JP2000121669A

JP2000121669A - プローブカードとその使用方法

Info

Publication number: JP2000121669A
Application number: JP10293355A
Authority: JP
Inventors: Morikazu Sakawa; 盛一坂輪; Kazuo Kato; 和男加藤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: JP4663040B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多数回の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【解決手段】被測定物に垂直に接触するプローブピンを
複数有するプローブカードであって、前記複数のプロー
ブピンのいずれもが該プローブピンの軸方向と垂直な一
つの方向にたわみ変形していることを特徴とするプロー
ブカードであり、好ましくは、前記プローブピンが単結
晶層を有する基板上に垂直に設けられた棒状単結晶から
なることを特徴とするプローブカード。

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とその使用方法に関する。

【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る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５−２１８
１５６号公報参照）が提案されている。前記プローブカ
ードは、基板に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。この過剰に変位さ
せ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、Ｏ／Ｄにより座屈変形を受け金属等
の導電性被膜が塑性変形を生じ、Ｏ／Ｄ後にその先端位
置がずれる場合があり、さらに座屈変形により曲がる方
向は不規則である。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
位置ずれは避け難く、実用上の大きな問題になってい
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
位置ずれが生じると、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、被測定物に垂
直に接触するプローブピンを複数有するプローブカード
であって、前記複数のプローブピンのいずれもが該プロ
ーブピンの軸方向と垂直な同一方向にたわみ変形してい
ることを特徴とするプローブカードであり、好ましく
は、前記プローブピンが単結晶層を有する基板上に垂直
に設けられた針状単結晶からなることを特徴とするもの
であり、針状単結晶がＶＬＳ成長により得られたことを
特徴とするプローブカードであり、更に好ましくは、プ
ローブピンの長さＬ（μｍ）とプローブピンのたわみ量
ｘ（μｍ）に関して、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）を満足
していることを特徴とするプローブカードである。

【０００７】また、本発明は、複数のプローブピンを有
するプローブカードの使用方法であって、前記複数のプ
ローブピンを該プローブピンの軸方向と垂直な一方向に
たわみ変形させた後、被測定物のプロービングに供する
ことを特徴とするプローブカードの使用方法であり、複
数のプロービンピンを、該プローブピンの先端部を粘着
性物質で固定しながらプローブピンの軸方向と垂直方向
に移動させた後に、プローブピンの軸方向に押しつける
ことにより、プローブピンの軸方向と垂直な同一方向に
たわみ変形させることを特徴とする前記のプローブカー
ドの使用方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図をもって本発明を詳細に
説明する。

【０００９】本発明のプローブピンは、図１に例示され
るとおり、プローブピン１がプローブピンの軸方向と垂
直な同一方向にたわみ変形している構造を有する。この
ような構造を採用することにより、プローブピンがプロ
ービングの際に座屈変形する方向を制御することがで
き、多数回のプロービングにおいても、初期の位置精度
を維持でき、隣接するピン同士が接触することを回避す
ることができる。また、たわみ量の定義は図２に示すと
おり、たわみ変形前のプローブピンの中心線とたわみ変
形後のプローブピンの中心線の最も離れた部分の距離で
あり、プローブピンの長さＬ（μｍ）とたわみ量ｘ（μ
ｍ）の関係が、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）であることが
好ましい。

【００１０】本発明におけるプローブピンは、基板に垂
直に配置されたものが好ましく、前記プローブピンには
従来から使用されているＷ、Ｂｅ−Ｃｕ等の導電膜を必
要としない線材でも構わない。しかし、強度が強く、数
十万回以上のコンタクトでも塑性変形が少ないという優
れた特性を持つという理由から、針状単結晶に必要に応
じて導電膜を被服したものがより好ましい。

【００１１】前記針状単結晶について、その材質は例え
ばＳｉ、ＬａＢ₆、Ｇｅ、α−Ａｌ₂Ｏ₃、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＩｎＧａ等が挙げられ
る。これらのうち、検査対象基板と同じ材質であるＳｉ
が熱膨張率等の特性が同じであり、プローブピンの位置
精度が高温でも変化しにくいという理由から好ましい。
上記針状単結晶の製法に関しては、ＶＬＳ成長によるも
のが転位密度が低いので高強度で高弾性であること、し
かも小径のものが容易に得られることから好ましいが、
本発明はこれに限定されるものではない。尚、針状単結
晶の形状は、一般的に、直径が１０〜１００μｍであ
り、長さが５００μｍ〜２ｍｍである。

