(57)【要約】【課題】テスト中の針当て再調整が不要で、電極パッドへ確実に接触させることが出来るプローブ装置の提供。【解決手段】ウェハ状態での半導体集積回路の電気的試験を行うためのプローブ装置は、剛性の円弧状部分を含むプローブ針４と、プローブカード基板３とを備え、プローブ針４は、プローブ針４の円弧状部分の両端を結ぶ想定直線とプローブカード基板３とのなす角度が可変となるとともに、オーバードライブ量が最大のときに半導体集積回路に設けられた電極パッド２とプローブ針４の円弧状部分とが直接接触するように、プローブカード基板３と接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ状態での半導体集積回路の電気的試験を行うためのプローブ装置であって、
剛性の円弧状部分を含むプローブ針と、プローブカード基板と、
を備え、
該プローブ針は、該プローブ針の該円弧状部分の両端を結ぶ想定直線と該プローブカード基板とのなす角度が可変となるとともに、オーバードライブ量が最大のときに該半導体集積回路に設けられた電極パッドと該円弧状部分とが直接接触するように、該プローブカード基板と接続されていることを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】
前記ウェハ表面から前記プローブカード基板までの最大高さをｙ、
前記ウェハ表面から前記プローブカード基板までの最大高さと最小高さの差をＤとした場合、
前記円弧状の部分の半径Ｒが、Ｒ＝ｙ−（Ｄ／２）となるように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記プローブカード基板と前記プローブ針との接続位置から前記電極パッドまでの水平距離をｘとした場合、
Ｒ−ｘで計算される数値が前記電極パッドの大きさより小さくなるように前記円弧状の部分の半径Ｒが設定されていることを特徴とする、請求項２に記載のプローブ装置。
【請求項４】
前記プローブ針の先端部にスパイク形状の突起部を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のプローブ装置。
【請求項５】
前記突起部に測定位置確認用カメラの焦点合わせが可能であることを特徴とする、請求項４に記載のプローブ装置。
【請求項６】
前記プローブ針の前記円弧状部分が前記プローブカード基板と接続する側に、直線状の延長部をさらに有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のプローブ装置。
【請求項７】
前記延長部の少なくとも一部が弾性変形材料からなることを特徴とする、請求項６に記載のプローブ装置。
【請求項８】
プローブ針の円弧状部分の両端を結ぶ想定直線とプローブカード基板とのなす角度が可変となるように、該プローブカード基板に該プローブ針を接続し、該プローブ針の該円弧状部分を、試験を行う半導体集積回路の電極パッドにオーバードライブをかけて接触させ、該プローブカード基板の該半導体集積回路との相対的高さの変動に追従して該プローブ針の円弧状部分と該電極パッドとの接触位置を回転摺動させることを特徴とする、半導体集積回路の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路試験装置に関し、特にウェハ状態で半導体集積回路の電気的試験を行うために半導体集積回路の端子に接触させるプローブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ製造工程では、ウェハの段階でウェハ面上に作成された複数のＬＳＩチップそれぞれに対して試験を行うため、ＬＳＩチップ上の電極パッドと針状のプローブ針で接触（以降、「プロービング」と称す。）させ電気的に接続を行う。
【０００３】
特許文献１には、図９に示すプローブ針が開示されている。１はウェハ（半導体チップ）、２は電極パッド、３はプローブカード基板を示している。構成として接触針４（以降、「プローブ針」と称す。）は先端部４１の電極パッド２との接触面が丸みを帯びた形状とし、支持部４２を垂直方向に曲るように板状にする。
【０００４】
さらに先端部４１に近接した部分の中心軸が電極パッド２の表面に対し斜めになる形状としてある。或いは先端部４１の形状を半円球状にすることでその先端部４１の耐磨耗性はさらに向上する。これにより電極パッド２に加わる圧力を緩和し、電極パッド２に傷がつくことを防止している。
【０００５】
また、特許文献２には円弧状の構造を持つプローブが開示されている。これはプローブの微細化に伴い、接触に必要なスクラブ長を確保し安定した電気的導通を得ることを目的としたものである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１６９０３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ウェハ面内にはウェハの反りやパターニングの出来具合による高低差があるため、ウェハテストのプロービングでは相対的に最も低いところを針立ての基準高さとしてプローブ針の針圧（以降、「オーバードライブ」と称す。）を決定する。そこで図１０に示すように、決定したオーバードライブになるまでプローブ針４をウェハ１表面の電極パッド２に接触させて、プロービングを行う。
