(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の電極に垂直に接触するプローブと、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、測定対象物の電極に垂直に接触する微小プローブと、この微小プローブに形成された凹部に先端が嵌まり込む針状プローブとを有しており、前記微小プローブは、上端部の直径が４０〜５０μｍ、上端面から下端の接触部までが１ｍｍ、前記凹部の深さが１５０〜２００μｍに設定されており、前記プローブ支持部材は、前記針状プローブを支持する第１支持部と、前記微少プローブを上面側に塗布された弾性樹脂を介して支持する第２支持部とを有しており、前記第２支持部は、第１支持部に対して着脱可能になっていることを特徴とする垂直作動型プローブカード。
【請求項２】
前記微小プローブは、ＬＩＧＡプロセスを用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の垂直作動型プローブカード。
【請求項３】
前記微小プローブは、Ｎｉ−Ｗ合金又はＦｅ−Ｗ合金からなることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直作動型プローブカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩチップ等の半導体集積回路の電気的諸特性を測定する際に用いられるプローブカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩチップ等の半導体集積回路の電気的諸特性を測定する際に用いられるプローブカードは、カンチレバータイプと称される横向きのプローブを使用する横型タイプと、垂直型と称される縦型のプローブを使用する縦型タイプとに大別される。最近の半導体集積回路の高集積化、微細化、高速化、複数個の半導体集積回路の同時測定の要求等に伴って、プローブの数の増大、プローブの配置密度の増加などの要求が高まっている。
【０００３】
ここで、プローブはタングステンやベリリウム銅等の素材から構成されることが多いが、耐摩耗性の面やコストの面から９０％以上がタングステン製のものが使用されている。しかし、このタングステン製のプローブは、電極への接触を多数回（数千回）繰り返すことによって、接触抵抗が大きくなるという問題がある。この接触抵抗の上昇は、電極への接触時に電極との間に流れる電流や摩擦に起因するプローブの先端の接触部の温度上昇、電極の表面に形成されたアルミニウム薄膜が剥離したものがアルミニウム酸化物となり、このアルミニウム酸化物のプローブの先端の接触部への付着等が原因となっている。特に、この問題は測定対象物であるＬＳＩチップを８５〜１５０℃にまで加熱して行うバーンインテストにおいて顕著になっている。
【０００４】
かかる原因を除去して接触抵抗を回復するための措置として、プローブの電極への接触が所定回（数千回）になると、プローブの先端の接触部をクリーニングシートでクリーニングすることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、数千回に１回とはいえ、クリーニングという別作業を行うことは、全自動化されたＬＳＩチップの電気的諸特性の測定試験においては問題がある。また、クリーニングによるプローブの先端の接触部の摩耗という問題もある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、従来のように数千回に１回のクリーニングを必要としない長寿命化に寄与することができる微小プローブとこれを用いた垂直作動型プローブカードとを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る垂直作動型プローブは、測定対象物の電極に垂直に接触するプローブと、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、測定対象物の電極に垂直に接触する微小プローブと、この微小プローブに形成された凹部に先端が嵌まり込む針状プローブとを有しており、前記微小プローブは、上端部の直径が４０〜５０μｍ、上端面から下端の接触部までが１ｍｍ、前記凹部の深さが１５０〜２００μｍに設定されており、前記プローブ支持部材は、前記針状プローブを支持する第１支持部と、前記微少プローブを上面側に塗布された弾性樹脂を介して支持する第２支持部とを有しており、前記第２支持部は、第１支持部に対して着脱可能になっている。
【０００８】
また、前記微小プローブは、ＬＩＧＡプロセスを用いて形成されている。
【０００９】
