹力的に出入りするようになって!/、る。導電性粒子の 12の先端部 12Aは 、同図の (b)に示すように先端が尖った尖端部として形成されている。そこで、以下で は先端部 12Aを尖端部 12Aとして説明する。

[0020] プローブ本体 11は、靭性及び弾力性を有するニッケル等の導電性金属によって形 成されている。また、接触部 11Aは、本実施形態ではプローブ本体 11と同一の導電 性金属によって形成されている力 別の導電性金属によって形成されたものであって も良い。導電性粒子 12は、接触部 11Aよりも硬い材料または耐薬品性に優れた材 料、例えば導電性ダイヤモンド、カーボンナノチューブまたはナノスケール金属によ つて形成され、接触部 11 A内に埋設されている。また、ウェハ Wの ICチップの電極パ ッド Pは、例えばアルミニウムや銅等の導電性金属によって形成されている。尚、図 1 の (b)において、 Iは保護膜である。

[0021] 図 1の（b)に示すように接触部 11 Aには後述するように電極パッド Pと接触する接触 面 11Bが電極パッド Pの上面とほぼ平行になるように形成されている。複数の導電性 粒子 12の尖端部 12Aは、接触部 11Aの接触面 11B力 所定寸法だけ突出し、検査 時に電極パッド Pの酸ィ匕膜 Oを突き破って電極パッド Pと電気的に接触し、延いては プローブ 10と ICチップ間の電気的導通を取るように形成されている。また、プローブ 10の導電性粒子 12の尖端部 12Aが電極パッド Pに突き刺さると接触面 11Bが電極 ノ^ド Pと接触してストッパーとして機能し、尖端部 12Aが所定の深さを超えて突き刺 さらないようにしてある。

[0022] 本実施形態では、例えばプローブ本体 11の接触面 11Bが略円形に形成され、その 直径が約 30 の大きさに形成され、導電性粒子 12の尖端部 12Aが接触面 11Bから 約 0. 3 突出している。一方、電極パッド Pは例えばアルミニウム金属層が 1 程度 の厚さに形成され、その表面に 0. 1 程度の酸化膜 Oが形成されている。

[0023] 本実施形態のプローブ 10を用いてウェハ Wの電気的特性検査を行う場合には、図 1 の（a)に示すように載置台 30上にウェハ Wを載置し、載置台 30が水平方向に移動し て同図の（b)に示すようにウェハ Wの検査位置の真下に達する。次いで、載置台 30 が上昇するとプローブ 10の導電性粒子 12の尖端部 12Aとウェハ W内の電極パッド Pとが接触した後、載置台 30がオーバードライブして、プローブ 10と電極パッド Pとの 間に例えば lgfZ本の針圧を付与する。

[0024] 載置台 30のオーバードライブにより、図 2に示すようにプローブ 10は接触部 11Aから 突出した導電性粒子 12の尖端部 12Aが電極パッド Pの酸ィ匕膜 Oを突き破り、電極パ ッド P内に食い込みプローブ 10と電極パッド Pを電気的に接続する。導電性粒子 12 の尖端部 12Aが電極パッド P内の所定の深さに達すると、接触部 11 Aが接触面 11B で電極パッド Pと面接触し、それ以上接触部 11Aが電極パッド P内に食い込むことが ない。従って、電極パッド Pが薄膜ィ匕して接触部 11Aの接触面 11Bがストッパーとし て機能するため、プローブ 10で電極パッド Pを傷つけることなぐ ICチップの電気的 特性検査を確実且つ安定的に行うことができる。

[0025] また、本実施形態のプローブ 10は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いたマイクロ 電子機械システム (icroelectronicechanicalsyste： ES)プロセス等の微細加工技術によ つて形成することができる。そこで、図 3の（a)—（e)を参照しながら本発明のプローブ の製造方法について概説する。本発明の製造方法では、プローブ 10の接触部 11A 内に導電性粒子 12を埋設する以外は従来公知の微細加工技術を用いることができ る。

[0026] プローブを製造する場合にはまず、シリコン基板の表面にレジストを塗布してレジスト 膜を形成し、フォトマスクを介してレジスト膜を露光した後、現像してレジスト膜にプロ ーブ本体 11の接触部 11Aの型を作る部位に開口部を形成する。その後、図 3の（a) に示すようにレジスト膜をマスクとしてシリコン基板 100にエッチングを施して接触部 1 1Aを形成するための型 101を形成した後、レジスト膜を除去する。この際、型 101は コンタクタ 21のプローブ 10の配列パターンに合わせてシリコン基板 100の複数箇所 に形成する。

