(57)【要約】【課題】  プローブ針に接触される電極の面積を大きくすることなく、２本のプローブ針を電極に接触させることができるプローブ装置を得る。【解決手段】  基板２に設けられた第１の電極４と電気的に接続され、基板に交差する方向に沿って、その方向に沿って伸縮可能ならせん形状部を有する第１のプローブ針６と、基板に設けられた第２の電極８と電気的に接続され、第１のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれて、基板に交差する方向に沿って位置し、弾性的に伸縮可能な形状を有する、第２のプローブ針９とを備える。【選択図】          図１
2005091087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた第１の電極と電気的に接続され、前記基板に交差する方向に沿って配置され、その方向に弾性的に伸縮可能ならせん形状部を有する第１のプローブ針と、
前記基板に設けられた第２の電極と電気的に接続され、前記第１のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれ、前記基板に交差する方向に沿って位置し、該方向に弾性的に伸縮可能な形状を有する、第２のプローブ針とを備える、プローブ装置。
【請求項２】
前記第１および第２のプローブ針の少なくとも一方の先端部が、前記基板の面に対して鋭角θで交差するように曲げられている、請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記第１のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれて位置する絶縁性の中空支柱を備え、前記第２のプローブ針が前記中空支柱の内側に位置する、請求項１または２に記載のプローブ装置。
【請求項４】
前記第２のプローブ針における弾性的に伸縮可能な形状が、らせん形状部、およびく字状屈曲部のいずれかである、請求項１〜３のいずれかに記載のプローブ装置。
【請求項５】
前記第２のプローブ針がらせん形状部を有し、その第２のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれて位置する支柱をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検査物の電極に接触し、被検査物の電気的特性検査等を行うためのプローブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプローブ装置は、ウェハの電極（パッド）に対して垂直方向に移動するのではなく、斜め上方から降りてゆきその針先を電極に押し当てスライドさせていた。このため、検査する領域に対してプローブ装置の占める割合が大きくなり、また同時に測定できるプローブの数は少なくなるという問題があった。また、ウェハの反りのために、信頼性の高い測定を同時に行なうことができるプローブの数が制約されるという問題があった。
【０００３】
上記の問題を解決するために、プローブ針がらせん状の形状を有したプローブ装置の提案がなされた（たとえば特許文献１参照）。らせん状のプローブ針を用いる場合、被検査物における電極の表面に対して垂直な方向からプローブ針を立てることができ、電極配置の制約を受けることなくプローブ針を立てることが可能となる。また、プローブ針が有するばねの作用により、プローブ針に過大な力が加わることを防止でき、プローブ針の寿命の向上を図ることが可能となる。さらに、プローブ針が有するばね作用により、プローブ針と電極との電気的接触を確実に行うことができる。
【特許文献１】特開昭６３−２５７２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プローブ装置を用いた測定では、機能試験における入力信号と出力信号、または電源のフォースとセンスのように２本のプローブ針を一つの電極に接触させなければならない場合がある。上記のらせん状のプローブ針を用いた場合、らせん状のプローブ針が被試験物である製品の電極に接触すると電極はこのらせん状のプローブ針に覆い隠されてしまう。このため、従来のらせん状のプローブ針を備えるプローブ装置を使って１つの電極に２本のプローブ針を接触させるには、らせん状のプローブ針によって覆われる面積の２倍以上の面積を有する電極を配置する必要があり、製品が大型化するという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、電極の面積を大きくすることなくらせん状プローブ針を含む２本のプローブ針を電極に接触させることができるプローブ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプローブ装置は、基板に設けられた第１の電極と電気的に接続され、基板に交差する方向に沿って配置され、その方向に弾性的に伸縮可能ならせん形状部を有する第１のプローブ針と、基板に設けられた第２の電極と電気的に接続され、第１のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれ、基板に交差する方向に沿って位置し、該方向に弾性的に伸縮可能な形状を有する、第２のプローブ針とを備える。
【０００７】
