JP5113392B2 - プローブおよびそれを用いた電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路のような半導体装置の通電試験に用いるのに好適なプローブおよびこのプローブが組み込まれた電気的接続装置に関する。

半導体ウエハの各チップ領域上に形成された多数の半導体集積回路のような半導体装置は、それぞれが仕様書通りに製造されているか否かを判定するために、通電試験を受ける。この種の通電試験では、一般的にプローブカードと称される電気的接続装置が用いられる。プローブカードは通電試験のためのテスターに組み付けられ、プローブカードに設けられた多数のプローブ（接触子）がステージ上の被検査体の対応する各電極に押し付けられる。被検査体は、このプローブカードを経てテスターに接続され、これにより通電試験を受ける。

前記したプローブは、プローブ基板から突出する基部と、該基部から前記基板に沿って横方向へ伸長するアーム部と、該アーム部から前記基板と反対側に突出するパッド部（針先部）とを備え、このパッド部に針先が形成されている。パッド部は、この針先が被検査体の電極に押圧されたとき、アーム部の下面と被検査体あるいはこれに設けられた他の電極との干渉を防止し、針先を確実に電極に接触させるために設けられている。プローブカードの各プローブと被検査体の対応する電極との位置合わせに用いられるアライメントマークが、このパッド部に形成されている（例えば、特許文献１または２参照）。このアライメントマークの撮影画像から、被検査体が配置される支持台とプローブカードとの相対位置情報が得られ、この位置情報に基づいてプローブカードの位置調整が行われる。

特表２００５−５３３２６３号公報 特開２００４−３４０６５４号公報

しかしながら、パッド部に設けられたアライメントマークは針先の高さ位置の近傍に設けられることとなる。アライメントマークが針先の高さ位置に近くに形成されていると、針先に付着した電極の削りかすがアライメントマークに付着することがある。アライメントマークに付着する電極の削りかすは、アライメントマークの正確な画像形状の判別を困難にすることがある。そのため、従来の電気的接続装置では、その正確な位置調整が困難になることがあった。

したがって、本発明の目的は、プローブの針先によって削られた電極の削りかすによる影響を受けにくいアライメントマークが設けられたプローブおよび該プローブが組み込まれた電気的接続装置を提供することにある。

本発明に係るプローブは、取付け端を有し該取付け端から遠ざかる方向へ伸びる基部と、前記取付け端から前記基部の伸長方向へ間隔をおいて、前記基部からその横方向へ伸長するアーム部と、該アーム部から突出し、その突出端に針先が形成された針先部と、前記針先の位置決めのためのアライメントマークとを備える。前記アーム部は、該アーム部の伸長方向へ沿って見て前記基部の前記取付け端が位置する側と反対側に平坦面領域を有し、前記針先部は前記平坦面領域から突出して形成され、前記アライメントマークは前記平坦面領域の少なくとも一部で構成されている。

本発明に係るプローブでは、アライメントマークが形成される前記平坦面領域から針先までの距離は、該針先の高さ分と、該針先が形成される針先部（パッド部）の段差分との和になる。したがって、その距離は、従来に比較して針先部の段差分が増大するので、この段差の増大により、針先に付着した電極パッドの削りかすがアライメントマークに付着し難くなる。

また、本発明に係るプローブは、例えばフォトリソグラフィを利用したマスクでプローブの外形を有する凹所を形成し、該凹所にプローブのための導電材料を例えば電気メッキを利用して堆積することにより、比較的容易に形成することができる。このマスクの形成時、プローブの平面形状を形成する凹所の縁部に、前記平坦面領域に対応する平坦面部分を形成することにより、前記アーム部にアライメントマークの形成のための格別なマーキング加工を施す必要なく、本発明に係るプローブを容易に形成することができる。

前記アライメントマークを構成する平坦面領域部分の法線は、前記針先部の前記針先の突出方向と同一方向へ向けることが望ましい。

前記針先部の針先の平坦面を除き、アライメントマークを撮影する撮影装置への反射面が前記針先部に形成されないように該針先部を形成することが望ましい。この場合、例えば針先部の側面は針先の平坦面に関して２０度を超える角度関係で形成される。