さらに、前記微小プローブは、Ｎｉ−Ｗ合金又はＦｅ−Ｗ合金からなっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの概略的断面図、図２は本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの要部の概略的断面図、図３は本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの要部の概略的断面図、図４は本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードに用いられる微小プローブの製造工程を示す説明図である。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードは、測定対象物であるＬＳＩチップ７００の電極７１０に垂直に接触するプローブ１００と、このプローブ１００が接続される配線パターン２１０が形成された基板２００と、この基板２００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３００とを備えており、前記プローブ１００は、ＬＳＩチップ７００の電極７１０に垂直に接触する微小プローブ１１０と、この微小プローブ１１０に形成された凹部１１１Ａに先端が嵌まり込む針状プローブ１２０とを有しており、前記プローブ支持部材３００は、前記針状プローブ１２０を支持する第１支持部３１０と、前記微小プローブ１１０を支持する第２支持部３２０とを有しており、前記第２支持部３２０は、第１支持部３１０に対して着脱可能になっている。
前記基板２００は、プローブ１００の増大に伴って積層化されており、各層に配線パターン２１０が形成されている。なお、図１では最上層の配線パターン２１０のみが示されている。この最上層の配線パターン２１０の外側の端部２１１は、ポゴピンと称され接続部材が接触するポゴ座となっている。
また、この基板２００には、ＬＳＩチップ７００の電極７１０の配置に対応した貫通孔２２０が開設されている。この貫通孔２２０は、後述する針状プローブ１２０の後端の接続部が貫通する部分である。
【００１３】
前記プローブ１００は、２つの部材から構成されている。すなわち、針状プローブ１２０と微小プローブ１１０とである。前記針状プローブ１２０は、従来の垂直作動型プローブカードに用いられていたものと同様に先端が他の部分より細くなったタングステン製のものである。一方、微小プローブ１１０は、図２に示すように、側面視略砲弾状に形成されたものであり、上端面１１１に凹部１１１Ａが形成されている。かかる微小プローブ１１０は、上端面１１１の直径が４０〜５０μｍ程度、上端面１１１から下端の接触部１１２までが１ｍｍ程度、凹部１１１Ａの深さが１５０〜２００μｍ程度にそれぞれ設定されている。
【００１４】
この微小プローブ１１０は、ＬＩＧＡプロセスを用いて形成されている。ここで、ＬＩＧＡプロセスとは、ドイツ語のＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｇ  ｕｎｄ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇの略であり、高分子レジストにシンクロトロン放射光を照射して微細な部品の型を焼き付け、電気メッキ法でその型に金属を埋め込んだ後、高分子レジストからなる型を溶解させて微細な部品を形成する方法をいう。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードでは、ＬＩＧＡプロセスを用いて形成される微小プローブ１１０は、Ｎｉ−Ｗ合金又はＦｅ−Ｗ合金からなっている。従来、ＬＩＧＡプロセスには、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等の軟質材料のみが使用可能であったが、最近の研究により、Ｎｉ−Ｗ合金又はＦｅ−Ｗ合金の硬質材料も使用可能になってきた。
【００１６】
ＬＩＧＡプロセスを用いた微小プローブ１１０の製造工程は、以下の通りである。
【００１７】
この微小プローブ１１０の製造工程は、大きく分けて２工程になる。すなわち、凹部１１１Ａが形成されていない部分を形成する工程（図４（Ａ）〜図４（Ｄ）参照）と、凹部１１１Ａが形成されている部分を形成する工程（図４（Ｅ）〜図４（Ｈ）参照）とである。
【００１８】
まず、高分子レジスト８００を基板８１０の上に塗布する（図４（Ａ）参照）。そして、シンクロトロン放射光ＳＲを用いたリソグラフィーにより微小プローブ１１０に対応した形状、すなわち微小プローブ１１０の凹部１１１Ａが形成されていない部分に相当する凹部８２０を形成する（図４（Ｃ）参照）。この際に使用されるマスク８３０には、シンクロトロン放射光吸収パターン８３１が形成されている（図４（Ｂ）参照）。すなわち、シンクロトロン放射光吸収パターン８３１が形成されていない部分に相当する部分のみにシンクロトロン放射光が照射されるのである。
【００１９】
次に、シンクロトロン放射光が照射された部分に形成された凹部８２０に、電気メッキ法を用いてＮｉ−Ｗ合金を析出させる（図４（Ｄ）参照）。
【００２０】