【０００８】
しかし、ウェハ表面の相対的に高い部分には過剰なオーバードライブがかかる。この過剰なオーバードライブがかかるところでは、プローブ針４が図１１に示すようにウェハ１表面との接触点を支点にしなるため、プローブ針４が電極パッド２から外れてしまう。このため、接触不良でウェハテストが正常に行うことができないという問題がある。
【０００９】
その理由は、特許文献１に示すようなプローブ針４が直線的な構造で電極パッド２に接触しているため、過剰オーバードライブ時のプローブカード基板を下方向へ押す力によってプローブ針４を下方向へ下げる動作が、そのままプローブ針４が横方向へずれる動作となるからである。
【００１０】
特許文献２のプローブ針は円弧状部分を有しているが、オーバードライブがかかった場合に円弧状部分が扁平に変形するため、同様の問題が生じる。
【００１１】
このように、ウェハ製造の都合上、必ず発生するウェハ表面の高低差のために、プローブ針と電極パッドの接触不良が発生し、正確なウェハテストが出来なくなる。このことにより、本来は良品と判定されるべきＬＳＩも、このような測定時の接触不良で不良品と判定される可能性があり、不良品増加による歩留まり率の低下や、材料のロスによる環境への影響が問題となる。また、これを防止するため、一般的に行われるウェハテスト中の針当て再調整は、テスト時間の増加に繋がり、開発工数増加によるコスト増大に繋がる。
【００１２】
また将来、ＬＳＩのチップサイズ、電極パッドは更に微細化が進むことが予想されるので、このような従来方式による針位置ズレの問題がさらに顕著となってくることが考えられる。
【００１３】
上記問題に鑑み、本発明は、テスト中の針当て再調整が不要で、電極パッドへ確実に接触させることが出来るプローブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの視点において、ウェハ状態での半導体集積回路の電気的試験を行うためのプローブ装置であって、剛性の円弧状部分を含むプローブ針と、プローブカード基板と、を備え、該プローブ針は、該プローブ針の該円弧状部分の両端を結ぶ想定直線と該プローブカード基板とのなす角度が可変となるとともに、オーバードライブ量が最大のときに該半導体集積回路に設けられた電極パッドと該円弧状部分とが直接接触するように、該プローブカード基板と接続されていることを特徴とする。
【００１５】
このプローブ装置は、前記ウェハ表面から前記プローブカード基板までの最大高さをｙ、前記ウェハ表面から前記プローブカード基板までの最大高さと最小高さの差をＤとした場合、前記円弧状の部分の半径Ｒが、Ｒ＝ｙ−（Ｄ／２）となるように設定されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記プローブカード基板と前記プローブ装置との接続位置から前記電極パッドまでの水平距離をｘとした場合、Ｒ−ｘで計算される数値が前記電極パッドの大きさより小さくなるように前記円弧状の部分の半径Ｒが設定されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記プローブ針の先端部にスパイク形状の突起部を有することが好ましい。
【００１８】
また、前記突起部に測定位置確認用カメラの焦点合わせが可能であることが好ましい。
【００１９】
また、前記プローブ針の円弧状部分が前記プローブカード基板と接続する側に、直線状の延長部をさらに有することが好ましい。
【００２０】
また、前記延長部の少なくとも一部が弾性変形材料からなることが好ましい。
【００２１】
本発明の他の視点において、半導体集積回路の試験方法であって、プローブ針の円弧状部分の両端を結ぶ想定直線とプローブカード基板とのなす角度が可変となるように、該プローブカード基板に該プローブ針を接続し、該プローブ針の該円弧状部分を、試験を行う半導体集積回路の電極パッドにオーバードライブをかけて接触させ、該プローブカード基板の該半導体集積回路との相対的高さの変動に追従して該プローブ針の円弧状部分と該電極パッドとの接触位置を回転摺動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るプローブ装置を用いることにより、テスト中の針当て再調整が不要で、電極パッドへ確実に接触させることが出来るため、ウェハの歩留まりが向上し、ウェハテスト時間短縮やコスト削減ができる。また、プローブ針と電極パッドのみの改良で対応可能であるため、従来のテスタ資産が継承可能である。さらに、今後のＬＳＩ微細化でチップや電極パッドの微細化に対しても対応が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の１つの実施例に係るプローブ装置の側面図である。図１に示すように、本発明に係るプローブ装置の１つの実施例は、プローブ針４の全体の形状を円弧状としている。そして、円弧状部分の両端を結ぶ想定直線７とプローブカード基板３とのなす角度αが可変となるようにプローブカード基板３と接続されている。円弧状部分は過剰なオーバードライブがかかっても角度αが変化するのみで、円弧状部分自体は実質的に変形しない程度に剛性を有している。