前記アーム部の前記平坦面領域は前記アーム部の下面で構成することができる。この下面は、前記アーム部の前記基部の取付け端が位置する側と反対側に位置しかつ前記アーム部の伸長方向に沿って伸びる矩形平面形状とすることができる。

前記針先部は、前記下面に該下面を前記アーム部の伸長方向に分断すべく形成することができる。この場合、前記下面のうち前記針先部で分断された一方の平坦面領域部分で前記アライメントマークを構成することができる。

また、前記針先部を前記アーム部の伸長端から間隔をおいて形成することにより、前記アーム部の下面のうち、前記伸長端と前記針先部との間に形成された平坦面領域部分で前記アライメントマークを構成することができる。

前記アライメントマークはほぼ正方形に形成することができる。

前記針先部に、前記アライメントマークを構成する前記平坦面領域部分に近接して該平坦面領域部分から立ち上がる側壁を形成し、該側壁の前記平坦面領域部分に近接する部分を前記平坦面領域部分へ向けて開放する凹状の曲線とすることができる。

前記アーム部を前記基部の縦方向へ相互に間隔をおいて横方向へ伸長する一対のアーム部分で構成することができる。この場合、一対のアーム部分のうちの前記基部の取付け端から離れた側に位置する下方アーム部分の下面で前記平坦面領域を形成することができる。

本発明に係るプローブは、これを複数の配線路が形成されたプローブ基板の対応する前記配線路に接続されるように、前記プローブ基板に取り付けることにより、該プローブ基板と共に電気的接続装置を構成することができる。

本発明によれば、アライメントマークに電極パッドの削りかすが付着し難くなるので、この削りかすによってアライメントマークの鮮明な画像の撮影が妨げられることが少なくなる。その結果、正確なアライメントマーク画像の認識に基づいてプローブの針先の正確な位置決め作業が可能となる。

本発明に係る電気的接続装置１０は、図１に示す例では、半導体ウエハ１２の電気的検査のために用いられている。半導体ウエハ１２は、図示の例では、ＸＹＺθステージ１４上に設置されたチャックトップ１６に、例えば吸引負圧により、取り外し可能に保持されている。半導体ウエハ１２には、図示しないが、多数のＩＣチップ領域がマトリックス状に配列され、各ＩＣチップ領域のそれぞれに集積回路が作り込まれている。この集積回路に形成された多数の電極と、その電気的試験のためのテスタ本体（図示せず）とを接続するために、電気的接続装置１０がＸＹＺθステージ１４の上方で、図示しないテスタヘッドに保持されている。

電気的接続装置１０は、複数の配線路１８（図３および図４参照）が設けられたプローブ基板２０と、該プローブ基板に取り付けられた多数のプローブ２２とを備える。各プローブ２２は、図２に示すように、プローブ基板２０の下面２０ａに、その針先２４が半導体ウエハ１２の前記電極に対応するように、各直線（Ｌ）上に整列するように配列されている。プローブ基板２０は、図１に示したように、その下面２０ａに設けられたプローブ２２の針先２４を下方へ向け、またプローブ基板２０がＸＹＺθステージ１４上のチャックトップ１６と平行となるように、その上面２０ｂに結合された回路基板２６を介して、前記テスタヘッドに保持されている。

プローブ基板２０に設けられた各プローブ２２は、従来よく知られているように、該プローブに対応する配線路１８、該配線路に対応して回路基板２６に設けられた導電路（図示せず）を経て該配線基板の上面２０ｂに設けられた各テスタランド２８（図２参照）に接続されている。各テスタランド２８は、従来におけると同様に、図示しない配線を経て前記テスタ本体に接続されている。したがって、各プローブ２２は、対応するテスタランド２８を経て、前記テスタ本体に電気的に接続されている。

ＸＹＺθステージ１４は、従来よく知られているように、例えば図１で見て横方向に沿ったＸ軸方向、Ｘ軸と紙面とに直角なＹ軸方向、およびＸ軸とＹ軸とに直角なＺ軸方向に沿った変位が可能であり、さらにＺ軸の周りの回転θが可能である。このＸＹＺθステージ１４上には、その上方に位置する電気的接続装置１０に設けられたアライメントマークを撮影するための例えばＣＣＤカメラのような撮像装置３０が設けられている。

