(57)【要約】【課題】  電極および電極直下の誘電体構造が脆いデバイスであっても破損が生じにくいコンタクトプローブを提供する。【解決手段】  本発明のコンタクトプローブは、被測定面に接触する先端部と、支持および電気的接続を行なう支持部と、先端部を支持部に接続するスプリング部とを備え、先端部、支持部およびスプリング部は、支持部を固定して先端部を被測定面に押し当てたときにスプリング部に生じる弾性変形によって先端部が被測定面に当接したまま被測定面上を変位するように構成され、先端部は、形状が、被測定面に向かって配向する回転軸を有する回転体であり、先端部は、そのさらに先端において被測定面に直接接触する当接角部を備え、当接角部は、曲率半径Ｒが、３μｍ以上５０μｍ以下の丸みを有し、被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることを特徴とする。【選択図】        図１
2006208166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面に接触する先端部と、
支持および電気的接続を行なう支持部と、
前記先端部を前記支持部に接続するスプリング部とを備えるコンタクトプローブであって、
前記先端部、前記支持部および前記スプリング部は、前記支持部を固定して前記先端部を前記被測定面に押し当てたときに前記スプリング部に生じる弾性変形によって前記先端部が前記被測定面に当接したまま前記被測定面上を変位するように構成され、
前記先端部は、形状が、前記被測定面に向かって配向する回転軸を有する回転体であり、前記先端部は、そのさらに先端において前記被測定面に直接接触する当接角部を備え、
前記当接角部は、曲率半径Ｒが、３μｍ以上５０μｍ以下の丸みを有し、
前記被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることを特徴とするコンタクトプローブ。
【請求項２】
前記コンタクトプローブは、材質が、Ｗ，ＲｅＷ，ＢｅＣｕ，リン青銅，ＳＵＳとパリネイとからなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載のコンタクトプローブ。
【請求項３】
前記当接角部は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｏ，ＣｒとＭｏとからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む組成のコート層を有する請求項１に記載のコンタクトプローブ。
【請求項４】
請求項１に記載のコンタクトプローブの使用方法であって、当接角部を被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることを特徴とするコンタクトプローブの使用方法。
【請求項５】
請求項１に記載のコンタクトプローブを備えるプローブカード。
【請求項６】
請求項１に記載のコンタクトプローブを備える検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板や液晶表示装置などの電気検査を行なうためのコンタクトプローブおよびその使用方法に関する。特に、電極直下の誘電体が脆いデバイスに対しても、デバイスの破損を防止することができるコンタクトプローブ、プローブカードおよび検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や液晶表示装置などに形成される回路の検査は、一般に、コンタクトプローブを備えるプローブカードを用いて行われる。このコンタクトプローブの構造は、たとえば、図２に示すように、被測定面２０に接触させるための先端部２１と、湾曲部分を有するスプリング部２２と、検査装置にコンタクトプローブを取り付ける際にコンタクトプローブを支持するための支持部２３とを備える（特許文献１参照）。図３に示すコンタクトプローブも、同様に、被測定面３０に接触させるための先端部３１と、スプリング部３２と、コンタクトプローブを支持するための支持部３３とを備えるが、スプリング部３２と支持部３３の形状が、図２に示す例と異なる。スプリング部と支持部の形状は、図２および図３に示すような１回湾曲しただけのものに限らず、Ｓ字形または波形のものもある。
【０００３】
検査において、確実に電気的接触を確保するためには、被測定面上に形成された自然酸化膜やレジスト残留物などの絶縁膜を破って、その下に隠れた電極材料と電気的接触を確保する必要がある。絶縁膜を破るために、コンタクトプローブの先端部は一般に尖った形状を有する。ここで、尖った先端部を単純に押し当て絶縁膜を突き通して破るという方法以外に、尖った先端部を被測定面に押し当て被測定面に沿って引っかくことによって絶縁膜を削り取り、その下の電極材料と電気的接触を確保するという方法がある。この先端部が被測定面を引っかく動作を「スクラブ」という。
【０００４】