【００２４】
この円弧状部分の半径Ｒが、試験対象のウェハ１表面からプローブカード基板３までの高さに比較してある程度の大きさを有していれば、本発明による一定の効果が得られる。すなわち、試験対象のウェハ１表面からプローブカード基板３までの相対的高さが多少変動して過剰なオーバードライブがかかっても、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように円弧状のプローブ針４がその形状を保持しつつ、その接続位置を中心に回転摺動して半導体集積回路の電極パッド２との接触位置を変えることにより、円弧状のプローブ針４と電極パッド２との接触を常に維持することが可能となっている。
【００２５】
図２（ａ）は、オーバードライブ量が最小になる電極パッド２のポイントをプロービングした場合、図２（ｂ）は、オーバードライブ量が最大になる電極パッド２のポイントをプロービングした場合をそれぞれ示す。
【００２６】
しかし最適な半径Ｒとしては、下記式（１）で示す大きさとすることが好ましい。
Ｒ＝ｙ−（Ｄ／２）・・・・・・・・・・・式（１）
ここで、ｙ：プローブカード基板の最大高さ、Ｄ：プローブカード基板の最大高さと最小高さの差、Ｒ：プローブ針の円弧の半径、である。
【００２７】
なぜなら、図３に示すように、プローブカード基板の最大高さと最小高さの中間値を円弧の半径Ｒとする場合に、接触位置ズレ量Ｌを最小にできるからである。
【００２８】
プローブ針４の円弧半径Ｒをこのように設定することにより、電極パッド２の高低差によりオーバードライブ量が異なった場合においても、接触位置ズレ量Ｌを電極パッド２の大きさより小さくなるように設定したプローブ針４を用いて、常に電極パッド２に接触する状態を保つことが出来る。
【００２９】
図３は円弧状としたプローブ針４でプロービングする際、オーバードライブ量が最小の状態と中間の状態と最大の状態を同一図上に表記したものである。なお、位置の差をわかりやすくするため、プローブ針４の描画を各状態ごとに変えてある。
【００３０】
プロービングする時、電極パッド２と接触するよう円弧状のプローブ針４を配置する。このプローブ針４を用いて、プローブ針４がＬＳＩチップに複数設置されている電極パッド２すべてに接触するまでオーバードライブをかけ、プロービングを行う。そのため図２のようにオーバードライブ量が最大の電極パッド２とオーバードライブ量が最小の電極パッド２が生じる。
【００３１】
なお、プローブ針４の電極パッド２との接触位置ズレ量（プローブカード基板が最大高さと最小高さの間を変動する時に接触位置が水平方向に移動する範囲）Ｌは、下記の式（２）で示される。
【００３２】
Ｌ＝（ｘ２＋（Ｄ／２）２）１／２−ｘ＝Ｒ−ｘ  ・・・・・・・・式（２）
ここで、Ｌ：プローブ針４の接触位置ズレ量、ｘ：プローブカード基板３とプローブ針４との接続位置から電極パッド２までの水平距離、ｙ：プローブカード基板３の最大高さ、Ｄ：プローブカード基板３の最大高さと最小高さの差、Ｒ：プローブ円弧の半径、である。
【００３３】
以上に説明したように、プローブ針４を円弧状にし、式（２）から得られるプローブ針４の接触位置ズレ量Ｌを電極パッド２の大きさよりも小さくなるように、プローブカード基板３から電極パッド２までの水平距離ｘ及びプローブ円弧の半径Ｒを設定することにより、オーバードライブが最大に掛かった場合でも、プローブ針４の円弧状面が常に電極パッド２に接触し続けることができる。
【００３４】
（実施例２）
図４は本発明に係る実施例２のプローブ針４の側面図である。図４のように、プローブカード基板３と電極パッド２の位置の関係により、プローブ針４が円弧のみの構成をとることが困難な場合、プローブ針４とプローブカード基板３の接続部を延長した構造５を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
このときのプローブ針４の接触位置ズレ量Ｌは、プローブ針４とプローブカード基板３の接続部を延長した部分５を含む長さを半径Ｒとして用いて式（２）で計算する。このように、プローブ針４の円弧状部分とプローブカード基板３の間が延長されているだけで、実施例１と同様の効果が得られる。
【００３６】
（実施例３）