撮像装置３０によって電気的接続装置１０に設けられたアライメントマークの撮影画像が得られると、従来よく知られた画像処理により、被検査体である半導体ウエハ１２が配置されたチャックトップ１６とプローブカードである電気的接続装置１０との相対位置情報が得られ、この位置情報に基づいて、各プローブ２２の針先２４が半導体ウエハ１２の対応する前記電極に接触可能なように、ＸＹＺθステージ１４がＸ軸、Ｙ軸の各方向およびＺ軸の周りに駆動され、これにより電気的接続装置１０の半導体ウエハ１２に対する相対位置が調整される。

この位置調整の後、半導体ウエハ１２の前記電極が対応するプローブ２２の針先２４に接続されるように、ＸＹＺθステージ１４がＺ軸方向に駆動される。これらのプローブ２２の針先２４と、対応する前記各電極との電気的接続により、前記テスタ本体が半導体ウエハ１２上の各集積回路に接続され、所定の電気的検査が行われる。

前記した電気的接続装置１０の位置調整のために用いられるアライメントマークが設けられたプローブ２２が、図３および図４に示されている。プローブ２２は、全体に板状の導電部材からなる。プローブ２２は、一端が配線路１８への取付け端３２ａとなる基部３２と、該基部の他端に連なって横方向に伸長するアーム部３４と、該アーム部の伸長端部に一体的に形成された針先部３６とを備え、該針先部の先端に針先２４が形成されている。

針先２４を除く部分３２、３４および３６を例えばニッケル、ニッケル合金あるいは燐青銅のような高靱性を有する金属材料で形成することが望ましい。針先２４を他の部分３２、３４および３６と同一金属材料で形成することができる。しかしながら、耐久性を高める上で、針先２４をコバルト、ロジウムあるいはそれらの合金のような高硬度金属材料で形成し、この針先２４を針先部３６の突出端に埋め込むことが好ましい。

また、図示の例では、アーム部３４の撓み変形を容易とするために、アーム部３４を上下の両アーム部分３４ａ、３４ｂに分ける長穴３８がアーム部３４の長手方向へ伸びる。この長穴３８は、アーム部３４をその板厚方向へ貫通して形成されている。また、図示の例では、針先部３６および基部３２にそれぞれを板厚方向へ貫通する穴４０、４２、４４が形成されている。

針先部３６に形成された穴４０は、後で詳細に説明するが、針先部３６の針先２４が前記電極に押圧されたときのアーム部３４の撓み変形に伴う針先部３６の弾性的な変形を促進する作用をなす。また、基部３２に設けられた穴４２および４４は、後述するように、プローブ２２を図示しない基台上でその金属材料を堆積して形成した後、プローブ２２を前記基台上から剥離するためにエッチング液が用いられるが、このエッチング液が前記基台とプローブ２２との間に侵入することによってエッチング液のエッチング作用を促進するための穴である。したがって、これらの穴４０、４２、４４は、不要とすることができる。

基部３２の取付け端３２ａは、図示の例では、配線路１８との間に、はんだ材料４６′を保留するための間隙を保持するために、波状に形成されている。取付け端３２ａを配線路１８に平行な平坦面とすることができるが、基部３２と配線路１８との強固な結合のために、図示の通りの波状端面とすることが望ましい。

アーム部３４は、基部３２の一側から、取付け端３２ａに所定の間隔をおいて、すなわちプローブ基板２０から所定の間隔をおいて横方向に伸びる。図示の例では、前記したように、アーム部３４は長穴３８により上方および下方のアーム部分３４ａ、３４ｂに分けられており、両アーム部分３４ａ、３４ｂはその両端で一体に連結されている。

両アーム部分３４ａ、３４ｂのうち、基部３２の取付け端３２ａから離れた側に位置する下方アーム部分３４ｂの下面４６は、図４および図５に示されているように、プローブ基板２０に沿った水平面にほぼ平行な平坦面で形成されており、アーム部３４の伸長方向に沿った細長い矩形の平面形状を呈する。