【００１２】前記針状単結晶は、一般的に電気抵抗値が
高く、そのままプローブカード等に用いる場合、十分な
電気信号を得難いことがあるので、必要に応じて表面に
導電性膜を設けることにより導電化して用いられる。導
電性膜は、Ａｕ、Ｃｕ等の低電気抵抗の金属をめっき
法、蒸着法、スパッタリング法等の方法により形成する
ことができるが、Ｏ／Ｄによる導電性膜の永久変形をな
るべく小さく抑えるために、Ａｕ等の延性材料を安価な
めっき法で形成するのが好ましく、また、その膜厚は導
電性が十分に付与され、しかもプローブピン先端の位置
ずれをできるだけ小さくするために、１．０〜３．０μ
ｍとすることが好ましい。

【００１３】プローブピンにたわみ変形させる方法とし
ては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように該プローブピン
の先端部を粘着性物質８で固定しながらプローブピンの
軸方向と垂直な方向に移動させた後に、軸方向に押しつ
ける方法が最も好ましい。粘着性物質８は両面に形成さ
れた粘着層の膜厚が小さくかつ均一である粘着テープ
を、表面粗さが小さい硬質基板９上に接着したものが好
ましく、移動に際しては、硬質基板９がディスク状であ
ることが、作業性という観点で好ましい。粘着テープと
しては、例えばアクリル系の粘着剤がポリエステルフィ
ルムの両面に塗布された電子機器用両面テープ（寺岡製
作所製）などがよい。粘着性物質８に接触させた後のプ
ローブピンの軸方向と垂直な方向への移動は、プローブ
ピン先端７が同一方向に強制的に移動できれば目的は達
成されるので、その移動量は数μｍで十分である。同一
方向に移動した後の軸方向の押し込み量は、実際に検査
する際のＯ／Ｄ量が適当であり、例えば３０〜５０μｍ
付加した状態で、クリープ変形が終了する時間まで保持
する。一般的には５〜１０分で十分である。

【００１４】本発明では、例えば前記方法により、プロ
ーブピンにたわみ変形をあたえることができる。このた
わみ変形は、特に針状単結晶を基体とするプローブピン
においては、Ｏ／Ｄを付加して座屈変形させることによ
り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働くので、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、図１に示したようなたわみ変形が形成される。たわ
み変形の程度は１μｍ以上あれば、Ｏ／Ｄが付加された
場合に同一方向にピンが座屈変形するので十分である
が、あまりにたわみ量が大きいと、ピンが座屈変形を生
じない曲げのみの変形になり、先端荷重がＯ／Ｄに応じ
て大きくなり、プローブピンが破損したり、大きな反り
変形をしてしまう。従って、その限界量はピン長をＬと
すると、Ｌ／π（円周率）である。

【００１５】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を
更に詳細に説明する。

【００１６】＜中間体の準備＞図６に例示するとおり、
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）
ウエハ１０にフォトリソグラフィーやエッチングにより
Ｓｉのライン１１を形成し、前記ライン１１上の所定の
位置にめっきによりＡｕバンプを形成し、その位置にＳ
ｉの針状単結晶１２をＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉ
ｄ−Ｓｏｌｉｄ）成長により形成した。その後、前記針
状単結晶の先端部を研磨し、所定の長さに揃えた。尚、
ピン配置のパターンは一列に６０μｍピッチで３００本
配置したものを用いた。上記操作において、Ａｕバンプ
の直径、厚み及び研磨量を調整することにより、ピン径
１０〜２０μｍ、ピン長１５００μｍの針状単結晶を得
た。その後、次に、図７に例示するとおり、前記針状単
結晶１２及び電極ライン１１の表面に無電解めっきでＮ
ｉ下地層１３を０．１の厚さで形成し、更に、Ａｕ導電
性膜１４を電気めっきにより、１．５μｍの厚さで成膜
した。

【００１７】（実施例１〜３）図３に例示するとおり、
平坦度の優れた円盤９にアクリル系の粘着剤がポリエス
テルフィルムの両面に塗布された電子機器用両面テープ
（寺岡製作所製）がラミネーターにより接合されたもの
に、前記試料をピンを下方向にして垂直に降ろしてい
き、ピン先端が粘着層に接触した状態で円盤９を５度回
転し、ピン先端が同一方向に同一量移動していることを
確認後、Ｏ／Ｄを付加した状態で１０分放置することに
より、たわみ変形を形成した。

【００１８】たわみ変形量はピン寸法に応じたＯ／Ｄ量
によって決まり、５〜５００μｍＯ／Ｄを付加すること
により、１〜４７５μｍのたわみ変形を形成し、プロー
ブカードとした。

【００１９】上記操作で得られたプローブカードを用い
て、後述の耐久試験を行い、プローブピン先端の位置ず
れ量測定を行った。結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】また、上記実施例１〜３に関して、プロー
ブカードのプロービング時のピンの座屈変形する方向を
見定めるために、プロービング中に横方向からＣＣＤカ
メラによりモニター上で確認したところ、図１に模式的
に示すとおり、いずれのプローブピンもその座屈方向が
同じであった。

