| 【発明の名称】 |
プローブ及びこれを用いたプローブカード |
| 【発明者】 |
【氏名】大久保 昌男
【氏名】大久保 和正
【氏名】岩田 浩
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プローブカードを構成する基板から垂下されて配置され、測定対象物に形成された電極パッドに略垂直に接触するプローブであって、先端には折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有することを特徴とするプローブ。
【請求項２】 配線パターンが形成された基板と、前記配線パターンに電気的に接続されて基板から垂下されて配置される複数のプローブと、前記基板の下面側に設けられ、前記プローブを支持するプローブ支持部材とを具備しており、前記プローブはプローブ支持部材より下側に突出する先端で、折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有することを特徴とするプローブカード。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の測定対象物に形成された半導体集積回路等の電気的諸特性を測定する際に用いられるプローブ及びこれを用いたプローブカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプローブカードは、カンチレバー型と呼ばれる横向きのプローブを使用する横型タイプと、図３に示すように、垂直型と呼ばれる縦型のプローブ１００を使用する縦型タイプとに大別される。
【０００３】従来の横型プローブカードは、通常、全体が略横向きで且つ先端部が垂線方向に折り曲げ形成された複数のプローブと、このプローブが接続される配線パターンが形成された基板と、この基板の下面に取り付けられたプローブ支持台とを備えたものである。プローブの中腹部は、プローブ支持台の下側テーパ面に接着剤で固定されている。
【０００４】一方、図３に示す従来の垂直型プローブカード（以下、従来の第１の垂直型プローブカードとも呼ぶ。）は、測定対象物であるウエハ６００に形成された半導体集積回路６１０の電極パッド６１１に垂直に接触する複数のプローブ１００と、このプローブ１００が接続される配線パターンが形成された基板３００と、この基板３００の下面側に設けられ、前記プローブ１００の垂直部１６０を支持するプローブ支持部材２００とを備えている。
【０００５】プローブ１００は、垂直部１６０に略く字状に折り曲げ形成された屈曲部１３０が設けられている。この屈曲部１３０は、後述するオーバードライブ時に、プローブ１００の先端部１１０が、半導体集積回路６１０の電極パッド６１１を傷つけて破損させてしまわないように、接触圧を抑制するために設けられている。
【０００６】プローブ支持部材２００は、基板３００の下面から垂下された棒状の支持部材２５０と、この支持部材２５０によって、基板３００と平行に支持された上側支持基板２１０および下側支持基板２２０と、上側支持基板２１０の上面に塗布されてプローブ１００を固定するエポキシ系接着剤層２７０とで構成されている。
【０００７】上側支持基板２１０と下側支持基板２２０とには、ウエハ６００に形成された電極パッド６１１の配置に対応した複数個の貫通孔２１１、２２１がそれぞれ開設されている。この貫通孔２１１、２２１をプローブ１００が貫通することで位置決めされて支持されるとともに、隣接するプローブ１００同士の接触も未然に防止している。なお、プローブ１００の屈曲部１３０は、上側支持基板２１０と下側支持基板２２０との間の隙間に位置するように設けられている。
【０００８】プローブ１００の基端部は、基板３００のスルーホール３１１に挿入されて、ジャンピングワイヤ７００を介して基板３００の上面に形成された電極３１０に半田付けされている。
【０００９】このような従来の第１の垂直型プローブカードのプローブ１００の構造の一部を次のように変更した従来の別の垂直型プローブカードもある。この従来の別の垂直型プローブカードを以下、従来の第２の垂直型プローブカードとも呼ぶ。
【００１０】従来の第２の垂直型プローブカードのプローブは、前記プローブ１００の屈曲部１３０の代わりに、直線状の座屈部を設け、この座屈部の座屈で後述するオーバードライブ時の力を吸収するものである。したがって、この座屈部を有するプローブは、全体が直線状に形成されている。なお、前記座屈部を有するプローブも、前記プローブ１００と同様に、上側支持基板２１０にエポキシ系接着剤で固定されている。
