(57)【要約】【課題】半導体装置の電気特性検査において、パッド電極に対する物理的ダメージを低減する弾性プローブを提供する。【解決手段】プローブ基部３０１と、その先に設けた先端弾性体３０２からなる弾性プローブとし、パッド電極２００との接触においては、先端弾性体３０２が撓んで良好な電気的接触を確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査素子の電極端子との電気的接触を担う弾性プローブであって、
プローブ基部と、
前記プローブ基部の先に設けられた可撓性で導電性の先端弾性体と、
を備えることを特徴とする弾性プローブ。
【請求項２】
前記先端弾性体が、導電性繊維が絡み合った集合体であることを特徴とする請求項１記載の弾性プローブ。
【請求項３】
前記導電性繊維集合体が、炭素繊維からなることを特徴とする請求項２記載の弾性プローブ。
【請求項４】
前記先端弾性体が、導電性粒子または導電性繊維を練りこんだ樹脂からなる導電性樹脂塊であることを特徴とする請求項１記載の弾性プローブ。
【請求項５】
前記絶縁性樹脂塊内における前記導電性粒子または前記導電性繊維の前記電極端子との接触領域における密度が前記電極端子との非接触領域における密度よりも高いことを特徴とする請求項４記載の弾性プローブ。
【請求項６】
前記先端弾性体が、絶縁性樹脂塊表面に導電性膜や導電性繊維を被覆したものであることを特徴とする請求項１記載の弾性プローブ。
【請求項７】
被検査素子の電極端子との電気的接触を担う弾性プローブを用いる検査方法であって、
前記弾性プローブを前記電極端子と接触させる工程と、
前記弾性プローブを押圧して、前記先端弾性体を撓ませて、前記先端弾性体と前記電極端子と接触面積を拡大する工程と、
前記被検査素子の電気特性を検査する工程と、
前記弾性プローブを前記電極端子から離して、前記先端弾性体を元の形状に回復させる工程と、
からなることを特徴とする弾性プローブを用いる検査方法。
【請求項８】
前記電極端子が、パッド電極またはバンプ電極であることを特徴とする請求項７記載の弾性プローブを用いる検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査素子の電極端子、とりわけ半導体装置のウェハ状態におけるパッドと樹脂および無機質等の材料で封止したパッケージの電極端子との電気的接触を担うプローブの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気特性検査工程における被検査素子の電極端子、とりわけウェハ状態の半導体装置におけるパッドとの電気的接触を担うプローブは低抵抗で接触しうる点と耐磨耗の点を考慮して設計され、多くはタングステンや金・銀を主体とした材料を用いた針構造となっている。
【０００３】
針構造の保持形態には、いわゆるカンチと呼ばれる片持ち梁型と、プローブ針と押しバネをアルミニウム合金等の導電性を持つ円筒の内部に収納して構成した垂直型が多く見られる。
【０００４】
半導体装置のパッドと電気的接触を成立させる際には、プローブ先端部をパッドに徐々に接近させ、光学顕微鏡などを用いた物理的方法あるいは電気導通の有無など電気的方法等の手段を用いて、双方との間の接触を確認した後に、いわゆるオーバードライブと呼ばれる幾分の押し付け量をさらに加えることが通常である。オーバードライブ量は、接触しているプローブが進む距離として一般に数十ミクロンメートルであるが、これによってプローブ先端部とパッド間の抵抗量を低減させ、かつ、安定した電気的接触を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１３７３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被測定物である半導体装置には、通常、ワイヤーボンディングを実施するためのアルミ合金等の材質で製作されたパッド電極が存在する。これは同時に半導体装置の電気特性試験を行なうためにも必ず必要とされるものである。
【０００７】
