JP2000150598A

JP2000150598A - コンタクタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000150598A
Application number: JP10331944A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 尚佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-11-07
Filing date: 1998-11-07
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブ端子の本数が急激に増加しプローブ
端子間が狭ピッチ化して来ると、プローブ端子の基板へ
の取付作業が益々難しくなり、手作業による取付作業が
限界に近くなって来ている。しかもプローブ端子がタン
グステンワイヤの場合には取付構造上の制約もあって被
検査体の検査用電極のレイアウトに対して柔軟に対応す
ることが難しい。【解決手段】本発明のコンタクタ１は、ウエハＷ全面
に複数形成された検査用電極とこれらに対応するプロー
ブ端子３とをそれぞれ接触させ、ウエハＷに形成された
複数のＩＣチップの電気的特性検査を行うコンタクタで
あって、シリコン基板２と、この表面に各プローブ端子
３をそれぞれ挿着するために形成されたビアホール９
と、これらのビアホール９の内周面を被覆する導電性膜
層１０と、これらの導電性膜層１０と導通自在に形成さ
れた配線パターン４とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査体の電気的
特性検査を行う際に用いられるコンタクタ及びその製造
方法に関し、更に詳しくは、被検査体と一括接触して検
査を行うことができるコンタクタ及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】被検査体、例えば半導体ウエハ（以下、
単に「ウエハ」と称す。）に多数形成されたメモリ回路
やロジック回路等のＩＣチップの電気的特性検査を行う
場合にはコンタクタとしてプローブカードが用いられ
る。このプローブカードは検査時にウエハの電極用パッ
ドと接触した時にテスタとＩＣチップ間で検査用信号の
授受を中継する役割を果たしている。このプローブカー
ドは、例えばＩＣチップ上に形成された複数の電極パッ
ドに対応した複数のプローブ端子を有し、各プローブ針
と各電極パッドとをそれぞれ電気的に接触させてＩＣチ
ップの検査を行うようにしている。プローブ端子として
は例えばタングステンワイヤやポゴピン等が用いられて
いる。

【０００３】ところが、最近、ＩＣチップの集積度が高
まって電極パッドの数が急激に増加して電極パッドの配
列が益々狭ピッチ化しているため、プローブカードのプ
ローブ端子の本数が急激に増加し狭ピッチ化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プローブカードの場合には、手作業によってプローブ端
子を基板に取り付けているため、プローブ端子の本数が
急激に増加しプローブ端子間が狭ピッチ化して来ると、
プローブ端子を所定の位置正確に位置合わせして取り付
ける作業が益々難しくなり、手作業による取付作業が限
界に近く、コンタクタ自体の製造が難しくなって来てい
るという課題があった。しかもタングステンワイヤの場
合には取付構造上の制約もあって被検査体の検査用電極
のレイアウトに対して柔軟に対応することが難しいとい
う課題があった。尚、狭ピッチ化に対応したコンタクタ
に関する技術は例えば特開平５−１９８６３６公報、特
開平５−２１８１５６号公報あるいは特開平１０−３８
９１８号公報において提案されている。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、プローブ端子の配列の自由度を格段に高め
ることができると共にプローブ端子の取付作業を自動化
することができ、しかも、プローブ端子のコンタクト性
を高めて被検査体の検査精度を向上させることができる
コンタクタ及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のコンタクタは、被検査体全面に複数形成された検査用
電極とこれらに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触
させ、上記被検査体に形成された回路素子の電気的特性
検査を行うコンタクタであって、コンタクタ用基板と、
このコンタクタ用基板表面に上記各プローブ端子をそれ
ぞれ挿着するために形成された端子用孔と、これらの端
子用孔の内周面を被覆する導電性膜層と、これらの導電
性膜層と導通自在に形成された配線膜層とを備えたこと
を特徴とするものである。