スクラブするコンタクトプローブの場合、一般に、図６に示すように、先端部６１の最下部に平坦面６５が設けられ、平坦面６５の両側を傾斜面６６，６７が挟んでいる。図２に示すコンタクトプローブの支持部２３を固定して、先端部２１を被測定面２０に垂直に押し当てると、先端部２１の平坦面２５が被測定面２０に面接触し、スプリング部２２は矢印２７に示すように弾性変形する。この弾性変形の際に、先端部２１は被測定面に押し当てられているので、先端部２１は、平坦面２５を被測定面２０に当接したまま矢印２８の向きに被測定面２０上を変位し、スクラブが行なわれる。
【０００５】
図３に示すコンタクトプローブの場合は、コンタクトプローブの保持部３３を固定して先端部３１を被測定面３０に垂直に押し当てると、先端部３１の平坦面３５が被測定面３０に面接触し、スプリング部３２は矢印３７に示すように弾性変形する。弾性変形の際に、先端部３１は被測定面３０に押し当てられているので、先端部３１は、平坦面３５を被測定面３０に当接したまま矢印３８の向きに被測定面３０上を変位し、スクラブが行なわれる。
【０００６】
被測定面に押し当てられた先端部がいずれの向きに変位するかは、コンタクトプローブが同種材料で一体成形されている場合、先端部、スプリング部および支持部の形状および相対的位置関係によって決まる。また、異種材料を組合せている場合は、上述の各条件以外に各部分の材質にも依存する。
【０００７】
図４にもとづき、先端部４１が被測定面に当接し、離脱するまでの一連の動作について説明する。図４（ａ）に示すように、被測定物は、基板４６の表面にアルミ電極４７が配置されたものであり、アルミ電極４７の表面が被測定面である。アルミ電極４７の表面は自然に形成された酸化膜４０によって覆われている。最初に、被測定面の真上からコンタクトプローブの先端部４１が降下し、平坦面４５が被測定面に当接する。
【０００８】
平坦面４５を被測定面に押し付けると、図４（ｂ）に示すように、スプリング部（図示していない。）の弾性変形によって、先端部４１が矢印の示すように変位する。このとき、先端部４１は被測定面に押しつけられているので、先端部４１は、平坦面４５を被測定面に接触させたまま、図中右向きに移動する。すなわち、スクラブが行なわれる。このとき、先端部４１によって酸化膜４０が削り取られ、キズ４４が形成されるが、同時に先端部４１は、酸化膜４０の下に隠れていたアルミ電極４７と電気的接触を確保することができる。この状態でコンタクトプローブを介した検査が行なわれる。スクラブに伴い、先端部４１の表面には、スクラブ屑４３が付着する。
【０００９】
検査が終わった後で、コンタクトプローブを上昇する。このとき、先端部４１は、図４（ｂ）の状態から即座に真上に上がるのではなく、図４（ｃ）に示すように、スプリング部の弾性変形が回復する間に、図中の矢印の向きにスクラブしながら移動し、その後、上昇する。
【００１０】
回路の検査時における接触抵抗の小さいコンタクトプローブが供試されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。このコンタクトプローブは、図５（ａ）に示すように、支持部５３と、スプリング部５２と、先端部５１とからなり、先端部５１は、そのさらに先端において、当接部５１ａを備える。この当接部５１ａとその周辺の拡大図を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、この当接部５１ａは、エッジの利いた鋭いブレード状であり、被測定面にコンタクトプローブを押し付けることにより、当接部５１ａのエッジに沿って、矢印の方向に変位し、電極表面をスクラブする。スクラブに際しては、電気的導通を図るとともに電極の破損を避けるため、押し付け荷重が数ｇとなるように調整する。
【特許文献１】特開２００３−２５４９９５号公報
【非特許文献１】Rod Martens et al.“MicroForceTM Probing for Devices with Low-k ILD Materials”Form Factor Intel, SouthWest Test Conference June, 2003 p 5-7, 21
【非特許文献２】Henry Shao,“Wafer-level Probe Challenges for 90-nm Flip Chip Logic Devices”Form Factor, Inc p 10-11, 13-14
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図５（ｂ）に示す当接部５１ａは、シリコン結晶の異方性エッチングにより形成した型を用いて製造されているため、当接部５１ａはエッジの利いたシャープなブレード状である。したがって、このようなシャープな当接部５１ａを電極表面に押し当て、エッジに沿ってスクラブすると、局所的に負荷が集中するため、電極に割れが生じやすく、割れると、検査後のワイヤボンディングが困難となる。また、電極直下の誘電体が脆い場合には誘電体の破損につながりやすい。したがって、エッジの利いた鋭いブレード状の当接部を使用する方法では、被測定面への接触荷重の許容範囲が非常に狭い。
【００１２】