【００１１】このように構成された従来の横型プローブカード（プローブカードの周辺機構は図３参照）または従来の第１の垂直型プローブカード若しくは従来の第２の垂直型プローブカードがウエハ６００のテストに使用されるときには、それぞれ図３に示された固定台８００に締結部材８１１によって固定される。この固定台８００は、図示しないテストコンピュータの先端側に設けられたものである。この固定台８００に固定された横型プローブカードまたは垂直型プローブカードの下側には、ウエハ６００がセットされる可動テーブル７００が設けられている。
【００１２】以下、従来の第１の垂直型プローブカードを中心に説明する。固定台８００に固定された垂直型プローブカードの基板３００の上面の端子３２０に、テストコンピュータが接続される。ウエハ６００が図示しない自動搬出入装置によって可動テーブル７００にセットされる。ウエハ６００が可動テーブル７００によって上昇させられて、ウエハ６００に形成された半導体集積回路６１０の電極パッド６１１が、プローブ１００の先端部１１０に接触する。
【００１３】この接触後、完全な接触を確保するために、更に可動テーブル７００は、数十〜百数十μｍ上昇させられて、プローブ１００の先端部１１０に電極パッド６１１が押しつけられる。これをオーバードライブと言う。
【００１４】テストコンピュータからの電気信号が、端子３２０、電極３１０、ジャンピングワイヤ７００、プローブ１００を介して、ウエハ６００に形成された半導体集積回路６１０とやりとりされてテストが行われる。テストが終了すると、可動テーブル７００は一旦下げられ、テストが終了した半導体集積回路６１０の寸法分だけ水平移動させられる。この後、再度、可動テーブル７００が上昇させられて、次のテストが行われる。
【００１５】なお、従来の第２の垂直型プローブカードの場合も、上述した従来の第１の垂直型プローブカードの場合と同様である。
【００１６】一方、従来の横型プローブカードの場合には、基本的に従来の第１の垂直型プローブカードの場合と同様であるが、オーバードライブ時の動作が次のようにやや異なる。
【００１７】即ち、従来の横型プローブカードの場合には、プローブのうちで、プローブ支持台に固定されている部分よりも先端側領域が、前記オーバードライブ時に上側に押し上げられる。前記先端側領域の基端点と先端点とを結ぶ線分は、水平でなく傾斜を有したものとなっている。そのため、プローブの先端は、オーバードライブ時に押し上げられると、前記先端側領域の基端点を支点としつつ、ほぼ弧を描くように上昇させられる。即ち、オーバードライブ時に、プローブの先端にかかる垂線方向の力の一部が、水平方向の分力に変わり、プローブの先端は僅かに横滑りする。この現象は、プローブの先端が電極パッド６１１の表面側を摩擦等に対抗しつつ擦りながら横滑りする状態となるので、一般にスクラブ（ゴシゴシ擦ること）と呼ばれる。この現象によって、プローブの先端部が酸化や異物付着などで接触抵抗が増大するのを防ぎ、前記先端部をリフレッシュする効果がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の横型プローブカードは、上述したような優れた特徴や後述する特徴を有しているものの、プローブを横向きに配置しているために、従来の（第１または第２の）垂直型プローブカードよりも、プローブを高密度に設けるには不向きな構造であり、プローブの配置の自由度も低い。そのため、近年、半導体集積回路の高集積化・微細化とテストコンピュータの多重化に伴う多数個の半導体集積回路の同時テストの要望が高まるにつれ、横型プローブカードよりも、垂直型プローブカードの方が脚光を浴びるようになってきた。
【００１９】しかしながら、従来の第１の垂直型プローブカードの場合、取り扱い中に、設けられている数百〜数千本のプローブのうち、１本でも、ダメージが与えられて不具合が生じた場合、簡単に交換できない。つまり、プローブは、屈曲部が、上側支持基板と下側支持基板との間の隙間に位置するため、上下どちらにも引き抜くことができないという、修理上の困難さがある。
