JPH02126160A - 試験プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体デバイス等を試験するために用いられる
試験グローブに関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

集積回路を試験する非破壊的方法は半導体製作の当業者
には既知である。集積回路は一般にウニのである。ウェ
ーハを個々のチップに切断する前に、回路を試験してナ
エノクしなければならない。

チップ回路の試験は通常、チップ回路がまだ単一ウェー
ハ上に共に載っている間に行われる。

グイを切離し２、パッケージし、てから試験するのは法
外な費用がかかるからである。各ウェー！・上の分離さ
れた数百のチップ・デバイスを入力信号を各デバイスに
通し、所定の出力位置での電圧レベクな監視することに
より解析する。

現在使用している伝統的なグローブ装置は試験プＯ−ノ
と試験中のチップ・デバイス（ＤＵＴ）の入出力パッド
との間の電気的接続不良のため不正確な結果が生ずるこ
とが非常に多い。従来の形式の膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ　
）　　グローブ試験機器はシリコンウェーハ上に載って
いるチップの接触パッドに押（〜つけられる電気接点を
使用している。これらのパッドは通常アルミニウムから
作られている。

アルミニウムの表面は通常非導電性の酸化アルミニウム
の層で被覆されている。これらの層の深さは典型的には
５から１０ナノメートルである。

この絶縁性の膜はウェーハに載っている回路に高周波信
号を正確且つ確実に送り込むというプローブの能力を損
う。

現在の技術について問題が存在する。特に、試験の正確
さを高く保つと同時に集積回路を高速に試験することが
できる確実な試験システムを作るにあたり困難に直面１
７た。試験が不正確になる主な原因は電流の流れに対ｌ
−で酸化物の膜により生ずる大きな電気抵抗である。

それ故、この酸化物の抵抗に向って良（機能する改良さ
れた膜試験プローブを開発する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明は試験中のデバイスの接触バットとの電気的接触
特性が良好な試験プローブを提供することを目的とする
。

〔発明の概ヅ〕

ここに開示する本発明は、膜プローブ・カードに備わっ
ている、接点を磨き洗う酸化物研磨磨洗運動（ｏｘｉｄ
ｅ−ａｂｒａｄｉｎｇ　ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ　ｍｏｔｉ
ｏｎ　）を行う試験プローブ・システムである。このグ
ローブ・カードはウェーハ上の他のチップと共にまとめ
られる一方、集積回路チップに高速試験信号を供給する
のに使用される。この革新的手法により試験中のデバイ
スの入出カバノドとの電気的接触を行うグローブ・カー
ドの接点の故障から生ずる不正確な試験結果が減ること
により現存する膜グローブ・カード構造の性能が向上す
る。

本発明は試験プローブとＤＵＴの入出カバノドとの間の
電気的接触の不良から不確実な試験結果が生ずるという
問題を克服するものである。本発明はこれを接触バ、・
ドから酸化物をすり落し、有効な電気的接触を形成でき
るようにして行う。

このプローブは導電信号線路および接触バンブを備えて
いる伸張可撓膜の中央部と係合する平行移動台を使用し
ている。膜の周囲は円形支持台に取付けられている。平
行移動台は各々が他の二つに対して１２０°の角位置に
ある長さ一定の一つのげねアセンブリ（すなわち、第１
のばね）および長さ可変の一対のばねアセンブリ（すな
わち、第２のばねおよび第３のばね）により、支持台の
領域内に支持されている。

三つのアセンブリはすべて移動台の周辺から支持台の内
縁へ半径方向に延びている板げね（すなわち、第４のば
ね）を使用している。こ第１ら可変長アセンブリは移動
台の六角形の縁の一つの近くで板ばねの端を取囲む三つ
のフライス加ニスロットの一群から成る伸張ばねと板げ
ねとを用すわせている。これにより非対称構造が導入さ
れる。

一定長ばねと二つの可変長ばねとを組合せることにより
導入される非対称性のため、移動台が動いて試験デバイ
ス（ＤＵＴ）に接触するにつれて移動台のわずかではあ
るが制御された左右横方向の磨洗運動が生ずる。この横
方向の磨洗運動は一定長および可変長の支持アセンブリ
により生ずる運動の自由の不釣合いから生ずるものであ
る。

移動台が下ってウェーハに接触すると、移動台はまず支
持台に対して垂直に、かつ自身に平行に移動する。一定
長ばね（すなわち、第１のばね）はこれに応じて上方に
回転し、移動台を自分の方に引張る。第２のばねおよび
第３のばねは応答して、ゆるくなり移動台に幾らかのた
るみを与える。