【０００７】また、本発明の請求項２に記載のコンタク
タは、被検査体全面に複数形成された検査用電極とこれ
らに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触させ、上記
被検査体に形成された回路素子の電気的特性検査を行う
コンタクタであって、上記各プローブ端子が配列された
コンタクタ用基板と、このコンタクト用基板の上記各プ
ローブ端子と干渉しない位置に配列された温度センサと
を備えたことを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の請求項３に記載のコンタク
タは、請求項１または請求項２に記載の発明において、
上記基板表面で上記プローブ端子と干渉しない位置に熱
伝達媒体を設けたことを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項４に記載のコンタク
タは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明
において、軸方向で弾性的に圧縮変形可能に形成されて
いるものである。

【００１０】また、本発明の請求項５に記載のコンタク
タの製造方法は、被検査体に複数形成された検査用電極
とこれらに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触さ
せ、上記被検査体に形成された回路素子の電気的特性検
査を行うコンタクタを製造する方法において、コンタク
タ用基板表面に複数の端子用孔を設ける工程と、各端子
用孔の内周面に導電膜層を設けると共に各導電膜層に連
なる配線膜層を上記基板に設ける工程と、上記各端子用
孔それぞれにプローブ端子を圧入する工程とを有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項６に記載のコンタク
タの製造方法は、請求項５に記載の発明において、上記
端子用孔をエッチングにより設けることを特徴とするも
のである。

【００１２】以下、図１〜図５に示す実施形態に基づい
て本発明を説明する。本実施形態のコンタクタ１は、例
えば図１、図２に示すように、プローブ装置のメインチ
ャック５０上に載置された被検査体であるウエハＷの全
面に形成された多数のＩＣチップの検査用電極パッド
（図示せず）と一括して接触し、複数（例えば１６個ま
たは３２個）ずつのＩＣチップをマルチプレクサ等の切
換手段によって順次切り換えて全てのＩＣチップについ
て検査するようにしてある。メインチャック５０は、図
示しない制御装置の制御下で駆動する位置合わせ機構を
介してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動し、ウエハＷとコン
タクタ１とを位置決めするようにしてある。メインチャ
ック５０内にはその表面の複数箇所で開口する真空排気
通路５１が形成され、図示しない真空排気装置による排
気によりウエハチャック５０の表面にウエハＷを真空吸
着するようにしてある。また、メインチャック５０内に
は冷媒流路５２が形成され、エチレングリコール等の冷
媒を冷媒流路５２へ循環させてウエハＷを冷却するよう
にしてある。

【００１３】また、ウエハチャック５０の中には更に電
熱線５３が組み込まれており、ウエハＷの通電試験中に
発生した熱を、後述の温度センサでウエハＷ表面の温度
を測定すると共に、この測定値に基づいて冷媒の流速、
温度を制御して予め設定した温度を保つようにしてあ
る。また、同時に、ウエハＷの発生熱量と冷媒の廃熱容
量との温度平衡を取った後、ウエハチャック５０内に組
み込まれた電熱線により加温し、予め設定した温度に基
づいてウエハチャック５０の温度を細かく制御するよう
にしてある。

【００１４】更に、上記メインチャック５０の上方には
コンタクタ１を信号取出基板６０へ押圧する押圧体７０
が配設され、押圧体７０を介してコンタクタ１と信号取
出基板６０とを電気的に接続し、検査結果をテスタ側へ
送信するようにしてある。しかも、押圧体７０は冷却ジ
ャケットを内蔵し、検査中のコンタクタ１を冷却し、も
ってウエハＷを冷却するようにしてある。