[0027] 次いで、シリコン基板の表面にスパッタリング処理を施して金属薄膜を形成した後、 図 3の（b)に示すようにシリコン基板 100の型 101内に複数の導電性粒子 12を投入 する。この状態で同図に (c)に示すようにシリコン基板 100にメツキ処理を施して型 10 1内にニッケル等の金属を充填してプローブ本体 11の接触部 11 Aを形成する。この 際、同図に示すようにプローブ本体 11を接触部 11Aと一緒に形成することができる。 また、必要に応じて接触部 11 Aを形成した後、接触部 11 Aと同一材料または異なる 材料でプローブ本体 11を形成しても良!、。

[0028] 然る後、図 3の（d)に示すようにプローブ本体 11及び接触部 11Aをシリコン基板 100 力もプローブとして剥離する。この状態では導電性粒子 12は接触部 11 A内に埋没し たままであるため、同図に（e)に示すように接触部 11 Aをエッチング液に浸漬して接 触部 11Aの下端部を除去して導電性粒子 12の尖端部 12Aを突出させると共に接触 面を形成する。尖端部 12Aの突出寸法は電極パッドの酸ィ匕膜を破る深さ（例えば、 O. 3 μ )に設定する。接触部 11Aに尖端部 12Aを形成した後、プローブをセラミツ ク基板の所定箇所に転写してコンタクタ 21として完成させる。導電性粒子 12の尖端 部 12Αを接触部 11 Αから突出させるためには、接触部 11 Aの下部を削り取っても良 い。 [0029] 以上説明したように本実施形態のプローブ 10によれば、プローブ本体 11と、このプ ローブ本体 11の接触部 11Aから突出する尖端部 12Aを有する複数の導電性粒子 1 2とを有するため、プローブ 10に所定の針圧を付与すれば複数の導電性粒子 12の 尖端部 12Aが電極パッド Pの酸ィ匕膜 Oを複数箇所で突き破ってプローブ 10と電極パ ッド Pとを電気的に確実に接続して、ウエノ、 Wの ICチップを確実且つ安定的に検査 を行うことができる。この際、接触部 11Aには接触面 11Bが形成されているため、接 触面 11Bがストッパーと機能して導電性粒子 12の尖端部 12Aで電極パッド Pを損傷 する虞がない。また、導電性粒子 12をプローブ本体 11及び電極パッド Pよりも硬い導 電性ダイヤモンドで形成したため、プローブ 10の磨耗を軽減することができる。

[0030] また、プローブ 10を製造する際に、導電性粒子 12を接触部 11 Aよりも硬い材料ある いは耐薬品性に優れた材料によって形成するため、エッチング液を用いることによつ て接触部 11 Aの下端部のみを溶力して導電性粒子 12の尖端部 12Aを接触部 11 A 力も簡単に突出させることができ、また、エッチング液によらず接触部 11Aの下部の みを削り取って導電性粒子 12の尖端部 12Aを接触部 11Aから簡単に突出させるこ とがでさる。

[0031] 尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば上記実施形態 ではカンチレバータイプのプローブについて説明した力 本発明のプローブは、垂直 プローブゃジグザク状に折り曲げられて弾力を有するタイプのプローブ等の形態を 有するものであっても良い。また、導電性材料としてカーボンナノチューブを用いる場 合には、プローブの接触部にカーボンナノチューブを成長させた後、接触部の一部 を除去してカーボンナノチューブを突出させれば良い。要は、本発明のプローブは、 プローブ本体の被検査体との接触部に導電性材料を設け、導電性材料の先端部を 接触部から突出させたプローブであれば本発明に包含される。

産業上の利用可能性

[0032] 本発明は、例えば検査装置のプローブとして好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記被検査体と電気的に接触するプロ一 ブであって、

上記被検査体との接触部が形成されたプローブ本体と、このプローブ本体の接触部 から突出する先端部を有する複数の導電性材料と，を備える。

[2] 請求項 1に記載のプローブにおいて，

上記接触部は、上記被検査体との接触面を有する。

[3] 請求項 1に記載のプローブにおいて，

上記導電性材料は、上記接触部に埋設され且つ上記接触部より硬い材料からなる。

[4] 請求項 1に記載のプローブにおいて，

上記導電性材料は、導電性ダイヤモンドまたはナノスケール金属カゝらなる。

[5] 被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記被検査体と電気的に接触するプロ一 ブを製造する方法であって、

基板に上記被検査体との接触部の型を形成する工程と、上記型内に先端部を有す る複数の導電性材料を投入する工程と、上記型内に導電性金属を充填して上記接 触部を形成する工程と、上記接触部を含むプローブ本体を形成する工程と、上記型 力ゝら離型した上記接触部カゝら上記導電性材料の先端部を突出させる工程とを備える