その結果、移動台は水平に一定長ばねの方に移動する。

支持システムの可撓性または「遊び」は、この小さな横
方向運動を可能にするが、移動台の外側部分が第２のば
ねまたは第３のばねにより規定される半径方向に向って
曲るという傾向の一因となる。この特定の方向に曲りや
すいという傾向は各伸張ばねを構成する三つのフライス
加エスロｙ　ｈにより生ずる。

〔発明の実施例〕

以下に示す図、詳細な説明、および要約は本発明の請求
範囲にしたがって作製した一つの見本構造を示している
に過ぎない。

特許請求の範囲にしたがって作製することができるすべ
ての見本構造のうち、発明者はここに説明する特定の見
本構造が特許請求の範囲に規定した本発明を具体化する
最良態様の見本構造であると考えている。

システムの概観 一般的に言えば、本発明は試験グローブの試験膜２２が
試験中のデバイス（ＤＵＴ　）（図示せず）と係合する
とき自動横方向衝突磨洗運動を発生する装置ＩＯを提供
する。

装置１０は一定長を有する少くとも一つのばね３０およ
び可変長を有する少くとも一つのばね３８を含む複数の
曲げ手段３０．３８．３８を備えている。

また装置１０の試験グローブとＤＵＴとの間で複数の電
気信号を伝達するように形成された複数の導電手段２３
．２５．６０をも備えている。

装置ＩＯは更に膜２２のよ５な可撓平面手段を備えてお
り、これは伸張するように形成され複数の導電手段２３
．２５、および６０を保持するように構成されている。

装置１０は、また、上面２９が曲げ手段３０．３８、お
よび３８の少くとも一つと結合するように配設されて形
成され下面５４を備えて形成された移動手段２８を備え
ている。

表面５４はそれ自身を貫く開口５１を規定するように形
成されており、開口５１は可撓平面手段２２を伸張した
ときそれ自身の上方に固定するように形成されている。

表面５４は可撓平面手段２２と結合するように配設され
ている。最後に移動手段２８および複数の曲げ手段３０
．３８、および３８を支持するように形成された周辺支
持手段１２を備えている。

システムの詳細 第１図は取付穴ｔ　＝ｉおよび三つの円周スロット１６
を備えた円形支持台１２で限られる膜プｏ　−ブ１０を
示す。上リング１８は支持台１２の内縁の頂部に取付け
られ、伸長した、円形の可撓膜２２の上方で保護層２０
を保持している。膜２２は保護層２０とその内径に沼っ
て下リング部２６を備えている支持台基体２４との間の
所定位置に保持されている。

第２図は全般的に半径方向の導電信号線路２３のパター
ンを備えた膜２２の上面を概要的に表わす」−面図であ
る。線路２３は膜２２の周囲まで延び、端子２５と接続
している。これらの端子には支持台のスロノ１−１６を
通してアクセスする。線路２３および端子２５は第１図
から省略１〜であって本発明の斜視図を簡単にしている
。

六角形の移動台２８は三つのたわみピボット・アセンブ
リ３０．３８、および３８により支持台１２の中央に支
持されている。一つのピボット・アセデブリは板ばね３
２により支持台１２に取付けられた一定長のたわみピボ
ット・アセンブリ３０である。ばね３２は支持台１２の
一対の圧縮ブロック３５０間に、および移動台２８の上
面２９の同様の一対に圧縮ブロック３６により、クラン
プされている。

板ばね３２と支持台１２の水平面との交点で作られる取
付角３３により移動台２８の挙動が決まる。角３３につ
いては以下に詳細に説明する。圧縮ブロック３５および
３６はすべてねじ３４で接続されている。第２および第
３のたわみピボット・アセンブリは、共に３８と記しで
あるが、一定長アセンブリ３０から１２０°を成す半径
方向に沿ってそれぞれ数句けられている。

六角形の移動台は、三つのアセンブリ３０．３８、およ
び３８によって作られるこれら三つの半径の各々が移動
台２８の六角形の周囲の縁に垂直に配設されるように位
置合せされている。二つの可変長たわみピボット・アセ
ンブリ３８の各々は板ばね３２．２対の圧縮ブロック３
５および３６、およびそれらの関連ねじ３４を備えてお
り、更に移動台２８の上に伸張ばね３９と【−で挙動す
る部分を備えている。

