(57)【要約】【課題】  電極パッドを突き破ることがなく、電極パッドとその直下の素子との間にリークを生じさせたり、電極パッド直下の素子を破壊してしまうおそれもない電気測定のためのコンタクトプローブを提供する。【解決手段】  コンタクトプローブ１は、接触部１ａと吊り部１ｂと連結部１ｃと支軸部１ｄとを備え、電極パッド４に接触させられて半導体デバイス３の電気特性を測定する。接触部１ａは、自重で電極パッド４の測定面に底面１a1が面接触する形状を有する。吊り部１ｂは、接触部１ａの重心Ｇを通る、底面１a1に垂直な垂線Ｈが接触部１ａの外表面と交わる箇所Ａからずれた箇所Ｂの、接触部１ａの外表面に設けられる。連結部１ｃは一端部が吊り部１ｂに柔軟につながれる。支軸部１ｄは、一端部が連結部１ｃの他端部につながれ、他端部側がプローブアーム２に固定される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触させられて被測定物の電気特性を測定する電気測定のためのコンタクトプローブにおいて、
自重で被測定物の測定面に底面が面接触する形状を有する接触部と、この接触部の重心を通る前記底面に垂直な垂線が前記接触部の外表面と交わる箇所からずれた箇所の前記接触部の外表面に設けられる前記接触部の吊り部と、一端部が前記吊り部に柔軟につながれる連結部と、一端部が前記連結部の他端部につながれ他端部側がプローブアームまたはプローブカードに固定される支軸部とを備えることを特徴とするコンタクトプローブ。
【請求項２】
前記連結部は伸び縮みする弾性体から形成されることを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
【請求項３】
前記接触部は外形がお椀を伏せた形状をしており、前記底面が略円形をしていてその中心を通る垂線上に前記接触部の重心があり、前記吊り部は前記接触部の肩部に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンタクトプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に接触させられて被測定物の電気特性を測定する電気測定のためのコンタクトプローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気測定のためのコンタクトプローブとしては、例えば特許文献１に開示された半導体集積回路テスタ用プローブがある。このプローブは、触手部と接触部とで構成されている。触手部は、一方の基端がプローブ保持基板に固定されており、板ばね弾性を有する板状導電性部材で構成されている。接触部は、触手部により硬質の導電性部材で構成されている。プローブを降下させた場合、接触部がパッドに当てられるが、触手部が十分な弾性を持っているため、その押圧力を充分吸収して、パッドの変形が防止される。
【０００３】
また、従来、特許文献２に開示されたプローブカードがある。このプローブカードは、ポリミドまたはガラスエポキシ基板と、タングステンなどで作られた探針により構成される。探針は、ウエハ上のチップ内のパットと接触したときには、針先が探針の直径より太い球または楕円体であることより、パットと針先との接触面積は広くなり、探針がパットを押しつける圧力は拡散され低減される。このため、針先がパットを押す単位面積当たりの圧力が小さくなり、パット自体の損傷が低減される。
【０００４】
また、従来、特許文献３の図６に開示されたプローブカードもある。このプローブカードは、プローブカード基板とプローブ支持板との間に発条を介在させる。プローブカード基板と半導体チップとを接近させてプローブの先端が半導体チップの上の電極に圧着されても、良好な導通を得るための圧着力が発条の伸縮力により得られる。このため、プローブ自体は変化せず、プローブの先端が半導体チップの内側方向へ入り込むおそれはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６４７８５号公報
【特許文献２】特開平６−２９１１６７号公報
【特許文献３】特開平５−２６７４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された上記従来のプローブは、触手部の弾性により、接触部が当てられるパッドの変形を防止しているが、触手部の弾性は経時的に劣化する。このため、接触部のパッドへの接触力にバラツキが出てくるようになり、接触部とパッドとの良好な電気的接触が得られなくなると共に、接触部がパッドを傷つけるおそれが生じる。
