(57)【要約】  プローブは、被検査体と接触する接触部を有している。接触部の内部には、導電性を有する接触粒子が分散して均一に配置されている。接触部の被検査体側の表面には、一部の接触粒子が突出している。接触部の被検査体側と反対の面には、弾性を有する導電性部材が配置されている。プローブは、貫通孔が形成された絶縁体シートをさらに有し、接触部は、貫通孔を貫通して配置されている。接触部の上部は、接触粒子を含まない導体からなっている。導体における被検査体側と反対の面には、他の導体がさらに配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触部を被検査体に接触させて被検査体の電気的特性を検査するプローブであって、
前記接触部はその内部に複数の導電性を有する接触粒子が分散して配置され、且つ接触部の被検査体側の表面には、前記接触粒子が一部突出し、
前記接触部における被検査体側と反対の面には、弾性を有する導電性部材が配置されている。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブであって、
前記複数の接触粒子は、前記接触部の内部に均一に配置されている。
【請求項３】
請求項１に記載のプローブであって、
前記プローブは、貫通孔が形成された絶縁性シートをさらに有し、
前記接触部は、前記貫通孔を貫通して配置されている。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブであって、
前記接触部の上部は、前記接触粒子を含まない導体からなり、
前記導体は、前記貫通孔を貫通して配置されている。
【請求項５】
請求項４に記載のプローブであって、
前記導体における被検査体側と反対の面には、他の導体がさらに配置されている。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブであって、
前記他の導体は、前記導体の酸化防止用めっきである。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブであって、
前記他の導体は、金からなる。
【請求項８】
請求項１に記載のプローブであって、
前記接触部と前記導電性部材は、導電性の接着剤により接続されている。
【請求項９】
請求項１に記載のプローブであって、
前記導電性部材は、その内部に導電性粒子を有し、
前記導電性粒子は、前記接触粒子より低い高度を有する。
【請求項１０】
請求項９に記載のプローブであって、
前記導電性粒子の抵抗値は、前記接触粒子の抵抗値より低い。
【請求項１１】
請求項１に記載のプローブであって、
前記導電性部材は、コイルバネである。
【請求項１２】
請求項１に記載のプローブであって、
前記接触粒子は、前記接触部より高い硬度を有する。
【請求項１３】
請求項１に記載のプローブであって、
前記接触粒子は、導電性ダイヤモンド、ＳｉＣ又はＴｉＣのいずれかからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の電気的特性を検査するプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に形成されたＩＣ、ＬＳＩなどのデバイス（以下、「デバイス」という。）の電気的特性の検査には、回路基板やプローブを有するプローブカードが用いられ、例えば回路基板の下面に配置されたプローブを、ウェハ上のデバイスに設けられた電極に接触することによって行われている。【０００３】
電極は、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる。アルミニウム等は酸化しやすいため、その表面には絶縁体である酸化膜が形成される。そのため、プローブを電極に接触させるだけでは、電極の表面に形成された酸化膜を突き破って、プローブと電極の導通を確保することができない。そこで、このような電気的特性の測定を行う際、ウェハの電極とプローブとの導通を確保するために、プローブを電極に接触させた後、ウェハを水平方向に振動させ、プローブの先端により酸化膜を削りとる、いわゆるスクラブという作業が行われる。【０００４】