また、このコンタクトプローブは、プローブカード上に金線をボンディングし、配列した後、金線を給電部としてＮｉメッキをすることによりスプリング部を形成し、その後、別工程で作製した先端部を接合して製造する。しかし、金線を給電部とし、Ｎｉメッキにより太らせてスプリング部を形成する方法では、メッキに際して、面内および深さ方向の電界密度が均一とならないため、Ｎｉメッキ量の分布が均一とならない。したがって、スプリング部のバネ定数のバラツキが大きくなり、コンタクトプローブを押し付けるときに発生する被測定面への接触荷重の管理が難しく、電極およびその下にある誘電体の破損が生じやすい。
【００１３】
本発明の課題は、電極および電極直下の誘電体構造が脆いデバイスであっても破損が生じにくいコンタクトプローブ、プローブカードおよび検査装置を提供することにある。また、かかるコンタクトプローブの使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコンタクトプローブは、被測定面に接触する先端部と、支持および電気的接続を行なう支持部と、先端部を支持部に接続するスプリング部とを備え、先端部、支持部およびスプリング部は、支持部を固定して先端部を被測定面に押し当てたときにスプリング部に生じる弾性変形によって先端部が被測定面に当接したまま被測定面上を変位するように構成され、先端部は、形状が、被測定面に向かって配向する回転軸を有する回転体であり、先端部は、そのさらに先端において被測定面に直接接触する当接角部を備え、当接角部は、曲率半径Ｒが、３μｍ以上５０μｍ以下の丸みを有し、被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【００１５】
コンタクトプローブの材質は、Ｗ，ＲｅＷ，ＢｅＣｕ，リン青銅，ＳＵＳとパリネイとからなる群より選ばれる少なくとも１つが好ましい。また、少なくとも当接角部は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｏ，ＣｒとＭｏとからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む組成のコート層を有する態様が好適である。  本発明のコンタクトプローブの使用方法は、当接角部を被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることを特徴とする。また、本発明のプローブカードおよび検査装置は、かかるコンタクトプローブを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
被測定面である電極表面の酸化膜をスクラブ除去するタイプのコンタクトプローブにおいて、スクラブ時における電極および電極直下の誘電体の破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のコンタクトプローブの基本構造を図１（ａ）に例示する。図１（ａ）に示すように、このコンタクトプローブは、被測定面１０に接触する先端部１と、支持および電気的接続を行なう支持部３と、先端部１を支持部３に接続するスプリング部２とを備える。
【００１８】
先端部１と、支持部３と、スプリング部２とは、支持部３を固定して先端部１を被測定面１０に押し当てると、スプリング部２に生じる弾性変形によって、先端部１が被測定面１０に当接したまま、被測定面１０上を変位するように構成される。このため、被測定面１０である電極表面の酸化膜を矢印の方向にスクラブ除去する。
【００１９】
先端部１のみの拡大断面図を図１（ｂ）に示す。先端部１の形状は、被測定面１０に向かって配向する回転軸１４を有する回転体であり、図１には先端部１が円錐状である例を示すが、電極の仕様などに合わせて、たとえば、楕円体を長軸に沿って回転させた形状、回転放物面状、円柱状あるいは半球状などとすることができる。先端部１は、そのさらに先端において、被測定面１０と直接接触する当接角部１１を有する。当接角部１１は、被測定面１０に接触して発生する荷重が局所的に集中するのを避けるため、最小曲率半径Ｒが３μｍ以上の丸みを有し、曲率半径Ｒは５μｍ以上が好ましい。曲率半径Ｒを３μｍ以上とすることにより、電極の割れを有効に防止することができ、電極直下の誘電体構造が脆いデバイスにおいてもデバイスの破損を効果的に回避することができる。また、当接角部の機械的強度を高め、多数回のコンタクトにより、矢印の方向にスクラブを繰り返しても、当接角部の潰れを回避することが容易となる。
【００２０】
当接角部１１を被測定面１０に押し当てたときに、当接角部１１により被測定面１０の酸化膜を十分にスクラブ除去できるように、当接角部１１の曲率半径Ｒは５０μｍ以下とし、３０μｍ以下が好ましい。曲率半径Ｒを５０μｍ以下とすることにより、被測定面に対する押し付け圧力が低いにも拘わらず、被測定面の酸化膜を確実にスクラブ除去し、安定な電気的導通を得ることができる。また、当接角部により被測定面に形成されるスクラブ痕を小さくし、測定後のワイヤボンディング工程を支障なく進めることができる。
【００２１】
当接角部１１を被測定面１０に押し当てるときの圧力は、被測定面の酸化膜を有効に除去し、確実に電気的な導通を得ることができるように、０．１ＧＰａ以上とし、０．２ＧＰａ以上が好ましい。一方、当接角部１１を被測定面１０に押し当てるときの圧力は、電極の割れを有効に防止し、デバイスの破損を効果的に回避することができるように、５ＧＰａ以下とし、３ＧＰａ以下が好ましい。