この構成によれば、２本のプローブ針を配置しても第２のプローブ針が第１のプローブ針のらせん形状の中に位置するので、プローブ装置の大型化を防止することができる。このため、小型プローブ装置を用いて判定不能期間なしに入力信号および出力信号を送受信し、試験することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１に係るプローブ装置の正面図である。図１（ｂ）はそのＩＢ-ＩＢ断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）における支柱７内における第２のプローブ針９の配置を示す図であり、また図１（ｄ）は図１（ａ）における第２のプローブ針９を示す図である。図１に示すように、実施の形態１のプローブ装置１は、その一端が基板２の主面３に形成された第１の電極４に半田５で取りつけられたタングステン等の導電体からなるらせん形状の第１のプローブ針６を備えている。また、このプローブ装置は、この第１のプローブ針６のらせん内部に位置し、一端を基板２の主面３に接着材で固着された樹脂等の絶縁性材料からなる中空円柱形の支柱７と、この支柱内部に位置し、一端が基板２の主面３に形成された第２の電極８に半田５で取りつけられたタングステン等の導電体からなる第２のプローブ針９とを備える。
【００１０】
なお、基板２はその主要部分がポリイミド等の絶縁性樹脂からなり、電極４，８や内部配線（図示せず）は銅等の金属からなる。また、第２のプローブ針９は「く」の字状の屈曲部を有し、基板２の主面３と垂直な方向に伸縮可能である。
【００１１】
図２はこのプローブ装置を半導体装置に接触させ、半導体装置の機能試験を行っている図である。なお、この図では正面からは見えないプローブ装置の主要部分を破線で示し、半導体装置の一部を断面として示している。
【００１２】
半導体装置１０は、半導体基板１１の下面１２が基板２の主面３と平行であり、かつ第１のプローブ針６と第２のプローブ針９とが半導体基板１１の上面１４に形成された、外周縁が表面保護膜１５に覆われた被接触電極であるパッド１６に接触するようプローバ（図示せず）で位置合わせされている。
【００１３】
なお、第１のプローブ針６の先端と、第２のプローブ針９の先端とを同時にパッド１６の主面１７に接触させるために、第１のプローブ針６の先端および第２のプローブ針９の先端と、基板２の主面３との間の距離は同じにしてある。また、支柱７のパッド１６側の端縁は、第１のプローブ針６と第２のプローブ針９とがパッド１６の主面１７に接触し、この接触によって受けた力で縮んだ状態になってもパッド１６の主面１７に接触しない様にするため、プローブ針６および９の先端位置より基板２の主面３の側に後退するようにした。すなわち、第２のプローブ針９が支柱７の上記端縁から十分露出するように、支柱７は短くされている。さらに第１のプローブ針６と第２のプローブ針９の先端は、パッド１６の主面１７と垂直に接触するよう加工されている。
【００１４】
この実施の形態において、パッド１６は半導体装置１０内部で入出力バッファ（図示せず）に接続されており、機能試験ではこのパッド１６に試験装置１８から信号が入力されたり、このパッド１６から出力される信号が試験装置１８で判定されたりする。このため第１のプローブ針６が接続された第１の電極４は伝送線路１９ａにより試験装置１８の信号出力端子２０と、第２のプローブ針９が接続された第２の電極８は試験装置１８の信号入力端子２１と伝送線路１９ｂにより接続されている。つまり、試験装置１８はプローブ針６および９の一端を介して半導体装置１０におけるパッド１６に信号を与え、他端を介してパッド１６からの信号を受ける。試験装置１８とプローブ装置１とで試験システムが構成される。
【００１５】
図３は、機能試験時の半導体装置１０と試験装置１８との間の入出力信号のタイミングチャートであり、図３（ａ）はプローブ針が接触するパッド主面（以下Ａ点と称する）における半導体装置の出力信号の波形を、図３（ｂ）は試験装置の入力端子（以下Ｂ点と称する）における半導体装置の出力信号の波形を、また図３（ｃ）は試験装置の出力端子（以下Ｃ点と称する）における試験装置の出力信号の波形を、さらに図３（ｄ）はＡ点における試験装置の出力信号の波形を示す図である。なお、Ｔは試験周期を表す。第１周期において半導体装置１０は信号出力状態で図３（ａ）に示す信号を出力し、試験装置１８はその信号を入力端子２１から入力し、半導体装置１０が正常に動作しているかどうかを試験する。次の第２周期では半導体装置は信号入力状態となり信号出力せず、図３（ｄ）に示す試験装置１８の出力端子２０が出力する信号を入力する。
【００１６】
ところで、この機能試験は半導体装置１０と試験装置１８を１本の伝送線路により実施することも可能である。すなわち、第２のプローブ針９を持たないプローブ装置を使い、パッド１６の主面１７にプローブ針６だけ接触させ、第１の電極４と試験装置１８を伝送線路１９ａだけで接続し、半導体装置１０と試験装置１８との信号入出力を行うことができる。但し、この伝送線路１９ａは、第１の電極４から試験装置１８の入力端子２０および出力端子２１の近傍までは一本の伝送線路であるが、入力端子２０および出力端子２１近傍でそれぞれの端子と接続するために分岐している。
【００１７】