針先部３６は、図５に示すように、アーム部３４の先端から間隔Wをおくように、アーム部３４ｂの平坦面領域である下面４６から直角方向へ突出して形成されている。そのため、下面４６は、針先部３６により、間隔Wに対応する第１の平坦面領域部分である下面部分４６ａと、残部で構成される第２の平坦面領域部分である下面部分４６ｂとに、アーム部３４の伸長方向で分断されている。この下面４６を分断する針先部３６の突出端に前記した針先２４が形成されている。したがって、針先部３６の突出方向および針先２４の突出方向は、第１の下面部分４６ａおよび第２の下面部分４６ｂからなる下面４６の法線方向と一致している。

図６は、撮像装置３０で捉えたプローブ２２の撮影画像を示す。図６には、第１の下面部分４６ａ、針先２４および第２の下面部分４６ｂに対応する画像部分が、便宜的にそれぞれ同一の参照符号を付して示されている。下面部分４６ａに対応する画像部分が、針先２４の画像部分に近接するほぼ正方形の画像部分として示されている。

再び図５を参照するに、第１の平坦面領域部分である下面部分４６ａに近接して該下面部分から立ち上がる針先部３６の一方の側壁４８には、下面部分４６ａに連なる曲面部分４８ａが形成されている。この曲面部分４８ａにより、側壁４８には、側方に開放する凹部が形成される。

プローブ２２の針先２４が半導体ウエハ１２の対応する前記電極に接触した後、さらにプローブ２２にオーバドライブ力が作用すると、プローブ２２の両アーム部分３４ａ、３４ｂには、アーム部３４の先端を上方へ向けて変位させるような弧状の弾性変形が生じる。オーバドライブ力によりアーム部３４に前記した弧状の弾性変形が生じると、針先２４は前記電極上を符号５０で示す矢印方向への滑りを生じる。

この針先２４の滑りは、前記電極上の酸化膜を破り、針先２４と前記電極との電気的接続を確実にする。このとき、針先２４の滑りに伴ない、針先部３６の側壁４８には圧縮力が作用する。側壁４８に形成された曲面部分４８ａは、この圧縮力を分散し、その部分的集中による応力の増大を防止することにより、針先部３６の側壁４８における機械的強度を高める作用をなす。

また、前記したように針先部３６の穴４０は、針先２４の滑りに伴う針先部３６の弾性変形を促進することにより、針先２４と前記電極との電気的接続をより確実にする。

本発明に係る電気的接続装置１０では、そのプローブ２２のアーム部３４の下面４６に形成された第１の平坦面部分である第１の下面部分４６ａがアライメントマークとして用いられる。したがって、図６で示したように、プローブ基板２０の所定のプローブ２２に設けられた下面部分４６ａに対応する画像部分が撮像装置３０により捉えられると、従来におけると同様に、プローブ基板２０上でのプローブ２２の予め知られた位置情報から、ＸＹＺθステージ１４上の半導体ウエハ１２に対する下面部分４６ａの位置情報が求められる。その位置情報に基づいて、電気的接続装置１０の各プローブ２２が半導体ウエハ１２上の対応する前記電極と適正に接続されるように、電気的接続装置１０と半導体ウエハ１２との相対位置がＸＹＺθステージ１４の駆動により、調整される。

このアライメントマークとして使用される下面部分４６ａは、前記したように、針先２４から針先部３６の高さ分の段差を以て形成されている。そのため、前記したような針先２４の滑りによって半導体ウエハ１２の前記電極が削られても、その削りかすが下面部分４６ａ上に付着することを確実に防止できるので、下面部分４６ａの画像に前記した削りかすが写り込むことはない。

そのため、撮像装置３０により得られるアライメントマーク像（４６ａ）の輪郭に前記した削りかすの画像が紛れることはなく、明確な輪郭のアライメントマーク像（４６ａ）が得られる。したがって、正確なアライメントを迅速に行うことが可能となる。