この析出に際しては、例えば、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４  −６Ｈ２  Ｏ）、タングステン酸ナトリウム（ＮａＷＯ４  −Ｈ２  Ｏ）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ３  Ｃ６  ＨＳＯ７  −２Ｈ２  Ｏ）、塩化アンモニウム（ＮＨ４  Ｃｌ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）からなる電解水溶液に凹部８２０が形成された高分子レジスト８００を有する基板８１０を浸漬し、前記基板８１０を陰極として電気メッキを行う。
【００２１】
さらに、新たな高分子レジスト８４０を前記高分子レジスト８１０及び前記Ｎｉ−Ｗ合金の上に塗布する（図４（Ｅ）参照）。そして、マスク８５０を介してシンクロトロン放射光を照射する。このマスク８５０は、微小プローブ１１０の凹部１１１Ａに相当する部分と、隣接する微小プローブ１１０の間の部分と以外にシンクロトロン放射光吸収パターン８５１が形成されている（図４（Ｆ）参照）。従って、微小プローブ１１０の凹部１１１Ａに相当する部分にのみシンクロトロン放射光が照射されない（図図４（Ｆ）参照）。
【００２２】
この状態で高分子レジスト８４０を現像すると、微小プローブ１１０の凹部１１１Ａの周囲に相当する部分のみが除去される（図４（Ｇ）参照）。さらに、電気メッキ法を用いてＮｉ−Ｗ合金を析出させる（図４（Ｈ）参照）。この析出に際しては、上述と同様に、例えば、硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化ナトリウムからなる電解水溶液に凹部８２０が形成された高分子レジスト８００、８４０を有する基板８１０を浸漬し、前記基板８１０を陰極として電気メッキを行う。
【００２３】
これによって、凹部１１１Ａを有する略砲弾状の微小プローブ１１０を形成することができた。
【００２４】
このようにして製造された微小プローブ１１０は、曲げ歪み量が０．０１以上の高弾性変形能で、完全密着曲げ変形後においても破断しない程度のＮｉ−Ｗ合金から構成されることになる。このＮｉ−Ｗ合金は、Ｘ線回折測定によると、超微細な結晶組織乃至非結晶組織とを有することが確認されており、ビッカース硬度で５００ＤＰＮ以上の高硬度であることが確認されている。
【００２５】
一方、針状プローブ１２０は、前記基板２００の下面側において固定樹脂２４０で固定されている。この針状プローブ１２０の後端である接続部は、基板２００に形成された配線パターン２１０にリード線２３０を用いて電気的に接続されている。
【００２６】
また、前記プローブ支持部材３００は、前記針状プローブ１２０を支持する第１支持部３１０と、前記微小プローブ１１０を支持する第２支持部３２０とを有している。前記第１支持部３１０は、前記固定樹脂２４０の下面に位置する。従って、この第１支持部３１０には、針状プローブ１２０の後端部分が貫通する貫通孔３１１が開設されている。もちろん、この貫通孔３１１は、ＬＳＩチップ７００の電極７１０の配置に対応して形成されている。
【００２７】
さらに、前記第２支持部３２０は、ＬＳＩチップ７００の電極７１０の配置に対応して形成された貫通孔３２１が開設されている。この第２支持部３２０は、長さが１ｍｍ程度の微小プローブ１１０が貫通し、上端面１１１が上面側に、接触部１１２が下面側に突出する程度の厚さに設定されている。かかる第２支持部３２０には、図２に示すように、弾性を有する弾性樹脂３３０を介して前記微小プローブ１１０が取り付けられている。すなわち、第２支持部３２０の上面側に弾性樹脂３３０を塗布し、この弾性樹脂３３０を介して微小プローブ１１０を固定するのである。従って、微小プローブ１１０は、第２支持部３２０に直接固定されているのではない。なお、微小プローブ１１０の上端面１１１は弾性樹脂３３０から突出している。
【００２８】
このように構成された第１支持部３１０と第２支持部３２０とは、基板２００の下面から垂下された支持部材３４０によって平行に支持される。この際、第１支持部３１０と第２支持部３２０との間隔は、第１支持部３１０によって支持された針状プローブ１２０の先端が、微小プローブ１１０の凹部１１１Ａに挿入され、かつ凹部１１１Ａの底面１１１Ｂに接触しない程度に設定されている。
【００２９】
次に、このように構成された垂直作動型プローブカードによるＬＳＩチップ７００の電気的諸特性の測定について説明する。
【００３０】
ウエハ状態にあるＬＳＩチップ７００を垂直作動型プローブカードの下方に位置する真空吸着テーブル７５０に吸着させる。この状態で、真空吸着テーブル７５０を上昇させてプローブ１００を構成する微小プローブ１１０を電極７１０に接触させる。微小プローブ１１０が電極７１０に接触してから後も真空吸着テーブル７５０を上昇させる。これをオーバードライブと称する。
【００３１】
すると、図３に示すように、微小プローブ１１０の凹部１１１Ａに入り込んでいる針状プローブ１１０の先端が凹部１１１Ａの底面１１１Ｂに接触する。この際、微小プローブ１１０を支持している弾性樹脂３３０が上方向に変形するので、過度のオーバードライブを吸収する。また、同時に針状プローブ１２０も変形してオーバードライブを吸収する。この状態で、ＬＳＩチップ７００と図外のテスターとの間で信号の遣り取りを行い、ＬＳＩチップ７００の電気的諸特性の測定を行う。