【０００７】
また、特許文献２に開示された上記従来のプローブカードは、針先が探針の直径より太い球または楕円体であることより、パットと針先との接触面積は広くなるとのことであるが、球または楕円体の側壁とパット表面の平面とは点で接触する。このため、針先のパットへの押しつけ圧力は拡散しないものと考えられる。
【０００８】
また、特許文献３に開示された上記従来のプローブカードは、良好な導通を得るための圧着力を発条の伸縮力により得ているが、この発条の伸縮力も経時的に劣化する。このため、プローブ先端の電極への接触力にバラツキが出てくるようになり、プローブの先端と電極との良好な電気的接触が得られなくなると共に、プローブの先端が電極を傷つけるおそれが生じる。
【０００９】
近年、半導体デバイスをより小型化するため、入出力用ボンディングパッド下に配線や受動素子や能動素子を配置する、ＰＯＥ(Pad On Elment)構造が利用される。このような構造の半導体デバイスの電気測定に、特許文献１や特許文献２、特許文献３に開示された従来のコンタクトプローブやプローブカードを使用すると、プローブ先端が電極パッドを突き破って電極パッド直下の絶縁膜に傷を付け、電極パッドとその直下の受動素子や能動素子との間にリークを生じさせる原因となる。また、さらに、プローブ先端が電極パッドを突き破って電極パッド直下の受動素子や能動素子を直接傷付け、これら素子を破壊してしまうおそれもある。したがって、特許文献１や特許文献２、特許文献３に開示された従来のコンタクトプローブやプローブカードは、近年の微細化された半導体デバイスにおける電気測定の使用にそぐわない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
被測定物に接触させられて被測定物の電気特性を測定する電気測定のためのコンタクトプローブにおいて、
自重で被測定物の測定面に底面が面接触する形状を有する接触部と、この接触部の重心を通る底面に垂直な垂線が接触部の外表面と交わる箇所からずれた箇所の接触部の外表面に設けられる接触部の吊り部と、一端部が吊り部に柔軟につながれる連結部と、一端部が連結部の他端部につながれ他端部側がプローブアームまたはプローブカードに固定される支軸部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本構成によれば、接触部は吊り部により連結部を介して支軸部に吊り下げられるが、吊り部により吊られる位置は、接触部の重心を通る底面に垂直な垂線が接触部の外表面と交わる箇所からずれた箇所になる。したがって、接触部は底面を傾けた状態で支軸部に吊られ、プローブが被測定物の測定面に接触する際には、接触部の底面の端が測定面に最初に接触する。その後、プローブが被測定物の測定面に近付けられるのに連れて、接触部の自重により、接触部の底面が測定面と成す角度が小さくなり、最終的にこの角度が０になって接触部の底面が測定面に合わさり、各面が一致する。プローブは、この状態で、接触部の自重により生じる接触圧で測定面に接触する。このため、プローブは、その先端の接触部が過大な接触圧で測定面に接触することがなく、接触部の底面がソフトにかつ確実に被測定物の測定面に接触するようになる。よって、測定面にナノオーダーの極薄い厚さの電極パッドが形成される場合においても、プローブ先端の接触部は電極パッドを突き破ることがなく、電極パッド直下の絶縁膜に傷を付けて、電極パッドとその直下の素子との間にリークを生じさせる原因を生じさせたり、電極パッド直下の素子を直接傷付け、素子を破壊してしまうおそれもない。
【００１２】
この結果、近年の微細化された半導体デバイスにおける電気測定の使用に好適なコンタクトプローブを提供することができる。このコンタクトプローブによれば、上記のリーク等によって半導体デバイスの特性を低下させたり、被測定面直下の素子を破壊することが無くなるので、半導体デバイス製造の歩留まりは向上する。
【００１３】
また、本発明は、連結部が伸び縮みする弾性体から形成されることを特徴とする。
【００１４】
本構成によれば、支軸部から接触部に加わる力は連結部を形成する弾性体によって効果的に緩衝される。このため、接触部の底面と測定面との接触は、支軸部からの外力に阻害されることなく、確実に安定して行われる。
【００１５】