この場合、例えば図１０に示すようにプローブ１００には、回路基板１０１に片持ち支持された梁部１０２と、梁部１０２の自由端部からウェハＷに延伸する接触子１０３とを備えたものが用いられる（特許文献１）。そして、接触子１０３とウェハＷの電極Ｐが圧接するようにオーバードライブをかけた状態でウェハＷを水平方向に振動させることで、電極Ｐの表面の酸化膜Ｏが削りとられて、接触子１０３の先端部１０４と、電極Ｐの導電部が接触する。
【特許文献１】日本国特開２００６−１１９０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法では、スクラブにより削りとられた酸化膜Ｏが接触子１０３の先端部１０４に付着し、プローブ１００と電極Ｐとの安定的な導通を阻害する。このため、プローブ１００の先端部１０４のクリーニングを定期的に実施する必要がある。しかしながら、クリーニングを実施すると、先端部１０４が磨耗してしまうという問題がある。また、スクラブは、電極Ｐの表面に大きな針痕が残り、電極Ｐを損傷してしまうおそれがある。【０００６】
一方、スクラブを用いないプローブと電極の接触方法としては、例えばポゴピンに代表される垂直高荷重コンタクトが考えられる。しかしながら、近年、デバイスの高機能化及び高速化に伴って配線構造の微細化、薄膜化が進み、配線層が極めて薄くなってきているため、例えばポゴピンのような垂直高荷重コンタクトによる検査を行うと、プローブが酸化膜のみならず電極や配線層をも貫通するおそれがある。また、プローブの荷重時の応力により配線層や絶縁層を損傷するおそれもある。そして、これを避けるためにプローブに加える荷重を低くすると、プローブと電極との導通が不安定になるという問題が生じる。【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被検査体の電気的特性の検査を低いプローブ荷重で、安定的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、接触部を被検査体に接触させて被検査体の電気的特性を検査するプローブであって、前記接触部はその内部に複数の導電性を有する接触粒子が分散して配置され、且つ接触部の被検査体側の表面には、前記接触粒子が一部突出し、前記接触部における被検査体側と反対の面には、弾性を有する導電性部材が配置されている。【０００９】
本発明によれば、接触粒子が接触部から被検査体側に突出しているので、プローブに加える荷重を低くした場合でも接触粒子が容易に酸化膜を突き破り、被検査体とプローブの導通を確保することができる。これにより、被検査体の電気的特性の検査を低いプローブ荷重で、安定的に行うことができる。しかも、接触部における被検査対と反対の面には、弾性を有する導電性部材が配置されているため、プローブには弾性が付与され、ウェハＷ上の各電極に高低差があった場合も、その高低差を弾性により吸収することができる。これにより、被検査体の電気的特性の検査をさらに安定的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検査体の電気的特性の検査を低いプローブ荷重で、安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態にかかるプローブを有するプローブ装置を示す側面図である。
【図２】本実施の形態にかかるプローブの構成の概略を示す説明図である。
【図３】絶縁性シートの平面図である。
【図４】弾性導電シートの平面図である。
【図５】本実施の形態にかかるプローブと電極とが電気的に接触した状態を示す説明図である。
【図６】本実施の形態にかかるプローブを研磨した状態を示す側面図である。
【図７】他の実施の形態にかかるプローブの説明図である。
【図８】他の実施の形態にかかるプローブの説明図である。
【図９】他の実施の形態にかかるプローブの説明図である。
【図１０】従来のプローブの説明図である。
【符号の説明】
【００１２】
１    プローブ装置
２    検査用基板