【００１５】而して、上記コンタクタ１は、図１、図２
に示すように、ウエハＷより大きな口径として形成され
たシリコン基板２と、このシリコン基板２の表面にウエ
ハＷの全ての検査用電極パッドに対応して配設されたプ
ローブ端子３と、これらのプローブ端子３と配線パター
ン４を介してそれぞれ接続された接続端子５とを備えて
いる。各プローブ端子３は図２に示すようにシリコン基
板２のウエハ対応領域１Ａ内（図２では一点鎖線で示し
た領域）にマトリックス状に配列され、各接続端子５は
ウエハ対応領域１Ａの外側の外周縁領域１Ｂ内にリング
状に配列されている。また、シリコン基板２のプローブ
端子３と接続端子５の間にはリング状のシール部材６が
固定され、図１に示すように検査時にシール部材６がメ
インチャック５０の表面に密着してコンタクタ１とウエ
ハＷ間の隙間を外部から遮断するようにしてある。ウエ
ハ対応領域１Ａには熱伝達媒体７が複数配設され、ま
た、各熱伝達媒体７の間には複数の温度センサ８がプロ
ーブ端子３及びパターン配線４と干渉しないように固定
され、各温度センサ８を介して検査中のウエハＷの温度
を検出し、この検出結果に基づいてメインチャック５０
の温度を制御するようにしてある。熱伝達媒体７及び温
度センサ８の配置形態は特に制限されない。例えば、端
子パッドがＩＣチップの周辺に配置された設計のＩＣチ
ップの場合には、ＩＣチップの中央部に熱伝達媒体７及
び熱センサ８を配置することができる。また、熱伝達媒
体７としては例えばサーマルビアのように極めて小さい
ものを多数配置することができる。

【００１６】複数のプローブ端子３の中には検査用信号
をウエハＷへ入力する入力ピンとウエハＷからの検査結
果信号を出力する出力ピンがある。また、接続端子５の
中には信号取出基板６０の電極パッド６１と接触してコ
ンタクタ１から信号取出基板６０へ検査結果信号を取り
出すピンや、信号取出基板６０の電極パッド６１と接触
して温度センサ８から信号取出基板６０へ温度測定信号
を取り出すピン等がある。

【００１７】また、図３の（ａ）に示すようにシリコン
基板２の表面には例えばアルミニウムや銅等からなる配
線パターン４が形成され、この配線パターン４の端部に
はビアホール９が形成されている。また、配線パターン
４はシリコン基板２の表面だけでなく、シリコン基板２
内にも複数層に渡って形成されている。このビアホール
９の内周面全面には配線パターン４と同一の金属によっ
て導電性膜１０が形成され、この導電性膜１０は配線パ
ターン４と接続されている。そして、ウエハ領域２Ａ内
のビアホール９にはプローブ端子３が挿着され、外周縁
領域２Ｂ内のビアホール９には接続端子５が挿着されて
いる。ビアホール９は例えば深さが数１０μｍ、直径が
数１０μｍの円形孔として形成され、プローブ端子３あ
るいは接続端子５はシリコン基板２の表面から例えば数
１０μｍ突出している。

【００１８】上記ビアホール９に挿着されたプローブ端
子３または接続端子５は同一であるため、プローブ端子
３を例に挙げて図３を参照しながら説明する。このプロ
ーブ端子３は例えば図３の（ｂ）に示すように断面が略
正方形の角柱状で、上下両端に四角錐台部３Ａ、３Ｂを
有するもので、例えばタングステン、ベリリウム−銅合
金等の導電性金属によって形成されている。プローブ端
子３の基端部側は僅かではあるが隅角部がビアホール９
からはみ出す大きさに形成され、その基端部がビアホー
ル９内に圧入され、ビアホール９内周面の導電性膜１０
と導通自在に接触している。また、プローブ端子３の先
端部側には互いに対向する面に溝３Ｃが交互に形成さ
れ、しかも各溝３Ｃの最奥部が軸心よりも深位い位置ま
で達している。従って、プローブ端子３にオーバードラ
イブを負荷すると、プローブ端子３の溝３Ｃの幅が狭く
なるように軸方向で弾力的に圧縮変形し、この時の針圧
でプローブ端子３と検査用電極パッドとが電気的に導通
し、逆にプローブ端子３がウエハＷから離れると先端部
が元の状態に戻るようになっている。