アライメントマークとして第２の下面部分４６ｂを用い、その撮影画像部分（４６ｂ）をアライメントマーク像として利用することができる。しかしながら、図６に示すように、第１の下面部分４６ａが第２の下面部分４６ｂに比較して針先２４に近接することから、各プローブ２２の針先２４位置の精度を高める上で、下面部分４６ａをアライメントマークとして用いることが望ましい。

また、図３に示すように、針先部３６の側面のいずれの部分においても、該側面と針先２４の平坦面との交差角αが例えば２０度を超える角度となるように針先部３６の側面形状を構成することが望ましい。これにより、針先部３６の針先２４を除く部分からの強い反射光が撮像装置３０により捉えられることを確実に防止することができる。すなわち、針先部３６の側面と針先２４の平坦面との交差角αが例えば２０度を超える角度となるように針先部３６の側面形状を構成することにより、針先部３６の針先２４を除く部分が反射面として作用することを防止できるので、針先部３６の画像部分と、アライメントマーク像との識別性を高めることができる。

プローブ基板２０に設けられるすべてのプローブ２２に下面部分４６ａを有するプローブ２２を用いることができる。しかしながら、アライメントマーク４６ａが設けられた少なくとも３本のプローブ２２をプローブ基板２０上で相互に間隔をおくように配置することが望ましい。この場合、他のプローブ２２として、例えば針先部３６がアーム部３４ｂの先端から間隔Wをおくことなく下面４６から立ち上がることにより、前記したアライメントマーク４６ａが設けられていないプローブを用いることができる。これにより、アライメントに用いるアライメントマーク４６ａが付された対象プローブ２２と他のプローブ２２との識別が容易に行える。

前記したプローブ２２は、例えば、次のようにして形成することができる。先ず、半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術により、フォトレジストでプローブ２２の平面形状（針先２４を除く他の部分３２、３４および３６の平面形状であっても良い）を有する凹状パターンを基台上に形成する。次に、このレジストパターンによって形成された凹状部にエレクトロフォーミングのようなメッキあるいはスパッタリング等の堆積法でプローブ２２のための金属材料を順次その厚さ方向に堆積する。その後、レジストパターンを除去し、プローブ２２をエッチングにより、前記基台から部分的に剥離させた後、プローブ２２が前記基台から引き剥がされる。

このエッチング処理では、エッチング液がプローブ２２の基部３２に設けられた穴４２、４４を経てプローブ２２と前記基台との間に回り込むことから、前記したように穴４２、４４を設けることにより、プローブ２２を前記基台から剥離するためのエッチング処理を効果的に行うことができる。このエッチング促進効果については、長穴３８および穴４０も同様に作用する。

図３および５に示した例では、針先部３６の側壁４８に凹状の曲面部分４８ａを形成した例を示した。これに代えて、図７に実線で示すとおり、側壁４８を下面部分４６ａに直角な直立側壁とすることができる。また、図７に仮想線で示すとおり、側壁４８が撮像装置３０による下面部分４６ａの実質的な妨げにならない限り、該側壁を外方に膨らむ凸状の曲面側壁とすることができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

本発明に係る電気的接続装置のアライメント例を示す説明図である。 図１に示した電気的接続装置の底面図である。 本発明に係る電気的接続装置のプローブを拡大して示す正面図である。 本発明に係る電気的接続装置のプローブを拡大して示す側面図である。 本発明に係るプローブの斜視図である。 本発明に係るプローブのアライメントマーク撮影画像の一例を示す図面である。 本発明に係るプローブの他の例を部分的に示す正面図である。

符号の説明

１０ 電気的接続装置
２０ プローブ基板
２２ プローブ
２４ プローブの針先
３０ 撮像装置
３２ プローブの基部
３２ａ 取付け端
３４ アーム部
３４ａ、３４ｂ アーム部分
３６ 針先部
４６ アーム部分の下面
４６ａ、４６ｂ 平坦面領域部分
４８ 側壁
４８ａ 側壁の曲面部分

Claims (12)