また、本発明は、接触部の外形がお椀を伏せた形状をしており、底面が略円形をしていてその中心を通る垂線上に接触部の重心があり、吊り部が接触部の肩部に設けられることを特徴とする。
【００１６】
本構成によれば、接触部の底面が略円形をしていて、接触部が測定面へ接触する箇所には尖った部分がない。したがって、プローブ先端の接触部が測定面に接触する際に測定面を傷つけることはない。このため、測定面に形成される極薄い厚さの電極パッドへの接触により適したコンタクトプローブを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極パッドを突き破ることがなく、電極パッド直下の絶縁膜に傷を付けて、電極パッドとその直下の素子との間にリークを生じさせる原因を生じさせたり、電極パッド直下の素子を直接傷付け、素子を破壊してしまうおそれもない、近年の微細化された半導体デバイスの電気測定に好適なコンタクトプローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態によるコンタクトプローブの側面図である。
【図２】一実施形態によるコンタクトプローブの使用時の状態を示す側面図である。
【図３】一実施形態によるコンタクトプローブの先端にある接触部が電極パッドの測定面に接触する過程を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明のコンタクトプローブを実施するための形態について、説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるコンタクトプローブ１の側面図である。
【００２１】
コンタクトプローブ１は、接触部１ａと吊り部１ｂと連結部１ｃと支軸部１ｄとを備え、被測定物に接触させられて被測定物の電気特性を測定する。
【００２２】
接触部１ａは、導電材料から形成され、自重で被測定物の測定面に底面１a1が面接触する形状を有する。本実施形態では、接触部１ａの外形はお椀を伏せた形状をしており、底面１a1が略円形をしている。吊り部１ｂは導電材料から形成され、柱状をしており、接触部１ａを吊るために設けられる。この吊り部１ｂは、接触部１ａの重心Ｇを通る、底面１a1に垂直な垂線Ｈが接触部１ａの外表面と交わる箇所Ａからずれた箇所Ｂの、接触部１ａの外表面に設けられる。本実施形態では、接触部１ａがお椀状をしているため、重心Ｇは略円形をした底面１a1の中心を通る垂線Ｈ上にあり、吊り部１ｂは接触部１ａの肩部に設けられる。
【００２３】
連結部１ｃは導電材料から形成され、一端部が吊り部１ｂに柔軟につながれる。本実施形態では、連結部１ｃは伸び縮みする弾性体、例えば図示する圧縮コイルスプリングなどから形成される。支軸部１ｄも導電材料から形成され、柱状体などから形成される。支軸部１ｄは、一端部が連結部１ｃの他端部につながれ、他端部側がプローブアームまたはプローブカードに固定される。
【００２４】
図２は、本実施形態によるコンタクトプローブ１の使用時の状態を示す側面図である。なお、同図において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２５】
同図に示すコンタクトプローブ１は、支軸部１ｄの他端部側が一般的なプローブアーム２に固定されている。また、接触部１ａの底面１a1は、半導体デバイス３の表面に形成された電極パッド４の測定面に接触させられている。コンタクトプローブ１は、その先端の接触部１ａが電極パッド４に接触させられて、半導体デバイス３の電気特性を測定する。
【００２６】
このような本実施形態によるコンタクトプローブ１によれば、接触部１ａは吊り部１ｂにより連結部１ｃを介して支軸部１ｄに吊り下げられるが、吊り部１ｂにより吊られる位置は、接触部１ａの重心Ｇを通る底面１a1に垂直な垂線Ｈが接触部１ａの外表面と交わる箇所Ａからずれた箇所Ｂになる。したがって、接触部１ａは底面１a1を傾けた状態で支軸部１ｄに吊られ、プローブ１が電極パッド４の測定面に接触する際には、図３（ａ）の側面図に示すように、接触部１ａの底面１a1の端が測定面に最初に接触する。その後、プローブ１が半導体デバイス３の測定面に近付けられるのに連れて、プローブ１は、接触部１ａの自重により、図３（ｂ）の側面図に示すように、接触部１ａの底面１a1が測定面と成す角度θが小さくなる。最終的には、図３（ｃ）の側面図に示すように、この角度θが０になって接触部１ａの底面１a1が測定面に合わさり、各面が一致する。プローブ１は、連結部１ｃが柔軟に吊り部１ｂに連結するため、この状態で、支軸部１ｄおよび連結部１ｃの位置にかかわらず、接触部１ａの自重により生じる接触圧Ｐで測定面に接触する。