【００１９】ところで、上記コンタクタ１の製造にはプ
ロセス技術及びマイクロマシーン技術を応用することが
できる。例えば、ＣＶＤによって配線パターン４を複数
回に渡って成膜した後、エッチングによって各配線パタ
ーン４の端部にビアホール９を形成する。次いで、ＣＶ
Ｄによって各ビアホール９の内周面に導電性膜４０を成
膜する。一方、マイクロマシーン等を用いて図４に示す
ように複数のプローブ端子３が連接されたプローブ端子
用部材３０を作製する。そして、プローブ端子３をシリ
コン基板２のビアホール９に装着する場合にはマクロハ
ンド等を用いてプローブ端子用部材３０からプローブ端
子３を１個ずつ図３の矢印で示すように矢印方向に押し
込んでプローブ端子３をビアホール９内へ圧入する。こ
の際、プローブ端子３の基端部には四角錐台部３Ａが形
成されて先細になっているため、四角錐台部３Ａをビア
ホール９内へ円滑に導くことができ、基端部より先端寄
りの隅角部がビアホール９からはみ出していてもプロー
ブ端子３の基端部の隅角部が塑性変形し、基端部を容易
にビアホール９内へ圧入することができる。

【００２０】また、本実施形態のコンタクタ１は、図５
に示すように、試験信号発生回路１２、クロック信号発
生回路１３、ドライバー兼判定回路１４、期待値信号発
生回路１５及びディセーブルマップ(DISABLE)１６を備
え、コンタクタ自体でＩＣチップの良否を判定できるよ
うにしてある。つまり、コンタクタ１がウエハＷと一括
して接触し、ウエハＷの各ＩＣチップとテスタ（図示せ
ず）とが導通可能になると共に所定数のＩＣチップとこ
れらに対応するテスタ側の電流計測回路がプローブ端子
３を介して接続される。この状態で、コンタクタ１では
所定のプログラムに従って試験信号発生回路１２から所
定の試験信号を発生すると共にクロック信号発生回路１
３からクロック信号が発生し、クロック信号に即してド
ライバー兼判定回路１４が作動し、試験信号をプローブ
端子３を介してウエハＷの所定のＩＣチップへ逐次送信
する。各ＩＣチップからはプローブ端子３を介して試験
結果信号をドライバー兼判定回路１４送信する。ドライ
バー兼判定回路１４では試験結果信号を期待値信号と比
較し、ＩＣチップの良否を判定し、その判定信号をテス
タ側へ送信する。このドライバー兼判定回路１４はトラ
イステート、ＭＯＳ−ＳＷ等のインプット／アウトプッ
ト切換回路を有し、予め設定された電流値を超える電流
が流れた時にはそのＩＣチップを不良品として高インピ
ーダンス状態にして電源を切り離し、他のＩＣチップに
対する電気的影響が及ばないようにする。ディセーブル
マップ(DISABLE)１６では電源が切り離されたＩＣチッ
プについてマッピングして記憶される。

【００２１】次に、動作について説明する。まず、ウエ
ハＷをウエハチャック５０上に載置すると、真空排気路
５１からの真空排気によりメインチャック５０上でウエ
ハＷを真空吸着すると共に冷媒流路５２を循環する冷媒
を介してウエハＷを冷却する。一方、押圧体７０が駆動
してコンタクタ１を信号取出基板６０へ押圧し、接続端
子５を信号取出基板６０の電極パッド６１へ接続する。
次いで、ウエハチャック５０が駆動し位置合わせ機構を
介してウエハＷとコンタクタ１とを位置合わせした後、
ウエハチャック５０が上昇すると、シール部材６がウエ
ハＷの外側でウエハチャック５０表面に密着した後、全
てのプローブ端子３がウエハＷの検査用電極パッドと一
括して接触する。更に、ウエハチャック５０がオーバド
ライブするとプローブ端子４の先端部が複数の上下の溝
３Ｃを介して軸方向に圧縮変形してウエハＷに針圧が作
用する。この際、ウエハの各電極パッド間に高低差があ
ってもそれぞれの電極パッドの高さに応じてプローブ端
子３が弾性変形してそれぞれの高低差を吸収し、検査用
電極パッドと電気的に接触する。この際、ウエハチャッ
ク５０が過度に上昇しようとしても熱伝達媒体７がスト
ッパーとして働き、プローブ端子３の損傷を防止する。