1. 取付け端を有し該取付け端から遠ざかる方向へ伸びる基部と、前記取付け端から前記基部の伸長方向へ間隔をおいて、前記基部からその横方向へ伸長するアーム部と、該アーム部から突出し、その突出端に針先が形成された針先部と、前記針先の位置決めのためのアライメントマークとを備えるプローブであって、
   前記アーム部は、該アーム部の伸長方向へ沿って見て前記基部の前記取付け端が位置する側と反対側に平坦面領域を有し、前記針先部は前記平坦面領域から突出して形成され、前記アライメントマークは前記平坦面領域の少なくとも一部で構成されており、
   前記針先部は前記アライメントマークを構成する前記平坦面領域部分に近接して該平坦面領域部分から立ち上がる側壁を備え、該側壁の前記平坦面領域部分に近接する部分は、前記平坦面領域部分へ向けて開放する凹状の曲線に沿って縦方向へ伸びることを特徴とするプローブ。
2. 前記アライメントマークを構成する平坦面領域部分の法線は、前記針先部の前記針先の突出方向と同一方向へ向けられている、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記アライメントマークは撮影手段により撮影可能であり、前記針先部には前記針先を除いて前記撮影手段への反射面が形成されていない、請求項１に記載のプローブ。
4. 前記アーム部の前記平坦面領域は前記アーム部の下面であり、該下面は前記アーム部の前記基部の取付け端が位置する側と反対側に位置しかつ前記アーム部の伸長方向に沿って伸びる矩形平面形状を有する、請求項１に記載のプローブ。
5. 前記針先部は前記下面に該下面を前記アーム部の伸長方向に分断すべく形成され、前記下面のうち前記針先部で分断された一方の平坦面領域部分で前記アライメントマークが構成されている、請求項４に記載のプローブ。
6. 前記針先部は前記アーム部の伸長端から間隔をおいて形成され、前記アーム部の下面のうち、前記伸長端と前記針先部との間に形成された平坦面領域部分で前記アライメントマークが構成されている、請求項５に記載のプローブ。
7. 前記アライメントマークはほぼ正方形である、請求項６に記載のプローブ。
8. 前記アーム部は、前記基部の縦方向へ相互に間隔をおいて横方向へ伸長する一対のアーム部分を備え、該一対のアーム部分のうち、前記基部の取付け端から離れた側に位置する下方アーム部分の下面が前記平坦面領域を形成する、請求項１に記載のプローブ。
9. 複数の配線路が形成されたプローブ基板と、該プローブ基板の対応する前記配線路に接続されるように前記プローブ基板に取り付けられる多数のプローブとを備える電気的接続装置であって、前記各プローブは、前記プローブ基板への取付け端を有する基部と、該基部から前記プローブ基板と間隔をおいて該プローブ基板に沿って横方向へ伸長するアーム部と、該アーム部から突出しその突出端に針先が形成された針先部とを備え、少なくとも一つの前記プローブは、さらに前記針先の位置決めのためのアライメントマークを備え、
   前記アライメントマークを備える前記プローブの前記アーム部は、該アーム部の前記プローブ基板が位置する側と反対側に平坦面領域を有し、前記アライメントマークを備える前記プローブの前記針先部は、前記平坦面領域から突出して形成され、前記アライメントマークは前記平坦面領域の少なくとも一部で構成されており、
   前記針先部は前記アライメントマークを構成する前記平坦面領域部分に近接して該平坦面領域部分から立ち上がる側壁を備え、該側壁の前記平坦面領域部分に近接する部分は、前記平坦面領域部分へ向けて開放する凹状の曲線に沿って縦方向へ伸びることを特徴とする電気的接続装置。
10. 前記アライメントマークは撮影手段により撮影可能であり、前記針先部には前記針先を除いて前記撮影手段への反射面が形成されていない、請求項９に記載の電気的接続装置。
11. 前記アーム部の前記平坦面領域は前記アーム部の下面であり、該下面は前記アーム部の前記基部の取付け端が位置する側と反対側に位置しかつ前記アーム部の伸長方向に沿って伸びる矩形平面形状を有する、請求項９に記載の電気的接続装置。
12. 前記針先部は前記アーム部の伸長端から間隔をおいて形成され、前記アーム部の前記下面のうち、前記伸長端と前記針先部との間に形成された平坦面領域部分で前記アライメントマークが構成されている、請求項１１に記載の電気的接続装置。

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