【００３２】
測定が完了したならば、真空吸着テーブル７５０を下降させるとともに、真空吸着テーブル７５０を横方向に移動させて次のＬＳＩチップ７００の測定に備える。
【００３３】
多数回の測定を行うことによって微小プローブ１１０の接触抵抗が大きくなったならば、微小プローブ１１０を交換する。ただし、この微小プローブ１１０はＬＩＧＡプロセスを用いたＮｉ−Ｗ合金から構成されているので、最低でも５万回以上の接触に耐えることが可能である。かかる微小プローブ１１０の交換は、次のようにして行う。まず、第２支持部３２０を第１支持部３１０から取り外す。新たな微小プローブ１１０が取り付けられた新たな第２支持部３２０を第１支持部３１０に取り付ける。その際、針状プローブ１２０の先端が、確実に新たな微小プローブ１１０の凹部１１１Ａに嵌まり込むようにする。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、Ｎｉ−Ｗ合金を析出させるために、硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化ナトリウムからなる電解水溶液を用いたが、次のようなものであってもよい。硫酸アンモニウム鉄（ＩＩＩ）  （Ｆｅ（ＮＨ４  ）（ＳＯ４  ）２  −１２Ｈ２  Ｏ）を前記電解水溶液中に添加した電解水溶液をもって電気メッキを行えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金を析出させることができる。
【００３５】
また、硫酸ニッケル、タングステン酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム（Ｎａ２  ＭｏＯ４  −２Ｈ２  Ｏ）、、クエン酸ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化ナトリウムの電解水溶液を用いると、Ｎｉ−Ｗ−Ｍｏ合金を析出させることができる。
【００３６】
これらの場合も、曲げ歪み量が０．０１以上の高弾性変形能で、完全密着曲げ変形後においても破断しない程度であり、ビッカース硬度が５００ＤＰＮ以上の高硬度であることが確認されている。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る垂直作動型プローブは、測定対象物の電極に垂直に接触するプローブと、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、測定対象物の電極に垂直に接触する微小プローブと、この微小プローブに形成された凹部に先端が嵌まり込む針状プローブとを有しており、前記微小プローブは、上端部の直径が４０〜５０μｍ、上端面から下端の接触部までが１ｍｍ、前記凹部の深さが１５０〜２００μｍに設定されており、前記プローブ支持部材は、前記針状プローブを支持する第１支持部と、前記微小プローブを上面側に塗布された弾性樹脂を介して支持する第２支持部とを有しており、前記第２支持部は、第１支持部に対して着脱可能になっている。このため、長寿命を有する微小プローブが磨耗したとしても、第２支持部とともに微小プローブを交換することができるようになっている。
【００３８】
また、前記弾性樹脂は、第２支持部の上面側に塗布されているので、弾性樹脂の変形によってオーバードライブ吸収することが可能となり、微小プローブと電極との間に適切な接触圧を確保することが可能となる。
【００３９】
また、前記微小プローブは、ＬＩＧＡプロセスを用いて形成されているので、精度よく形成される。
【００４０】
さらに、前記微小プローブは、Ｎｉ−Ｗ合金又はＦｅ−Ｗ合金からなるので、硬く破断しないものとすることができ、少なくとも５万回以上の接触に耐えることが可能となっており、長寿命の垂直作動型プローブカードとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの概略的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの要部の概略的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードの要部の概略的断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る垂直作動型プローブカードに用いられる微小プローブの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１００    プローブ
１１０    微小プローブ
１１１Ａ  凹部
１２０    針状プローブ
２００    基板
３００    プローブ支持部材
【図１】
0003558327.tif 000002
【図２】
0003558327.tif 000003
【図３】
0003558327.tif 000004
【図４】
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