通常、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、このパッド電極２００に金属やタングステン等の導電体で構成されたプローブ３００と呼ばれる電極針を、被測定半導体装置１００のパッド電極２００に接触させることで、電気的導通を得て、半導体装置の電気的特性を測定することが可能である。その際、半導体装置のパッド電極２００表面部ではプローブ針によって、数ミクロン単位での傷２０１が付くことになる。これにより、パッド電極２００の表面部、あるいはパッド電極２００下にある電子回路素子の一部に対して、ある程度のダメージが及ぶ恐れがある。
【０００８】
プローブ先端部とパッドを構成する材料を比べると、プローブ先端部の硬度が大きいため、オーバードライブ量によってプローブ先端部がパッドに食い込み、更にパッド表層付近の物理的形状を変化させて電気的接触を図ることとなる。このパッドの形状変化は塑性変形であるので傷という形で残り、修復がされることはない。そして過度の傷はその後の針構造先端部とパッドとの間の抵抗量を増大させる可能性があり、電気特性検査においては電気ノイズを発生させる原因のひとつともなる。例えば、本来正常動作をする何ら欠陥のないダイであるにもかかわらず、誤動作を引き起こして不具合の判定となり、あるいは直流出力値に本来の値からのズレを発生させ、結果として電気特性検査の判定結果を左右しかねない。さらには、樹脂パッケージ実装時のパッドに対するボンディングワイヤーの溶着性を低下させる可能性があるので、プローブとパッド間の接触回数に制限を設けざるを得ないことがあり得る。また、パッドを構成する材料はプローブ先端部との接触の際に塑性変形するが、変形の全てがパッド内に留まるとは限らずその一部が微細な粒子となってパッド周囲に脱落、あるいはプローブ先端部に付着する場合がある。プローブ先端部に付着した微細な粒子は、プローブ先端部とパッドとの間に異物として介在するためプローブ先端部とパッド間の抵抗量を増大させる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では以下の様な手段を用いた。
まず、被検査素子の電極端子との電気的接触を担う弾性プローブにおいて、プローブ基部と、前記プローブ基部の先に、可撓性で導電性の先端弾性体を設けたことを特徴とする弾性プローブとした。
【００１０】
また、前記先端弾性体が、導電性繊維が絡み合った集合体であることを特徴とする弾性プローブとした。
また、前記導電性繊維集合体が、炭素繊維からなることを特徴とする弾性プローブとした。
【００１１】
また、前記先端弾性体が、導電性粒子または、導電性樹脂塊であることを特徴とする弾性プローブとした。
また、前記導電性樹脂塊が、導電性粒子または導電性繊維を絶縁性樹脂塊に混練したものであることを特徴とする弾性プローブとした。
【００１２】
また、前記絶縁性樹脂塊内における前記導電性粒子または前記導電性繊維の前記電極端子との接触領域における密度が前記電極端子との非接触領域における密度よりも高いことを特徴とする弾性プローブとした。
また、前記先端弾性体が、絶縁性樹脂塊表面に導電性膜や導電性繊維を被覆したものであることを特徴とする弾性プローブとした。
【００１３】
また、被検査素子の電極端子との電気的接触を担う弾性プローブを用いる検査方法において、前記弾性プローブを前記電極端子と接触させる工程と、前記弾性プローブを押圧して、前記先端弾性体を撓ませて、前記先端弾性体と前記電極端子と接触面積を拡大する工程と、前記被検査素子を電気特性検査する工程と、からなる弾性プローブを用いる検査方法とした。
また、前記電極端子が、パッド電極またはバンプ電極であることを特徴とする弾性プローブを用いる検査方法とした。
【発明の効果】
【００１４】
上記手段を用いることで、本発明の弾性プローブは、電気特性検査工程における被検査素子の電極端子、とりわけウェハ状態の半導体装置におけるパッドとの電気的接触において、接触の際のパッドへ与える物理的ダメージを大きく低減するので樹脂等パッケージ実装時のパッドに対するボンディングワイヤーの溶着性低下の懸念を低減する。よって製品の信頼性を向上させ、また再々度のプローブ先端部とパッドとの間の接触に際しても抵抗値を増大させることがない。
【００１５】