１本の伝送線路のみを用いる場合、半導体装置１０と試験装置１８との接続が１本の伝送線路で済み、試験冶具が容易に製作できるという長所がある反面、以下の問題があった。すなわち、図２に示された試験システムでは第１周期において半導体装置１０から出力された信号は、図３（ｂ）に示すように第２のプローブ針９と伝送線路１９ｂによる伝播遅延時間ｄｔ1後にＢ点に到達する。一方、第２周期の最初に半導体装置１０に信号を入力するためには、図３（ｃ）に示すように第１のプローブ針８と伝送線路１９ａの伝播遅延時間ｄｔ2を考慮し、第２周期より時間ｄｔ2だけ早く出力端子２０から信号を出力する必要がある。このため１本の伝送線路で入力信号と出力信号を伝送させた場合、図３（ｂ）に示す判定不能期間（ｄｔ1＋ｄｔ2）は入力信号と出力信号が伝送線路内で重畳しあうため、半導体装置１０を試験することができない。
【００１８】
これに対し、実施の形態１に係るプローブ装置を使い、図２に示す方法で試験を行えば半導体装置１０の出力信号と、試験装置１８からの出力信号が重畳することがなく、判定不能期間無しに試験を行うことができる。
【００１９】
また、実施の形態１に係るプローブ装置１は、第２のプローブ針９を第１のプローブ針６のらせん内部に設けているので、第１のプローブ針６が接触できる面積がパッド１６の主面１７にあれば２本のプローブ針がパッド１６の主面１７に接触でき、図２に示す試験方法で試験を行うためにパッド１６の主面１７の面積を大きくする必要が無い。
【００２０】
なお、実施の形態１では第１のプローブ針６とつながる第１の電極４を試験装置１８の出力端子２０に、第２のプローブ針９とつながる第２の電極８を試験装置１８の入力端子２１に接続したが、その逆でも構わない。
【００２１】
また、第２のプローブ針９を基板２の主面３と垂直な方向に伸縮させるために、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、第２のプローブ針９をらせん状にしても構わない。
【００２２】
さらに、らせん状にした第２のプローブ針９が、パッド１６との接触で受ける力により曲がるのを防ぐために、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、プローブ針９のらせん内部に第２の支柱２２を設けても構わない。第２の支柱２２の一端は基板２の主面３に固着されている。なお、第２の支柱２２は、第１のプローブ針６、第２のプローブ針９がパッド１６の主面１７に接触し、この接触によって受けた力で縮んだ状態になってもパッド１６に接触しない長さにしてある。この実施の形態では支柱７および２２の基板２の主面３からの長さは同じにしてある。
【００２３】
（実施の形態２）
図６はこの発明の実施の形態２に係るプローブ装置の使用方法を示す図である。プローブ装置を半導体装置に接触させ、電源装置から半導体装置に電圧を供給している。なお、図１ないし図５に示した実施の形態１と同一または相当の部分には同一符号を付しており、その説明を省略する。また、プローブ装置１は実施の形態１と同一のものを使用するので、ここでは発明のプローブ装置１の利用方法について説明する。
【００２４】
この実施の形態においてパッド１６は半導体装置１０内部で電源配線（図示せず）に接続されており、半導体装置１０動作時はこのパッド１６を経由して所定の電圧が電源装置２３から半導体装置１０に供給されている。電源装置２３とプローブ装置１とで試験システムが構成される。ところで、半導体装置１０の電圧供給は電源装置２３のフォース端子２４と半導体装置１０とを接続するだけでも行えるが、この場合以下の問題があった。すなわち、電源装置２３のフォース端子２４と第１の電極４との間の配線２５ａには抵抗成分２６がある。このため、半導体装置１０が動作してこの配線２５ａに電流が流れた場合、この抵抗２６による電圧降下が生じ、パッド１６の主面１７（以下Ｄ点と称する）には電源装置２３のフォース端子２４近傍（以下Ｅ点と称する）より低い電圧しかかからず半導体装置１０が正常に動作しないことがあった。
【００２５】
これに対し図６に示すように第１のプローブ針６につながる第１の電極４を配線２５ａで電源装置２３のフォース端子２４に接続し、第２のプローブ針９につながる第２の電極８を配線２５ｂで電源装置２３のセンス端子２７に接続すれば、実際にＤ点にかかる電圧をモニターでき、この電圧値をもとにフォース端子２４から出力される電圧を補正すれば半導体装置１０に正確な電圧を供給することができる。
【００２６】
本発明のプローブ装置１は、第２のプローブ針９を第１のプローブ針６のらせん内部に設けているので、第１のプローブ針６が接触できる面積がパッド１６の主面１７にあれば２本のプローブ針がパッド１６の主面１７に接触でき、図６の試験方法で試験を行うためにパッド１６の主面１７の面積を大きくする必要がない。なお、実施の形態２では第１のプローブ針６をフォース端子２４、第２のプローブ針９をセンス端子２７に接続したが、その逆でも構わない。つまり、電源装置２３は他端を介してパッド１６の電圧を受け、この電圧の値に基づきパッド１６に供給する電圧を調整する。
【００２７】
（実施の形態３）