【００２２】検査用コンタクタが物理的にウエハＷに接
触した後、ウエハＷ上の全てのＩＣチップに電源を供給
する。各ＩＣチップへの電源端子に接続された電源端に
は、信号供給源（テスタ）側に、各ＩＣチップに対応し
た電流計測回路が接続されており、予め設定された電流
値を超えるものは不良と判定し、そのＩＣチップ電源端
をスイッチ回路を介して切り離す。そして、良品のＩＣ
チップ全てに電源を供給したしたまま、マルチプレクサ
の制御下でチャンネルを切り換えながら例えば３２個の
ＩＣチップへ順次試験信号を送信し、全てのＩＣチップ
の検査を行う。即ち、試験信号発生回路１２で３２個の
ＩＣチップの試験信号を発生してドライバー回路１４へ
送信すると共にクロック信号発生回路１３からクロック
信号が発生してドライバー回路１４へ送信すると、ドラ
イバー回路１４からの試験信号を入力用のプローブ端子
３を介してウエハＷを印加し、出力用のプローブ端子３
から判定回路１６へ試験結果信号を送信する。

【００２３】これと同時に期待値信号発生回路１５から
判定回路１６へ試験信号に対応する期待値信号を送信す
る。判定回路１６では期待値信号と試験結果信号とを比
較し、そのＩＣチップの良否を判定する。判定結果を示
す信号は信号取出基板６０を介してテスタ側へ送信され
る。また、この時、ウエハチャック５０の冷却機能及び
押圧体７０の冷却ジャケットによってウエハＷを冷却
し、ウエハＷの発熱による温度上昇を防止している。ま
た、温度センサ８によってウエハＷの検査温度を常時測
定しているため、検査温度が所定の温度より上昇した場
合には温度センサ８の検出値に基づいてウエハチャック
５０の冷媒流路５２での冷媒の循環流量を増やすなどし
てウエハＷの温度を所定温度まで下げる。

【００２４】以上説明したように本実施形態によれば、
ウエハＷ全面に複数形成された検査用電極パッドとこれ
らに対応するプローブ端子３とをそれぞれ接触させて多
数のＩＣチップの電気的特性検査を行う際、シリコン基
板２と、このシリコン基板２の表面に各プローブ端子３
をそれぞれ挿着するために形成されたビアホール９と、
これらのビアホール９の内周面を被覆する導電性膜層１
０と、これらの導電性膜層１０と導通自在に形成された
配線パターン４とを備えているため、プロセス技術を用
いてウエハＷの検査用電極パッドの配列に合わせてプロ
ーブ端子３用のビアホール９を設けることができ、しか
もプローブ端子３をビアホール９に挿着するようにして
あるため、プローブ端子３が狭ピッチ化してもマイクロ
マシーン等を用いてプローブ端子３をビアホール９へ自
動的に装着することができる。更に、プローブ端子３自
体が軸方向に圧縮変形するため、ウエハＷの反り等に起
因する検査用電極パッドの高低差を吸収して良好なコン
タクト特性を得ることができ、高精度の検査を行うこと
ができる。