【００２０】なお、多数個の半導体集積回路の同時テストが可能な垂直型プローブカードは、多いもので数千本のプローブを有しているので、高価であるから当然修理が必要になる。このとき、プローブの取り替えが比較的容易な取り付け状態となっている従来の横型プローブカードと異なり、従来の第１の垂直型プローブカードの場合、一部の不良のプローブを１本ずつ容易に交換出来ないのが欠点となっている。
【００２１】かかる問題、即ち、一部の不良のプローブを１本ずつ容易に交換出来ない問題を解消したのが、前記従来の第２の垂直型プローブカードである。上述したように従来の第２の垂直型プローブカードのプローブは、全体が直線状である。よって、不具合を生じた一部のプローブは、その基端に接続されているジャンピングワイヤを外すのと前後して、プローブの基端側を固定している接着剤から外すと、上下いずれにも引き抜くことができ、新しいプローブも挿入できる。したがって、従来の第２の垂直型プローブカードの場合、プローブの１本ずつの交換は容易である。
【００２２】しかし、座屈部を有するプローブを備えた従来の第２の垂直型プローブカードにおいては、座屈部の弓なり状の撓みによる座屈は弾性限界に近い部分で行われ、余裕が少ないことが多い。そのため、プローブがときとして塑性変形を起こす可能性があり、１００万回程度の測定に耐えるためには信頼性にかける場合がある。
【００２３】また、従来の第１および第２の垂直型プローブカードの場合、プローブの先端が僅かに横滑りするスクラブ現象が発生しないため、テストを繰り返して実使用時間が長くなると、プローブの接触抵抗が増大するという問題がある。
【００２４】本発明の主たる目的は、高密度に設けられ、オーバードライブ時に余裕のある弾性変形をし、１本ずつの交換が容易なプローブと、これを用いたプローブカードを提供することにある。併せて、接触抵抗が増大するのを防ぐことが可能なプローブと、これを用いたプローブカードを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために、本発明の請求項１に係るプローブは、プローブカードを構成する基板から垂下されて配置され、測定対象物に形成された電極パッドに略垂直に接触するプローブであって、先端には折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有している。
【００２６】本発明の請求項２に係るプローブカードは、配線パターンが形成された基板と、前記配線パターンに電気的に接続されて基板から垂下されて配置される複数のプローブと、前記基板の下面側に設けられ、前記プローブを支持するプローブ支持部材とを備えており、前記プローブはプローブ支持部材より下側に突出する先端で、折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有している。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のプローブを用いた本発明の実施の形態に係るプローブカードを図１および図２を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施の形態に係るプローブカードは、前記図３に示した従来の垂直型プローブカードの代わりに、図３に示した固定台８００に固定されて使用されるものである。図１は本発明の実施の形態に係るプローブカードを示す概略的断面説明図、図２は本発明の実施の形態に係るプローブカードに用いられるプローブの先端側を示す概略的正面図である。
【００２８】本発明の実施の形態に係るプローブカードは、配線パターン（図示省略）が形成された基板３００と、前記配線パターンに電気的に接続されて基板３００から垂下されて配置される複数のプローブ１００と、前記基板３００の下面側に設けられ、前記プローブ１００を支持するプローブ支持部材２００とを備えており、前記プローブ１００はプローブ支持部材２００より下側に突出する先端で、折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている２つの折曲部１４２Ａ、１４２Ｂを有している。
【００２９】前記プローブ１００は、直線状の垂直部１６０と、この垂直部１６０の先端側である接触部１４０に２つの折曲部１４２Ａ、１４２Ｂを有している。折曲部１４２Ａ、１４２Ｂは、折り曲げ角度を９０度以上、例えば１００度にして相互に逆に折り曲げ形成されている。折曲部１４２Ａ、１４２Ｂ間は横向き部分となり、オーバードライブ時にバネとしての機能を発揮する。折曲部１４２Ａよりも先端側は、電極パッド６１１に略垂直に接触するように略垂直になっている。