３    載置台
１０    回路基板
１１    ホルダ
１２    中間体
１２ａ    中間基板
１３    プローブ
２０    弾性導電シート
３０    接触部
４０    絶縁性シート
４１    先端部
４２    導体部
４３    めっき層
４５    接触粒子
４５ａ    接触粒子
４５ｂ    接触粒子
４６    貫通孔
５０    金属枠
５１    接着剤
６０    導電部
６２    絶縁部
６５    通電路
６５ａ    上部端子
６５ｂ    下部端子
６７    導電性部材
７０    金属枠
７０ａ    枠状部
７０ｂ    板状部
７１    接着剤
７２    接着剤
８６    導電性接着剤
８７    プローブ
９０    コイルバネ
Ｗ    ウェハ
Ｐ    電極
Ｏ    酸化膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態にかかるプローブを有するプローブ装置１の構成の概略を示す側面の説明図である。プローブ装置１には、例えばプローブカード２と、被検査体としてのウェハＷを載置する載置台３が設けられている。プローブカード２は、載置台３の上方に配置されている。プローブカード２は、例えば載置台３に載置されたウェハＷに検査用の電気信号を送るための回路基板１０と、当該回路基板１０の外周部を保持するホルダ１１と、回路基板１０の下面側に配置された中間体１２と、中間体１２の下面側に配置され、ウェハＷ上の電極Ｐに接触して回路基板１０とウェハＷとの間の電気的な導通をはかるプローブ１３を有している。【００１４】
回路基板１０は、図示しないテスタに電気的に接続されており、テスタからの検査用の電気信号を、中間体１２を介して下方のプローブ１３に対し送受信することができる。回路基板１０は、例えば略円盤状に形成されている。回路基板１０の内部には、電子回路が形成され、回路基板１０の下面には、当該電子回路の複数の接続端子１０ａが形成されている。【００１５】
中間体１２は、例えば平板状の中間基板１２ａと、中間基板１２ａの上面に取付けられた弾性導電シート２０を備えている。中間基板１２ａは、例えば方形に形成され、例えばシリコン基板やガラス基板などにより構成されている。【００１６】
中間基板１２ａの下面側に配置されたプローブ１３は、図２に示すように、電極Ｐと接触する接触部３０と、絶縁材であるゴムシートからなる絶縁性シート４０を有している。接触部３０は、ウェハＷの電極Ｐの配置に対応する位置に形成されている。接触部３０はさらに、先端部４１と、先端部４１の上面に形成され、先端部４１と電気的に接続された導体部４２と、導体部４２の上面に設けられた他の導体としてのめっき層４３からなる。【００１７】
先端部４１は導電性に優れ且つ電極Ｐより硬質の材質、例えばニッケルなどのめっきに、複数の導電性を有する接触粒子４５を添加した複合めっきにより形成されている。図２に示すように、先端部４１はその内部に接触粒子４５ａが分散して配置され、且つ先端部４１のウェハＷ側の表面には、一部の接触粒子４５ｂが突出している。すなわち、接触粒子４５ｂの一部が先端部４１に埋め込まれ、残りが先端部４１の表面から突出した状態になっている。【００１８】
接触粒子４５は、本実施の形態においては先端部４１の母材よりも硬質の、例えばＳｉＣ、ＴｉＣや導電性ダイヤモンドなどの導電性物質を破砕することにより形成した微細な粒子であり、鋭利な破砕面を有している。そして、この微細で且つ鋭利な破砕面を持つ接触粒子４５がプローブ１３の先端部４１から突出しているため、プローブ１３へ加える荷重が低い場合でも、接触粒子４５は容易に電極Ｐの表面に形成された酸化膜Ｏを貫通することができる。なお、発明者らが調べたところ、例えばプローブ１３に加える荷重を１ｇｆ／本とした場合、酸化膜Ｏを貫通して電極Ｐとの導通を確保するのに最適な接触粒子４５の粒径は０．３〜２．０μｍ程度であった。【００１９】