【００２２】
本発明のコンタクトプローブは、かかる全ての特性を総合的に満たすことにより、被測定面である電極表面の酸化膜を有効にスクラブ除去し、電気的な導通を確保することができる。また、電極の割れを防止するとともに、電極直下の誘電体構造が脆いデバイスであっても誘電体の破損を防止することが容易となる。
【００２３】
コンタクトプローブの材質は、高強度で、靭性が高く、バネ特性に優れる点で、Ｗ，ＲｅＷ，ＢｅＣｕ，リン青銅，ＳＵＳとパリネイとからなる群より選ばれる少なくとも１つである態様が好ましい。パリネイは、金１０質量％、白金１０質量％とパラジウム３５質量％を含む組成の合金である。
【００２４】
当接角部は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｏ，ＣｒとＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む組成のコート層を有する態様が好ましい。コンタクトプローブは、数万回から百万回程度、被測定面に押し当てられるため、スクラブ時に電極表面から酸化被膜などが脱離し、スクラブ屑となって先端部に付着しやすい。しかし、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｒ，ＭｏまたはＰｄ−Ｃｏなどからなるコート層を有すると、スクラブ屑が当接角部に付着しにくく、見かけ上の先端形状を維持できるため、多数回スクラブした後も、デバイス破損の防止効果を長く維持することができるようになる。また、当接角部が、Ａｕ，ＲｈもしくはＰｄなどの貴金属、または、貴金属の合金からなるコート層を有すると、電気的な導通性および耐腐食性を高めることができる点で、より好ましい。さらに、当接角部の表面に、導電性ダイヤモンドライクカーボン，ＣｒＮまたはＴｉＮのいずれかからなるコート層を有する態様は、耐磨耗性が向上する点で、より好ましい。
【００２５】
コンタクトプローブは、被測定面に対する押し付け圧およびストロークなどの仕様に合わせて、たとえば、外径２０μｍ〜１００μｍ程度の極細ワイヤを所定の形状に成形し、つぎに、先端部を電解研磨などにより回転体状に成形し、当接角部に丸みを形成する方法により容易に製造することができる。具体的には、直径３０μｍのタングステン線を切断し、コンタクトプローブ状に加圧成形する。つぎに、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液をエッチング液とし、白金製の対向電極を用い、タングステン線の先端部を０．１ｍｍだけエッチング液に浸漬し、５Ｖの正弦波を印加する。その後、所定の速度でタングステン線を引き上げることにより、先端部を円錐形状とし、当接角部に丸みを形成することができる。
【００２６】
本発明のコンタクトプローブは、被測定面に押し当てるときの圧力が、０．１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下で使用される点に特徴を有する。このように、検査電極に対して許容される加圧範囲が広いため、多数本のコンタクトプローブをアセンブルしたプローブカードであっても、被測定面の高さバラツキおよびプローブカードの高さバラツキによらず、安定して動作し、確実な電気的導通を得ることができる。また、このように小さい押し付け圧であっても、被測定面である電極表面の酸化膜を確実にスクラブ除去して、安定な電気的導通を得ることができ、電極へのストレス集中が小さいため、電極の破損を防止する。したがって、本発明のコンタクトプローブを備えるプローブカードまたは検査装置は、多数の電極を有する半導体装置および液晶表示装置などにおいて、多数の電極に対し一括して低ダメージで電気検査を行なうことができる。
【００２７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
電極および電極直下の誘電体構造が脆いデバイスであっても破損が生じにくいコンタクトプローブ、プローブカードおよび検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のコンタクトプローブの典型的な構造を示す図である。
【図２】従来のコンタクトプローブの斜視図である。
【図３】従来のコンタクトプローブの斜視図である。
【図４】従来のコンタクトプローブの動作を示す説明図である。
【図５】従来のコンタクトプローブの斜視図である。
【図６】従来のコンタクトプローブの先端部の拡大平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  先端部、２  スプリング部、３  支持部、１０  被測定面、１１  当接角部、１４  回転軸。
【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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