圧縮ブＯｙり３６の各対は伸張ばね３９を備えた三つの
機械加工溝で囲まれている。二つの伸張ばね３９の各々
は横断スロット４０およびｒＨＪ形横力向スロット４２
を備えている。移動台２８にはその六角形の周囲の縁と
中心との間に二つの狭い細長い横断スロット４０がある
。これら各横断スロット４０は移動台２８の六角形の縁
に平行であり、板ばね３２に直交し、ている。

横力向スロット４２は圧縮ブロック３６の両側にあげら
れており、二つ共、横断スロット４０および移動台２８
の六角形の縁に隣接している。各横断スロット４０、そ
の幅と、その関連する組の横力向スロット４２との間の
距離４４は、伸張ばね：う９の作用を決める決定的なパ
ラメータであり、これについては以下に詳細に説明する
。

第３図は移動台２８が付加たわみピボット・アー（−：
ンブリ用の数対の付加取付穴４６をも備えていることを
示している。これらの穴は窓アセンブリ４７を取囲んで
いる。窓アセンブリ４７は開口５１を覆っている。アセ
ンブリ４７は上リング４８、複数の取付けねじ５０、窓
５２、および窓５２から移動台の絶縁用下リング５４を
通って膜２２まで延びる中央透明ディスク５６から構成
されている。

ディスク５６にはその上面に埋込まれた位置合せビン５
８があり、ディスク５６を開口５１の内部に確実に保持
している。窓アセンブリ４７によりプローブ１０のユー
ザはプローブを試験中のデバイス（図示せず）のウェー
ハ上方に目視で位置合せすることができる。

第３図はまた複数の導電性接触バンブ・ヴアイア６１に
より膜２２を通して接続されている複数の接触バンブ６
０をも示している。読者は信号線路２３、端子２５、接
触バンプ６０、およびヴアイア６１を形成するのに使用
される製作工程の詳細については１９８８年７月にＥｌ
ｉｚａｂｅｔｈ　Ａ。

Ｂｅ１ｌｏｌｉ　　等が出願した共有ｌ−１共通に譲渡
された特許出願ｒＭｉｃｒｏ−８ｔｒｉｐ　Ａｒｃｈｉ
ｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒＭｅｍｂｒａｎｅ　Ｔｅ５ｔ　
Ｐｒｏｂｅ　Ｊを参照するとよい。

第４図は自動接触磨洗作用のある膜プローブ１０の動作
を最も良く示している。圧縮ブロック３５および３６お
よび板ばね３２はプローブ１０が試験中のデバイス（図
示せず）に接触する前後な概要的に示しである。ダ７・
ン、付き参照数字３２′および３６′は試験デバイスに
接触した後の仮ばねおよび圧縮プロ、ツクのかたより位
置を示す。

移動台２８がその目標に到達すると、支持台１２に対し
てそれ自身に平行に上方に押される。、この移動台２８
にかかる持上げ力により板ばね３２の移動台端が上方に
回転し、移動台２８を引張り」−げる７、逆に訂えば、
他の二つの板ばね３２が偏向すると、これらそれぞれに
より移動台２８全体が水産面内で一定長たわみピボット
・アセンブリ３０で規定される半径に平行な方向にわず
かずれることかできる。

第４図は一定および可変のたわみビボ、ノド・アセンブ
リ３０．３８．３８の間の横方向弾性の差が、移動台２
８が下って試験中のデバイスに接触するとき、変位距離
６２として示した、わずかではあるが正確な左右横方向
運動を発生することを示している。変位６２は移動台２
８の垂直移動距離の１／１０にほぼ等しい。

伸張ばね３９のため、移動台２８の横断スロット４（）
の外側にある部分は支持台１２の方に外向きに曲る。移
動台上の狭い細長い横断スロット４０および「１１」形
横方向スロット４２は板ばね３２の長手軸に平行な方向
には曲げに対して比較的低い抵抗を示すが、他の方向に
加えられるトルクには耐える。

この耐ｌ・ルク特性は、移動台２８を、膜２２が水平面
の外に傾動しないようにして、それ自身に平行に垂直軸
に清って動くように制約しなければならないので、重要
である。耐］・ルク特性の無い場合このような傾動によ
り試験中のデバイスに接触バンプ６（）が不整合を来た
すことになる。

伸張ばね３９により発生するばね力は横断スロッ１へ４
０および横方向スロット４２の分離（でより決まる。こ
の分離を上記では横断スロット距離４４と称した。分離
４４が大きくなると、伸張ばね３９が剛（なり、移動台
２８の運動に対する反作用が小さくなる。−・対の横力
向スロット４２の両端間の距離も伸張ばね３９の挙動に
影響する。