【００２２】＜耐久試験と評価方法＞耐久試験は、Ｏ／
Ｄ量を４０μｍとし、サイクルタイム１７５ｍｓｅｃ、
コンタクト時間１２５ｍｓｅｃの条件でプロービングを
１００万回行った。プローブピンをコンタクトさせるウ
エハは３インチサイズのＳｉウエハにＡｕ膜を電気めっ
きで２μｍの厚さで形成したものを用いた。プローブピ
ンの先端位置ずれの測定は、プローバー（Ａ−ＰＭ−９
０Ａ；東京精密製）を用い、ＣＣＤカメラによりとらえ
た両端に位置するピン先端を基準座標として認識させ、
あらかじめ入力したピン本来の位置座標と、実際のピン
位置とのずれを１ピンずつ先端部をＣＣＤカメラでオー
トフォーカスにより最も鮮明に合う位置の中心を位置座
標として変換することにより測定した。この際、図４に
示すような方向をＸＹとして、Ｘ及びＹ方向のそれぞれ
のずれを測定した。

【００２３】（比較例１、２）Ａｕめっきによる導電化
処理までは実施例１〜３に示した工程と同じで、たわみ
変形の形成を行わなかったものを比較例１、たわみ変形
においてＯ／Ｄ量を５５０μｍ付加して、最終的なたわ
み量を５００μｍとしたものを比較例２としてプローブ
カードを得て、実施例１〜３と同じ試験を行い、位置ず
れ測定を行った結果を表１に併せて記載した。

【００２４】更に、上記比較例１及び２について、プロ
ーブカードのプロービング時のピンの座屈変形する方向
を見定めるために、プロービング中に横方向からＣＣＤ
カメラによりモニター上で確認したところ、比較例１に
ついては図５に示すように、さまざまな方向に座屈変形
しているようすが観察された。

【００２５】

【発明の効果】本発明のプローブカードは、実施例から
明らかなとおり、同一方向にあらかじめたわみ変形を施
すことにより、プロービング時の座屈変形する方向が制
御されているので、先端位置ずれが原因で発生するコン
タクト不良を防止できる。

【００２６】更に、本発明のたわみ変形の形成法によ
り、座屈変形の方向を同一方向に揃える効果をもたらす
たわみ変形を容易に形成することができる。また、この
たわみ変形の工程をプローブカードとした後の実際に使
用する前に導入しても、同様にプロービング時の座屈変
形する方向が制御され、先端位置ずれが原因で発生する
コンタクト不良を防止でき、実用上有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブカードの一例を示す図（プロ
ーブピンの拡大図）。

【図２】本発明のたわみ量の定義を説明する図。

【図３】本発明のたわみ変形をさせる方法の一例を示す
図。

【図４】本発明の実施例及び比較例の先端位置ずれ測定
における、座標の取り方を示す図。

【図５】本発明の比較例１に係るプローブカードのプロ
ーブピンに発生したたわみ変形状況を説明する図。

【図６】本発明の実施例及び比較例に用いたプローブカ
ード中間体の模式図。

【図７】本発明の実施例及び比較例に用いたプローブカ
ードの模式図。

【符号の説明】

１；プローブピン２；被検査体３；たわみ変形前のプローブピン４；たわみ変形後のプローブピン５；たわみ変形前のプローブピンの中心線６；たわみ変形後のプローブピンの中心線７；プローブピン先端部８；粘着層９；円盤１０；ＳＯＩウエハ１１；Ｓｉ電極ライン１２；針状単結晶１３；Ｎｉ下地膜１４；Ａｕ膜１５；絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に垂直に接触するプローブピンを
複数有するプローブカードであって、前記複数のプロー
ブピンのいずれもが該プローブピンの軸方向と垂直な同
一方向にたわみ変形していることを特徴とするプローブ
カード。
【請求項２】プローブピンが単結晶層を有する基板上に
垂直に設けられた針状単結晶からなることを特徴とする
請求項１記載のプローブカード。
【請求項３】前記針状単結晶がＶＬＳ成長により得られ
たことを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
【請求項４】プローブピンの長さＬ（μｍ）とたわみ量
ｘ（μｍ）について、１≦ｘ≦Ｌ／π（円周率）を満足
していることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求
項３記載のプローブカード。
【請求項５】被測定物に垂直に接触するプローブピンを
複数有するプローブカードの使用方法であって、前記複
数のプローブピンを該プローブピンの軸方向と垂直な一
方向にたわみ変形させた後、被測定物のプロービングに
供することを特徴とするプローブカードの使用方法。
【請求項６】複数のプロービンピンを、該プローブピン
の先端部を粘着性物質で固定しながらプローブピンの軸
方向と垂直方向に移動させた後に、プローブピンの軸方
向に押しつけることにより、プローブピンの軸方向と垂
直な同一方向にたわみ変形させることを特徴とする請求
項５記載のプローブカードの使用方法。