【００３０】プローブ１００は、例えば、次のようにして形成される。先ず、直径５０μｍのレニュウム３％を含有するタングステン線を電解研磨して、先端を尖らせたものを形成する。このものについて、先端の直径が２５μｍとなる位置で切断し、この位置より１２ｍｍの位置で更に切断して、直線状のものを得る。この直線状のものの尖っている端（即ち、プローブ１００の接触部１４０の先端１４１となる部分）から１ｍｍの位置で１００度折り曲げて折曲部１４２Ａとし、この折曲部１４２Ａから更に２ｍｍの位置で逆方向に１００度折り曲げて折曲部１４２Ｂとする。なお、図２ではプローブ１００の先端１４１は、その先端１４１の移動状況がわかりやすいように図示上尖らせているが、実際には、上述したように直径が例えば２５μｍに形成されている。
【００３１】プローブ支持部材２００は、例えば、基板３００の下面から垂下された棒状の支持部材２５０と、この支持部材２５０によって、基板３００と平行に支持された上側支持基板２１０及び下側支持基板２２０と、上側支持基板２１０の上面に塗布されてプローブ１００を固定するエポキシ系等の接着剤層２７０とで構成されている。
【００３２】上側支持基板２１０と下側支持基板２２０とには、ウエハ６００に形成された電極パッド６１１の配置に対応した複数個の貫通孔２１１、２２１がそれぞれ開設されている。この貫通孔２１１、２２１をプローブ１００が貫通することで位置決めされて支持されるとともに、隣接するプローブ１００同士の接触も未然に防止している。
【００３３】なお、上側支持基板２１０と下側支持基板２２０とは、例えば、厚さ０．２５ｍｍのマシナブルセラミックス（例えば三井鉱山株式会社の商品名マセライトなどが適している。）である。貫通孔２１１の大きさはプローブ１００の垂直部１６０を挿入可能なサイズである。即ち、貫通孔２１１の大きさは５０μｍより若干大きい程度でよい。また、貫通孔２２１の大きさは、例えば、プローブ１００の垂直部１６０のサイズ５０μｍよりやや大きい６０μｍである。
【００３４】基板３００には、前記貫通孔２１１、２２１と一直線状となる位置に、プローブ１００の基端を挿入可能なスルーホール３１１が形成されている。基板３００の上面には、プローブ１００の基端がジャンピングワイヤ７００を介して接続される電極３１０と、図示しないテストコンピュータが接続される端子３２０とが形成されている。基板３００には、図３に示した固定台８００に固定する締結部材（図示省略）用の貫通孔（図示省略）が設けられている。
【００３５】このように構成された本発明の実施の形態に係るプローブカードを組み立てる際には、例えば、プローブ１００の垂直部１６０を貫通孔２２１、２１１に挿入し、更に、スルーホール３１１に挿入する。プローブ１００の垂直部１６０の基端はジャンピングワイヤ７００に接続される。なお、例えば、上側支持基板２１０と下側支持基板２２０と間の距離は５ｍｍにして組み立てられる。
【００３６】一方、ジャンピングワイヤ７００の他端は電極３１０に接続される。なお、接着剤層２７０は、塗布によって、上側支持基板２１０の上面に設けられるが、その代わりに上側支持基板２１０の下面に設けてもよく、もちろん上側支持基板２１０の上面及び下面に設けてもよい。
【００３７】このようにして組み立てられた本発明の実施の形態に係るプローブカードは、図３に示した固定台８００に図示しない締結部材によって固定されてウエハ６００のテストに使用される。可動テーブル７００にセットされたウエハ６００に形成された半導体集積回路６１０の電極パッド６１１が、オーバードライブ時に、プローブ１００の接触部１４０の先端１４１に対して垂線方向に押し上げられると、プローブ１００は、図２に示すようになる。即ち、プローブ１００の接触部１４０の先端１４１は、折曲部１４２Ｂを支点として、ほぼ弧を描くように上昇させられる。即ち、オーバードライブ時に、プローブ１００の接触部１４０の先端１４１にかかる垂線方向の力の一部が、水平方向の分力に変わり、プローブ１００の先端１４１は僅かに横滑りする。
【００３８】実際に測定してみると、プローブ１００の接触部１４０のバネ圧は平均で約１３ｇ、１００μｍのオーバードライブ時のスクラブ量（プローブ１００の先端１４１の水平移動量）は約５μｍであり、適切であった。なお、電極パッド６１１の大きさは例えば１００μｍ角程度である。