導体部４２は、絶縁性シート４０の、電極Ｐの配置に対応する位置に形成された貫通孔４６を貫通するように設けられている。導体部４２の外周には、上面側と下面側にそれぞれ係止部４２ａ、４２ｂを有している。この係止部４２ａ、４２ｂにより、導体部４２が絶縁性シート４０から脱落することを防止している。導体部４２には、本実施の形態においては、例えば銅を用いているが、良好な導電性を示すものであれば、例えばニッケルなど、他の導体であってもよい。【００２０】
めっき層４３は導体部４２の表面が酸化し、導体部４２の表面に酸化膜が形成されることを防止する防護膜である。めっき層４３の材料には、例えば金などが用いられる。このように、導電性の良い金を用いることで、後述する導電性部材６７と接触部３０との接触抵抗を低減することができる。【００２１】
絶縁性シート４０は、例えば図３に示すように方形に形成され、方形の金属枠５０に外周部が張設されている。金属枠５０は、例えばウェハＷと同じ熱膨張率を有する鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ合金）により形成されている。絶縁性シート４０には、ウェハＷの電極Ｐに対応する位置に、例えば円形の貫通孔４６が形成されており、前述のとおり貫通孔４６には接触部３０が設けられている。なお、図３において接触部３０は円形にて示されているが、その形状は例えば方形などでも良く、本図に記載の形状に限定されるものではない。金属枠５０は、図１に示すように例えば弾性を有するシリコーン製の接着剤５１により、中間基板１２ａの外周部の下面に接着されている。【００２２】
中間基板１２ａの上面に設けられた弾性導電シート２０は、例えば図４に示すように方形に形成され、全体が弾性を有する絶縁材である、例えばゴムシートにより形成されている。弾性導電シート２０には、導電性を有する複数の導電部６０が形成されている。導電部６０は、例えば回路基板１０の接続端子１０ａ及び中間基板１２ａの後述する通電路６５の上部端子６５ａの配置に対応するように形成されている。導電部６０は、ゴムシートの一部に導電性粒子が密に充填されて構成されている。各導電部６０は、例えば弾性導電シート２０を上下方向に貫通し弾性導電シート２０の上下の両面から凸状に突出している。弾性導電シート２０の導電部６０以外の部分は、絶縁部６２になっている。【００２３】
例えば図４に示すように弾性導電シート２０は、その外周部を囲む金属枠７０に固定されている。金属枠７０は、金属枠５０と同じく、例えばウェハＷと同じ熱膨張率を有する例えば鉄−ニッケル合金により形成されている。金属枠７０は、弾性導電シート２０の外周部に沿った四角の枠状部７０ａと、その枠状部７０ａから外側に向かって延びる複数の板状部７０ｂを有している。金属枠７０の枠状部７０ａは、図１に示すように例えば弾性を有するシリコーン製の接着剤７１により、中間体１２の中間基板１２ａの外周部の上面に接着されている。これにより、弾性導電シート２０の各導電部６０が中間基板１２ａの上部端子６５ａに接触されている。【００２４】
金属枠７０の板状部７０ｂは、図４に示すように外側に向かって細長い長方形状に形成されて可撓性を有している。板状部７０ｂは、例えば枠状部７０ａの外周面に等間隔に取り付けられている。板状部７０ｂは、中間体１２の水平方向の外方にまで延びている。各板状部７０ｂの外側の端部は、図１に示すように例えば弾性を有するシリコーン製の接着剤７２により、回路基板１０の下面に接着されている。これにより、弾性導電シート２０の各導電部６０が回路基板１０の接続端子１０ａに接触されている。【００２５】
中間体１２の中間基板１２ａには図１に示すように、下面から上面に通じる複数の通電路６５が形成されている。通電路６５は、例えば中間基板１２ａの厚み方向の垂直方向に向けて直線状に形成されている。通電路６５の上端部には、上部端子６５ａが形成され、通電路６５の下端部には、下部端子６５ｂが形成されている。中間基板１２ａの下部端子６５ｂの下面には、導電性部材６７が取付けられ、下部端子６５ｂと電気的に接続されている。導電性部材６７は、例えば被検査体であるウェハＷの電極Ｐの配置に対応する位置、すなわちプローブ１３の接触部３０に対応する位置に設けられている。そして、プローブ１３と回路基板１０とは、導電性部材６７をプローブ１３の接触部３０に圧接することにより電気的に接続される。なお、導電性部材６７の内部には、導電性粒子（図示せず）が密に充填されている。この導電性粒子は、接触部３０の先端部４１に設けられた接触粒子４５よりも低い硬度を有している。また、導電性粒子の抵抗値は、接触粒子４５の抵抗値よりも低い。このような特質を有する導電性粒子として、例えばニッケルの周囲に金や銀などをコーティングした粒子が用いられる。【００２６】