【００２７】
この接触圧Ｐは次のように算出される。まず、接触部１ａから電極パッド４の測定面に働く力Ｆは、接触部１ａの重さをｍ、重力加速度をｇとすると、次の（１）式で表される。
Ｆ＝ｍ×ｇ[Ｎ]  …（１）
【００２８】
電極パッド４の測定面には接触部１ａから常時上記の力Ｆが働く。したがって、接触部１ａの自重により生じる単位面積当たりの接触圧Ｐは、接触部１ａの底面１a1の面積をＳとすると、次の（２）式で表される。
Ｐ＝Ｆ／Ｓ＝ｍ×ｇ／Ｓ[Ｐａ]  …（２）
【００２９】
この接触圧Ｐは、接触部１ａの自重により生じるため、不変である。このため、プローブ１は、その先端の接触部１ａが過大な接触圧で測定面に接触することがなく、接触部１ａの底面１a1がソフトにかつ確実に電極パッド４の測定面に接触するようになる。よって、測定面にナノオーダーの極薄い厚さの電極パッド４が形成される場合においても、プローブ先端の接触部１ａは電極パッド４を突き破ることがなく、電極パッド４の直下の絶縁膜に傷を付けて、電極パッド４とその直下の素子との間にリークを生じさせる原因を生じさせたり、電極パッド４の直下の素子を直接傷付け、素子を破壊してしまうおそれもない。
【００３０】
また、接触部１ａはその底面１a1の広い面積Ｓで電極パッド４の測定面に接触するため、プローブ１と電極パッド４との接触抵抗Ｒは小さくなる。このため、電極パッド４の直下の半導体デバイス３に形成される素子の微小な抵抗に影響を与えることなく、プローブ１を用いた電気測定を行えるようになる。
【００３１】
この結果、近年の微細化された半導体デバイス３における電気測定の使用に好適なコンタクトプローブ１を提供することができる。このコンタクトプローブ１によれば、上記のリーク等によって半導体デバイス３の特性を低下させたり、電極パッド４の直下の素子を破壊することが無くなるので、半導体デバイス製造の歩留まりは向上する。
【００３２】
なお、本実施形態は、吊り部１ｂの設置箇所を上記のように重心Ｇからずれた位置に敢えて配置し、接触部１ａを吊る際のバランスを崩すことで、上記の作用効果が奏される。もしも、吊り部１ｂの設置箇所を重心Ｇを通る垂線Ｈに交わる箇所Ａに設けると、プローブ１が被測定物の測定面に接触する際、その先端の接触部１ａの底面１a1が傾いていると、底面１a1の端が測定面との摩擦によって滑らず、底面１a1が傾いたままになる傾向を呈する。この結果、接触部１ａの底面１a1と測定面とは一致せず、両者の接触は不完全になる。しかし、本実施形態では、上記のように接触部１ａを吊る際のバランスを敢えて崩すことで、接触部１ａの自重によって接触部１ａの底面１a1と測定面とが上記のように確実に一致する。
【００３３】
また、本実施形態によるコンタクトプローブ１によれば、支軸部１ｄから接触部１ａに加わる力は連結部１ｃを形成する弾性体である圧縮コイルスプリングによって効果的に緩衝される。このため、接触部１ａの底面１a1と電極パッド４の測定面との接触は、支軸部１ｄからの外力に阻害されることなく、確実に安定して行われる。
【００３４】
また、本実施形態によるコンタクトプローブ１によれば、接触部１ａの底面１a1が略円形をしていて、接触部１ａが電極パッド４の測定面へ接触する箇所には尖った部分がない。したがって、プローブ先端の接触部１ａが測定面に接触する際に測定面を傷つけることはない。このため、本実施形態によるコンタクトプローブ１によれば、測定面に形成される極薄い厚さの電極パッド４への接触により適したコンタクトプローブ１を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
上記実施形態によるコンタクトプローブ１は、あらゆる素子の電気特性評価に使用可能であるが、交流（ＡＣ）高周波電圧ではなく、直流（ＤＣ）電圧の電気測定用に特に適している。交流電圧測定では、連結部１ｃが撓むため、測定電圧にノイズが乗りやすくなる。
【符号の説明】
【００３６】
１…コンタクトプローブ
１ａ…接触部
１ｂ…吊り部
１ｃ…連結部
１ｄ…支軸部
２…プローブアーム
３…半導体デバイス
４…電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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