また、接触抵抗は低抵抗であるので、電気特性検査においては電気ノイズの低減となり、正常動作品の不良判定品への誤判定防止に繋がり、製品取れ個数の減少および全体としての製造コストの上昇を未然に抑え、さらに、直流出力値を本来の値からズレを発生させる要因の割合を減らすため電気特性検査への信頼度を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の弾性プローブをパッド電極に適用した場合の側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の弾性プローブの側面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の弾性プローブの側面図である。
【図４】本発明の弾性プローブをバンプ電極に適用した場合の側面図である。
【図５】従来のプローブをパッド電極に適用した場合の図である。
【図６】従来のプローブをバンプ電極に適用した場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施例による弾性プローブをパッド電極に適用した場合の側面図であるが、その構成は、図１（ａ）のように、タングステン等の金属からなるプローブ基部３０１の先端に、可撓性で導電性の先端弾性体３０２を設けたものである。図１（ｂ）に示すように、弾性プローブが下降するとパッド電極２００と接触すると、次に、先端弾性体３０２はパッド電極２００に押し付けられ、弾性体の押圧部分が撓み、他の部分が膨らむ形状となり、先端弾性体３０２とパッド電極２００との接触面積は次第に拡大する。この時、接触面積がプローブ基部３０１の断面積以上であることが望ましい。押圧された圧力は、弾性体３０２がパッド電極２００と接する面に均一に加わることになり、広い接触領域において良好な電気的接触を得ることができる。先端弾性体３０２とパッド電極２００が適度に接触して後、通常の方法にてテスタからの電気的信号をパッド電極から入力することで半導体装置の電気特性検査をする。
【００１９】
電気特性検査が終了した後は、弾性プローブをパッド電極２００から離すが、先端弾性体３０２は可撓性を有しているので、パッド電極２００から離れれば、元の形状に回復し、形状が復元されることになる。以上の工程によりパッド電極２００の表面に大きな傷をつけることはない。
【００２０】
このように本実施例によれば、従来、硬度の高いプローブによって局所的に押圧されることで発生していたパッド電極表面の傷を回避できることになる。また、パッド電極下方に半導体素子が形成されていた場合であっても、その半導体素子の破壊を回避できることになる。本構成では、半導体装置のパッド電極２００表面部が荒れた状態であったり、あるいは異物が乗っていたりする状態であっても、さほど影響を受けずに電気的接触を図ることができるという利点もある。
【００２１】
従来のプローブ試験では、プローブがパッド電極に接触したのち、プローブを滑らせる、いわゆるオーバードライブという操作を行うが、この際、パッド電極端部の保護膜を破損するということもある。しかしながら、本発明の弾性プローブを利用すれば、オーバードライブという操作は不要であり、弾性プローブとパッド電極との多少のアライメントズレがあっても、弾性プローブの一部が保護膜に乗り上げる程度であって、保護膜を破壊することもなく、電気的接触が阻害されるという懸念もない。
【００２２】
図１に示した実施例１においては、先端弾性体３０２を微細な繊維（ワイヤ）の集合体、すなわち、導電性繊維集合体３１１として形成する。細いステンレスを用いた金属タワシのように極細の金属繊維どうしを絡めた集合体とすることで、パッド電極２００と導電性繊維集合体３１１とが接触すると、集合体がパッド電極表面の形状に合わせて撓み、パッド電極と広範囲で密着することになる。ここで、繊維集合体には、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、タングステンなどの導電性の良好な金属、または、これらを主材とする合金からなる細線を利用するのが良い。また、導電性の炭素繊維の集合体を利用することでも良い。
【実施例２】
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施例による実施形態の弾性プローブの側面図である。