次に、以上のように構成されたプローブ装置１の作用について説明する。先ず、ウェハＷが載置台３上に載置されると載置台３が上昇し、ウェハＷがプローブ１３の下面に下から押し付けられる。このとき、ウェハＷの各電極Ｐがプローブ１３の各接触部３０に接触し押圧する。これにより、プローブ１３の接触部３０は、下から上方向に作用する力により上方向に押圧され、導電性部材６７と接触する。これにより、接触部３０と導電性部材６７とが電気的に接続される。そして、さらに載置台３を上昇させプローブ１３に従来よりも低い、例えば１ｇｆ／本の荷重を上方向に付与する。【００２７】
載置台３をさらに上昇させ、プローブ１３にオーバードライブをかけることにより、接触部３０が導電性部材６７によって電極Ｐに向かい押動される。そして、図５に示すように接触粒子４５ｂが電極Ｐ上の酸化膜Ｏを貫通して電極Ｐと接触し、プローブ１３と電極Ｐとの導通が確保される。この際、プローブ１３は接触部３０の表面から突出した接触粒子４５ｂを有しているため、１ｇｆ／本程度の低い荷重で容易に酸化膜Ｏを貫通し、電極Ｐとの導通を確保することができる。このためプローブ１３は、荷重時の応力により配線層や絶縁層を損傷することがない。また、プローブ１３と回路基板１０とを電気的に接続する導電性部材６７と弾性導電シート２０は弾性を有しているため、各電極Ｐに高低差があった場合も、その高低差を弾性により吸収することができる。【００２８】
以上の実施の形態によれば、高い硬度を有する接触粒子４５が接触部３０からウェハＷ側に突出しているので、プローブ１３に加える荷重が低くても電極Ｐ上の酸化膜Ｏを容易に貫通し、電極Ｐとプローブ１３との導通を確保することができる。このため、ウェハＷの電気的特性の検査を低い荷重で、安定的に行うことができる。また、低荷重でプローブ１３と電極Ｐを接触させることができるので、電極Ｐの損傷を抑制することができる。さらに、プローブ１３は垂直に荷重しているため、スクラブ作業が不要である。そのため、先端部４１への酸化膜Ｏの付着も少なく、プローブ１３のクリーニングの頻度も少なくできる。【００２９】
ここで、例えばプローブ１３の抵抗値を低く抑えるために、本実施の形態の接触部３０を設けずに、検査時に導電性部材６７を直接ウェハＷの電極Ｐに接触させることも考えられる。しかしながら、この場合、導電性部材６７内の導電性粒子の硬度が低いため、当該導電性粒子が電極Ｐ上の酸化膜Ｏを貫通することができない。この点、本実施の形態のプローブ１３は、高い硬度を有する接触粒子４５と、低い抵抗値を有する導電性粒子とを両方備えているので、導電性粒子によってプローブ１３全体の抵抗値を低く抑えつつ、接触粒子４５が電極Ｐ上の酸化膜Ｏを貫通して、電極Ｐとプローブ１３の導通を確保することができる。したがって、ウェハＷの電気的特性の検査を適切に行うことができる。【００３０】
以上の実施の形態によれば、接触粒子４５は先端部４１の内部にも均一に分散析出されているため、例えば先端部４１から突出した接触粒子４５ｂが脱落したり、繰り返しの使用による磨耗等によって欠損したりした場合も、図６に破線で示す部分（先端部４１の表面）を、例えば先端部４１の母材のみをエッチングするエッチング液に浸漬して接触部３０の内部の接触粒子４５ａを露出させると共に、新たに先端部４１ａを形成すれば、プローブ１３を繰り返し使用することができる。このため、接触部３０の寿命を延ばすことができ、プローブ１３のメンテナンス頻度を減少させることができる。なお、接触部３０をエッチング液に浸漬して先端部４１のエッチングを行う際は、接触粒子４５が突出する寸法が、電極Ｐの酸化膜Ｏの厚さより長く、すなわち接触粒子４５が酸化膜Ｏを突き破ることができる長さとなるように設定する。また、接触粒子４５は先端部４１を研磨することで露出させてもよい。この場合、接触部３０は絶縁性シート４０に固定されているので、研磨時に各接触部３０が例えば図示しない研磨装置の研磨面に接触しても傾動することがない。このため、接触部３０の研磨を適切に行うことができる。【００３１】