図７（ａ）はこの発明の実施の形態３に係るプローブ装置の正面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）における支柱７の内部に位置する第２のプローブ針を示す図であり、また図７（ｃ）は第２のプローブ針を示す図である。なお、図１ないし図５に示した実施の形態１と同一または相当の部分には同一符号を付し、その説明を省略する。実施の形態３のプローブ装置１では、第１のプローブ針６および第２のプローブ針９の先端部を曲げ、プローブ針６、９とパッド１６の主面１７とが接触した時、プローブ針６、９の先端部の軸線３０とパッド１６の主面１７のなす最小角度θが鋭角になるようにした。なお最小角度θとは、軸線３０とパッド１６の主面１７とのなす角度の最小値を意味する。
【００２８】
実施の形態３のプローブ装置１は上記構造を有するため、図８に示すように第１のプローブ針６および第２のプローブ針９がパッド１６の主面１７と接触する際、プローブ針６、９の先端がパッド１６の主面１７に形成された酸化膜２８を削り取る働きをする。このため、プローブ針６、９とパッド１６の主面１７との導通がし易くなる。なお、図８（ａ）は、プローブ針６、９がパッド１６の主面１７に形成された酸化膜２８に接触した瞬間を示す。図８（ｂ）は、上記の接触によってその接触した箇所の酸化膜が破壊された後のプローブ針６、９とパッド１６の主面１７との接触状態を示す。酸化膜を破壊する際に、第１および第２のプローブ針はパッドの主面に交差する方向に圧縮されており、図８（ｂ）においては、その圧縮が緩和されて伸びるため、上記プローブ針とパッド主面との良好な接触が確保される。
【００２９】
また、図４および図５に示した実施の形態１のプローブ装置において、プローブ針６、９のパッド１６側の端を上記と同様に曲げても同じ効果が得られる。
【００３０】
次に、上記の実施の形態も含めて、他の実施の形態について羅列的に説明する。
【００３１】
上記の第１および第２のプローブ針の少なくとも一方の先端部が、基板の面に対して鋭角θで交差するように曲げられていてもよい。
【００３２】
この構成により、プローブ針の先端を被検査部の面に押し付けながらその面上を滑らせることができる。このため、被検査物面に形成された酸化被膜などを破壊し、電気的接続を確実にすることができる。
【００３３】
上記の第１のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれて位置する絶縁性の中空支柱を備え、第２のプローブ針がその中空支柱の内側に位置してもよい。
【００３４】
この構成により、第１のプローブ針と第２のプローブ針との絶縁を確実なものとできる。また、一方のプローブ針の伸縮の動きが他方に伝播したり、両方の伸縮の動きが互いに干渉したりしないように、両方のプローブの機械的な動きを互いに無関係にすることができる。
【００３５】
上記の第２のプローブ針における弾性的に伸縮可能な形状が、らせん形状部、およびく字状屈曲部のいずれかであってもよい。
【００３６】
上記の形状部を有することにより、半導体チップのパッドなど被検査部と、プローブ針先端との間に押し付けあう力を印加し、電気的接続の形成を容易化することができる。
【００３７】
また、上記の第２のプローブ針がらせん形状部を有し、その第２のプローブ針のらせん形状部に取り巻かれて位置する支柱をさらに備えてもよい。
【００３８】
この構成により、第２のプローブ針の耐久性を高めることができ、プローブ装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明に係るプローブ装置は、被接触電極の面積を大きくすることなくらせん形状のプローブ針を含む２本のプローブ針を被接触電極に接触させることができるので、小型化した高能率測定装置として広範な利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るプローブ装置を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るプローブ装置の使用方法を示す図である。
【図３】半導体装置と試験装置間の入出力信号のタイミングチャートを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る別のプローブ装置を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る別のプローブ装置を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るプローブ装置の使用方法を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るプローブ装置を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るプローブ装置をパッドに接触させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  プローブ装置、２  基板、４  第１の電極、５  半田、６  第１のプローブ針、７  支柱、８  第２の電極、９  第２のプローブ針、１６  パッド。
【図１】
2005091087.tif 000003
【図２】
2005091087.tif 000004
【図３】
2005091087.tif 000005
【図４】
2005091087.tif 000006
【図５】
2005091087.tif 000007
【図６】
2005091087.tif 000008
【図７】
2005091087.tif 000009
【図８】
2005091087.tif 000010