【００３９】このように本発明の実施の形態に係るプローブカードは、適切なスクラブ現象が発生するので、プローブ１００の接触部１４０の先端１４１が酸化や異物付着などで接触抵抗が増大するのを防ぐことができる。
【００４０】また、本発明の実施の形態に係るプローブカードの場合、不具合を生じたプローブ１００は、その基端に接続されているジャンピングワイヤ７００を外すのと前後して、プローブ１００の基端側を固定している接着剤層２７０から外すだけで、容易に下方に引き抜くことができる。また、新しいプローブ１００は、その基端側から、挿入することが容易である。なぜならば、プローブ１００の折曲部１４２Ａ、１４２Ｂが形成されている接触部１４０は、下側支持基板２２０よりも下側に配置されており、プローブ支持部材２００に支持されているプローブ１００の垂直部１６０が直線状に形成されているからである。なお、挿入されたプローブ１００は、再度その基端にジャンピングワイヤ７００が接続される一方、接着剤が塗布されて固定される。このように、不具合を生じた一部のプローブ１００の交換は、１本ずつでも容易である。
【００４１】また、本発明の実施の形態に係るプローブカードの場合、基板３００から垂下され、且つ電極パッド６１１に略垂直に接触するプローブ１００を有しているので、基本的に、垂直型プローブカードの部類に入る構造をしており、プローブ１００を高密度に設けることができる。
【００４２】また、プローブ１００の接触部１４０の折曲部１４２Ａ、１４２Ｂ間は、特別に他よりも細く形成する必要がなく、オーバードライブ時に余裕のある弾性変形をすることの可能な構造である。即ち、このプローブ１００の弾性限界の大きさは大きい状態とすることができる。
【００４３】なお、本発明の実施の形態に係るプローブカードにおいて、例えば、折曲部１４２Ａ、１４２Ｂ間の太さ寸法を変更することによって、プローブ１００の弾性限界の大きさ、前記バネ圧が調整可能である。また、折曲部１４２Ａ、１４２Ｂ間の長さ寸法を変更することによって、プローブ１００の前記弾性限界の大きさ、前記バネ圧、前記スクラブ量が調整可能である。
【００４４】更に、前記折り曲げ角度を変更することによって、前記スクラブ量が調整可能である。前記折り曲げ角度は、９０度以上が好ましいものの、９０度以したすることも可能である。前記折り曲げ角度が９０度以下になると、プローブ１００の基端寄りの折曲部１４２Ｂが、先端１４１寄りの折曲部１４２Ａよりも常に低い位置に配置されることになる。よって、前記垂直部１６０寄りの折曲部１４２Ｂがオーバードライブ時にウエハ６００に接触することのないように設計上、注意が必要である。
【００４５】本発明の実施の形態に係るプローブカードの場合、折曲部は２つとしたが、もちろん、３つ以上の折曲部を形成してもよい。ただし、３つ以上の折曲部を形成するには、工数が増えるので、製造コスト的には２つの方が好ましい。
【００４６】また、１つの折曲部とすることも可能である。この場合、プローブの先端を電極パッドに略垂直に接触するようにするためには、折曲部は例えば湾曲させて形成するようになる。この場合、製造上、２つの折曲部のときよりは、手間であるので、製造コスト的には２つの方が好ましいのである。
【００４７】なお、プローブの先端を電極パッド６１１に略垂直に接触するようにするのは、スクラブ現象によって、プローブの先端が電極パッド６１１の表面側の摩擦等の影響を確実に受けるようにするためである。もし、プローブの先端が電極パッド６１１に浅い角度で接触する場合は、オーバードライブ時に、プローブの先端が電極パッド６１１の表面側の摩擦等の影響を殆ど受けないので、途中で止まることなく横滑りし、電極パッド６１１からはみ出てしまうおそれが高くなるからである。もちろん、電極パッド６１１からプローブの先端がはみ出てしまうとテスト結果は誤ったものとなってしまうので、このような状態にならないようにする必要がある。
【００４８】よって、例えばもし、１つの折曲部のとき、前記湾曲させて形成するのではなく、単純に真っ直ぐのまま折り曲げる場合、プローブの先端を電極パッド６１１に略垂直に接触するようにすると、プローブは殆ど直線状になる。この場合、このままでは、オーバードライブ時に電極パッド６１１を破損させてしまうおそれがあるので、別途、座屈部（下記参照）を設けるとよい。