以上の実施の形態によれば、導電性部材６７内の導電性粒子は接触粒子４５よりも低い硬度を有し、導電性部材６７は弾性を有している。そして、プローブ１３と中間体１２とは、この弾性を有する導電性部材６７を介して電気的に接続されている。このため、プローブ１３には弾性が付与され、ウェハＷ上の各電極Ｐに高低差があった場合も、その高低差を弾性により吸収することができる。【００３２】
以上の実施の形態によれば、導体部４２の上面に、酸化防止用の防護膜であるめっき層４３が形成されているため、プローブ１３と導電性部材６７との接触抵抗が減少し、安定した導通を得ることができる。【００３３】
以上の実施の形態では、接触部３０を、先端部４１と、導体部４２と、めっき層４３とから形成したが、接触部３０は全体を先端部４１のみ、すなわち接触部３０全体を複合めっきにより形成し接触部全体に接触粒子４５が配置されていてもよい。また、接触部３０は、先端部４１とめっき層４３とで形成してもよい。【００３４】
また、以上の実施の形態のプローブ１３に代えて、図７に示すように導電性部材６７と接触部３０の先端部４１を、例えば導電性接着剤８６を用いて直接電気的に接続したプローブ８７を用いてもよい。この場合、容易にプローブ８７を製造することができる。なお、導電性部材６７としては、ＰＣＲ、ポゴピン、ＭＥＭＳ針などの垂直荷重プローブも使用可能であるし、カンチレバータイプの使用可能である。【００３５】
以上の実施の形態のプローブ１３、８７では、導電性部材６７として、内部に導電性粒子を有する部材を用いていたが、弾性を有し、且つ導電性を有する部材であればこれに限定されない。例えば図８に示すように、プローブ１３において、導電性部材としてコイルバネ９０を設けてもよい。また、例えば図９に示すようにプローブ８７においても、同様に、導電性部材としてコイルバネ９０を設けてもよい。なお、プローブ１３、８７のその他の構成については、上述した実施の形態のプローブ１３、８７と同様であるので、説明を省略する。【００３６】
ここで、例えば仮にコイルバネを接触子として用いて、検査時に当該コイルバネを直接ウェハの電極に接触させた場合には、コイルバネの先端が電極上の酸化膜を削り、削りとられた酸化膜がコイルバネの先端に付着してしまう。そうすると、コイルバネの抵抗値が高くなり、ウェハの電気的特性を適切に検査することができない。この点、本実施の形態のプローブ１３、８７には、コイルバネ９０の先端に、高い硬度を有する接触粒子４５を有する先端部４１が設けられているので、プローブ１３、８７に加える荷重が低くても、接触粒子４５が電極Ｐ上の酸化膜Ｏを容易に貫通して、電極Ｐとプローブ１３、８７との導通を確保することができる。また、プローブ１３、８７には垂直荷重のみが加えられるので、上述したように酸化膜Ｏが削り取られて、コイルバネ９０の抵抗値が高くなることがない。したがって、ウェハＷの電気的特性の検査を低い荷重で、安定的に行うことができる。【００３７】
なお、プローブ１３において、コイルバネ９０の先端がめっき層４３の表面を削る場合もありえるが、めっき層４３は金からなるため、削り取られためっき層によってコイルバネ９０の抵抗値が高くなることはない。【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず、種々の様態を採りうるものである。本発明は、基板が半導体以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の被検査体の電気的特性を検査するためのプローブに有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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