プローブ基部３０１の先に形成される先端弾性体３０２は、導電性粒子や導電性繊維を樹脂に練り込んだ導電性樹脂塊３１３という構成である。導電性粒子や導電性繊維には、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステンなどの金属、または、これらを主材とする合金を利用するのが良い。樹脂塊には、球状の絶縁性シリコンゴムなどを利用するのが良い。この時、樹脂塊内における導電性粒子や導電性繊維の密度は均一であっても良いが、パッド電極と接する面における密度を高めることで電気的接触の信頼性を高めることができる。
以上では、導電性物質を混練した樹脂塊の例を説明したが、樹脂塊自身が導電性ポリマーであれば、金属系の導電性物質を混練する必要はない。
【実施例３】
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施例による実施形態の弾性プローブの側面図である。
プローブ基部３０１の先に形成される先端弾性体３０２は、球状のシリコンゴム等からなる樹脂塊３１２の表面に導電性膜や導電性繊維３１４を被覆した形状である。先端弾性体３０２がパッド電極に押圧されると、芯部の樹脂塊３１２の変形に合わせて周囲の導電性膜や導電性繊維３１４が変形してプローブとパッド電極との電気的接触を良好に保つことができる。ここで、周囲の導電性膜や導電性繊維３１４は、均一であっても良いが、パッド電極２００と接触する領域だけを密にし、他を疎にする構成でも構わない。なお、表面の導電性膜はＰＶＤ法やＣＶＤ法や貼り付け法によって形成できる。導電性繊維は撚糸を貼り付ける方法で形成することができる。
【００２５】
図４は、本発明の弾性プローブをバンプ電極に適用した場合の側面図である。図４（ａ）および（ｂ）は、バンプ電極の頂部、側部におけるプローブとの接触状態をそれぞれ示したものであるが、本発明の弾性プローブを用いれば、球状の表面を有するバンプ電極４００のいずれの箇所においても先端弾性部３０２とバンプ電極４００とが良好な電気的接触を得ることが可能である。
【００２６】
図６は、比較のために従来のプローブをバンプ電極に適用した場合の図であるが、この場合は、パッド電極の場合と異なる先端形状のプローブ３００を用いたとしても、バンプ電極４００とプローブ３００とのアライメントズレ許容値が図４に示す例よりも小さいのは明らかである。以上の比較から分かるように、本発明の弾性プローブは、半導体装置上の電極がパッド電極でもバンプ電極でも同一形状のものを利用することができるという利点がある。
【００２７】
通常、半導体装置の最終形態として、パッケージと呼ばれる半導体装置表面を樹脂等で包み込む構造体の内部に収納され、電極であるパッドは金に代表されるワイヤで接続される。このワイヤとの接触はなるべくパッドの表面が荒れていない状態が望ましい。
【００２８】
今後、半導体装置が使用用途が産業的に広がる中で、半導体装置上のワイヤーボンディングの強度も高信頼性を求められるケースが増加している。本特許による弾性プローブを使用することにより、半導体装置のパッド表面には最小限の傷しか残らないため、より高信頼性のボンディングが可能となる。
【００２９】
特異なケースではあるが、ウェハのまま出荷する製品の電気特性上のモニター用としてウェハが維持されて使用されている場合がある。そのようなケースでは、測定する度に測定電極端子であるモニター用のウェハのパッドが、電気特性検査の度に表面の金属が削られて磨耗してしまうという課題があり、その使用回数が限られていたが、本発明を使用することにより、何度測定してもパッドを傷める心配がないため、モニター機能を有するウェハの管理が容易となる。
【符号の説明】
【００３０】
１００  半導体装置
２００  パッド電極
２０１  パッド電極上の針跡
３００  プローブ
３０１  プローブ基部
３０２  プローブ針先端弾性体
３１１  導電性繊維集合体
３１２  樹脂塊
３１３  導電性樹脂塊
３１４  導電性膜、導電性繊維
４００  バンプ電極
【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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