【００４９】ところで、本発明の実施の形態に係るプローブカードの場合、プローブ１００の垂直部１６０は直線状であるとし、特に径は同じにしているが、この垂直部１６０の一部であって、上側支持基板２１０と下側支持基板２２０との間の隙間に位置する部分を他よりも細く形成した座屈部としてもよい。これにより、オーバードライブ時にかかる力を折曲部以外に座屈部でも吸収させることができる。したがって、この場合、最も基端側に設けられた折曲部から先端にかけての部分のバネ圧を大きくしてもよくなり、先端側部が平面視で占める領域をより小さくできる。即ち、プローブをより密集して設けることが可能になる。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１に係るプローブは、プローブカードを構成する基板から垂下されて配置され、測定対象物に形成された電極パッドに略垂直に接触するプローブであって、先端には折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有している。
【００５１】よって、本発明の請求項１に係るプローブは、プローブカードに高密度に設けることができる。また、最も上側にある折曲部よりも先端側の部分であって、垂線方向の部分になっていない部分（横向き部分とも呼ぶ。）は、垂線方向の部分よりも、オーバードライブ時の垂線方向の力を弾力性でもって緩和する弾性体としての機能を発揮する。前記横向き部分は、他より特別細く形成する必要もないので、オーバードライブ時に余裕のある弾性変形をする部分となる。
【００５２】更に、基板から垂下されるプローブはプローブカードに設けられたとき、プローブの垂直部がプローブ支持部材によって支持されるのが普通である。つまり、折曲部を備えているプローブの先端側である接触部は、プローブ支持部材によって支持されない部分である。そして、前記プローブは、１本ずつの交換に支障をきたすおそれのある部分は、プローブの垂直部に特に備えているわけではない。そのため、基板から垂下されるプローブは、一部のプローブに不具合が生じて交換したい場合に、プローブ支持部材から前記不具合が生じたプローブを１本ずつ下側に支障なく引き抜くことが可能である一方、新たなプローブはプローブ支持部材に対して、その下側からプローブの垂直部を支障なくセットすることが可能である。
【００５３】したがって、本発明の請求項１に係るプローブは、プローブカードに高密度に設けることができるプローブであって、メンテナンスコストを従来よりも低くできるものとなっている。
【００５４】一方、本発明の請求項２に係るプローブカードは、配線パターンが形成された基板と、前記配線パターンに電気的に接続されて基板から垂下されて配置される複数のプローブと、前記基板の下面側に設けられ、前記プローブを支持するプローブ支持部材とを備えており、前記プローブはプローブ支持部材より下側に突出する先端で、折り曲げ角度を９０度以上にして相互に逆に折り曲げ形成されている少なくとも２つの折曲部を有している。
【００５５】このプローブカードは、前記請求項１に係るプローブを用いたものであるので、上述と同様の効果を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３２４０５
【氏名又は名称】日本電子材料株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年７月３０日（１９９９．７．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５９３６
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 孝治 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４１９７８（Ｐ２００１−４１９７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年２月１６日（２００１．２．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２１６８５１ |
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