【００２５】また、本実施形態のコンタクタ１は温度セ
ンサ８を有するため、検査温度を直接的且つ正確に測定
することができる。また、このコンタクタ１はウエハＷ
と接触してコンタクタ１側に熱を逃がす熱伝達媒体７を
有するため、ウエハＷが発熱しても速やかにその熱を逃
がし、ウエハＷの過度な温度上昇を防止することがで
き、しかも、ウエハチャック５０の過度な上昇を防止し
てプローブ端子３の損傷を防止することができる。

【００２６】尚、本発明は上記実施形態に何等制限され
るものではなく、例えば基板はシリコン基板以外にもセ
ラミック基板やポリイミド基板等を用いることができ、
更に配線層だけでなく、能動素子が作り込まれた基板も
使用使用することができる。また、プローブ端子３は軸
方向で圧縮可能な構造であれば必要に応じて適宜設計変
更することができ、例えば側面形状が波状のようなもの
であっても良い。また、コンタクタ１のプローブ端子３
の数はウエハＷの全ての検査用電極パッドに対応して設
けたものだけでなく、検査用電極パッドの一部と接触
し、ウエハＷをインデックス送りしながら複数回に分け
てウエハＷの検査を行うようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項６に記載の発
明によれば、プローブ端子の配列の自由度を格段に高め
ることができると共にプローブ端子の取付作業を自動化
することができ、しかも、プローブ端子のコンタクト性
を高めて被検査体の検査精度を向上させることができる
コンタクタ及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンタクタの一実施形態を示す断面図
で、ウエハと接触した状態を示す図である。

【図２】図１に示すコンタクタとウエハとの関係を示す
平面図である。

【図３】（ａ）は図１に示すコンタクタのプローブ端子
の取付状態を拡大して示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ
−Ｂ断面図である。

【図４】図１に示すコンタクタを製造する際のプローブ
端子をシリコン基板に取り付ける方法を示す説明図であ
る。

【図５】図１に示すコンタクタの構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１コンタクタ２シリコン基板３プローブ端子４配線パターン（配線膜層）７熱伝達媒体８温度センサ９ビアホール（端子用孔）１０導電膜層Ｗウエハ（被検査体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査体全面に複数形成された検査用電
極とこれらに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触さ
せ、上記被検査体に形成された回路素子の電気的特性検
査を行うコンタクタであって、コンタクタ用基板と、こ
のコンタクタ用基板表面に上記各プローブ端子をそれぞ
れ挿着するために形成された端子用孔と、これらの端子
用孔の内周面を被覆する導電性膜層と、これらの導電性
膜層と導通自在に形成された配線膜層とを備えたことを
特徴とするコンタクタ。
【請求項２】被検査体全面に複数形成された検査用電
極とこれらに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触さ
せ、上記被検査体に形成された回路素子の電気的特性検
査を行うコンタクタであって、上記各プローブ端子が配
列されたコンタクタ用基板と、このコンタクト用基板の
上記各プローブ端子と干渉しない位置に配列された温度
センサとを備えたことを特徴とするコンタクタ。
【請求項３】上記基板表面で上記プローブ端子と干渉
しない位置に熱伝達媒体を設けたことを特徴とする請求
項１または請求項２に記載のコンタクタ。
【請求項４】上記プローブ端子は軸方向で弾性的に圧
縮変形可能に形成されていることを特徴とする請求項１
〜請求項３のいずれか１項に記載のコンタクタ。
【請求項５】被検査体に複数形成された検査用電極と
これらに対応するプローブ端子とをそれぞれ接触させ、
上記被検査体に形成された回路素子の電気的特性検査を
行うコンタクタを製造する方法において、コンタクタ用
基板表面に複数の端子用孔を設ける工程と、各端子用孔
の内周面に導電膜層を設けると共に各導電膜層に連なる
配線膜層を上記基板に設ける工程と、上記各端子用孔そ
れぞれにプローブ端子を圧入する工程とを有することを
特徴とするコンタクタの製造方法。
【請求項６】上記端子用孔をエッチングにより設ける
ことを特徴とする請求項５に記載のコンタクタの製造方
法。