図５は本発明に係る実施例３のプローブ針４の側面図である。これはプローブ針４の先端部４１を鋭利な小突起がついた形状（以降、「スパイク形状」と称す。）にしたものである。
【００３７】
図５のようにプローブ針４の先端部４１をスパイク形状にすることにより、プロービングの際、プローブ針４は電極パッド２を滑るが、滑る際にスパイク部分が電極パッド２（例えばアルミニウムなど）の上に生成された酸化膜６を削ることができる。
【００３８】
図５はプローブ針４を電極パッド２に接触させる前の状態（Ａ）である。
【００３９】
図６はプローブ針４を電極パッド２に接触させ、オーバードライブを弱く与えた状態（Ｂ）である。プローブ針４の先端部４１が酸化膜６を一部除去している。
【００４０】
図７はプローブ針４を電極パッド２に接触させ、オーバードライブを強く与えた状態（Ｃ）である。
【００４１】
図５のようにプローブ針４の先端部４１をスパイク形状にすることにより、電極パッド２に酸化膜６が生成されても、図６のように弱いオーバードライブを与えて酸化膜６を除去し、図７のようにオーバードライブを強く与える事により良好な接触を得ることができるようになる。
【００４２】
さらに、実際のプロービングで行われる、測定位置を確認するためのプローブ針先認識においても、この形状は有効である。
【００４３】
なぜなら、プロービングを行う機器は、機器に取り付けられた測定位置確認用カメラの映像でプローブ針先を検知している。この検知の際、プローブ針４の先端部４１に対して焦点合わせを行い、焦点の合った針先部分をプローブ針４の位置として検知することができる。このため、先に示したように先端部４１をスパイク形状とすれば、針先認識は従来通りのカメラのフォーカスによる機構を用いることができ、プローバの改造は不要となるからである。
【００４４】
（実施例４）
図８は本発明に係る実施例４のプローブ針４の側面図である。図８のようにプローブ針４の形状を、ブローブ針が固定されているプローブカード基板３とプローブ針４の円弧状部分との中間部分である図８のＣ点に応力集中が発生するように設計する。プローブ針４の素材が鉄などの金属のような柔軟性を持つ素材ならば、応力集中する部分がしなり、円弧状のプローブ針４の機能が充分に発揮できるようになる。また過剰オーバードライブ状態でプローブ針先端が変形しないようにプローブ針４の円弧状部分の円内側と、円弧状の根元部分である図８のＡ，Ｂ部分が厚めになるようにする。
【００４５】
このような構成にすることにより、過剰なオーバードライブが掛かったとき、応力の集中する部分である図８のＣ点でしなりが発生する。また過剰オーバードライブでプローブ針先端が変形しないように図８のＡ，Ｂ部分に補強を施すことにより、電極パッド２に接触する部分でもプローブ針４の変形が発生せず、設計どおりにプローブ針４の接触面と電極パッド２とが滑る（摺動する）ようになる。これによりプローブ針４と電極パッド２とのズレが最小に押さえられる。
【００４６】
例えば、針元を樹脂止めして針立てした場合、針元がしなる事が困難となることがある。その場合、カード基板樹脂−針元の部分は変形せず円弧上の部分のみが加重によりしなる可能性がある。そこでこのような針立て技術を用いて本発明を実現する場合は、図８のように針の形状を応力が集中して変形する部分があるように設計し、針先部分に補強を加えれば、任意のしなりを実現できる。
【００４７】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る実施例１のプローブ装置の側面図である。
【図２】本発明に係る実施例１のプローブ装置のプロービング状態を例示する図である。
【図３】実施例１のプローブ装置の動作を説明する側面図である。
【図４】実施例２のプローブ装置の側面図である。
【図５】実施例３のプローブ装置の側面図である。
【図６】実施例３のプローブ装置の側面図である。
【図７】実施例３のプローブ装置の側面図である。
【図８】実施例４のプローブ装置の側面図である。
【図９】従来技術のプローブ装置の側面図である。
【図１０】従来技術の通常のオーバードライブ状態を示すプローブ装置の側面図である。
【図１１】従来技術の過剰なオーバードライブ状態を示すプローブ装置の側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ウェハ
２  電極パッド
３  プローブカード基板
４  プローブ針
５  プローブ針延長部分
６  酸化膜
７  円弧状部分両端を結ぶ想定直線
４１  先端部
４２  支持部
【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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【図１１】
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