スロ７）４２の両端間の（版ばね３２の長さに平行な方
向の）距離が小さくなると、伸張ばね３９の曲げに対す
る抵抗が減る。好適実施例の構造について選定した横断
スロット距離４４は００１５インチ（０，３８１＋１Ｉ
１１）である。横方向スロット４２の両端間の距離は典
型的には０．６８フインチ（１７，４５１１１１１１）
である。

本発明の最良態様での可変長たわみビボｙト・了センブ
リ３８により発生するばね力は１インチあたり約２，５
００ボンドである。このばね力を与えた場合、一定長た
わみピボット・アセンブリ３０は２０ミクロンの側方運
動を生じさせるのに移動台２８に２ボンドの力を加えな
ければならない。

たわみピボット・アセンブリの磨洗作用はそのばね要素
にプリロードすることによりセットすることができる。

移動台の磨洗挙動を制御する他の方法は板ばねの取付角
を支持台１２０基台２４で規定される水平面に対して特
定の角度に選定することである。

長さ０．３７５インチ（９，５３朋）の板ばねについて
は、取付角を８°（第１図および第３図に参照数字３３
として示しである）にすれば移動台２８０１７５ミクロ
ンの変位に応じて生ずる磨洗距離６２は約２０ミクロン
である。取付角３３を変えて磨洗運動を七ノドすること
はスロット４０および４２を変えて伸張ばね３９をプリ
ロードするより容易かつ経済的である。

得られる磨洗作用も板ばねの角３３を調節して一層容易
に制御される。板ばね３３を水平に対してわずか傾けて
取付ければ磨洗運動の大きさが以前の技法に比較して大
きくなる。この取付法はまた試験ウェーハと接触してか
ら移動台２８が上向きに押されるときの移動台２８の不
必要な傾動に耐える助けになる。

本発明の好適実施例においては、移動台２８の下面上に
ある下リング５４は電気を伝えない材料、すなわち、誘
電体から構成されている。レキサンのようなプラスチッ
クはこの目的に適している。

というのはこのプラスチックは膜２２を移動台２８の金
属から絶縁するとともにポリイミド膜２２を移動台２８
が膜２２に当ってこすられるとき生ずることかある磨耗
から保護するからである。

本発明の別の実施例は二つまたは三つより多いたわみピ
ボット・アセンブリを使用することができる。板ばね３
２は移動台２８を適切な張力で支持することができるロ
ッド、棒、またはコイルのよ５な可撓部材で置き換える
ことができる１、同様に、伸張ばね３９は移動台２８の
領域を占有するように必らずしも制約されることはない
。

移動台２８の支持構造に非対称性を導入する機能を行う
装置ならどんなものでも使用することができる。伸張ば
ね３９は移動台２８を成る同等な形態のばね３２を通し
て支持台１２に連結する別の構成要素でもよい。

」二連の好適実施例においては、伸張ばね３９は移動台
２８にフライス加工した三つのスロットを備えている。

これら溝の形状および設置場所は本発明の精神および範
囲から逸脱することなく変えることができる。移動台の
輪廓も別の支持システムの構造に合うように変えること
ができる。

自動接触磨洗作用を持つ膜プローブは典型的には試験ウ
ェーハが移動チャックによりプローブの下を歩進してい
る間静止チャックに使用される。

結論として、本発明は電気接触バッドから酸化物をすり
取り、膜と試験中の半導体デバイス（１）ＵＴ）（図示
せず）との間に有効な接触を形成することができるよう
に設計された膜試験プロー７〔１０〕を提供する。支持
台〔１２〕は三つのピボット・アセンブ１Ｊｃ３０．３
８．３８〕で支持された移動台〔２８〕を支持する。

第１のピボット・アセンブリ、すなわち一定長たわみピ
ボット・アセンブリ、は一対の圧縮ブロック（３，４］
により支持台〔１２〕に結合されている板ばね〔３２〕
を備えている。第２および第３のピボット・アセンブリ
は板ばね〔３２〕を伸張ばね３９として働く移動台〔２
８〕の上面〔２９〕の領域と組合せる可変長たわみピボ
ット・アセンブリである。

各伸張ばね〔３９〕はその関連の板ばね〔３２〕および
移動台〔２８〕の上の圧縮ブロック〔３５〕のし・ずれ
かの側に設置された一対の「ＨＪ形横方向スロット〔４
２〕に垂直に走っている狭い細長い横断スロノｈ　［４
０］を備えている。六角形の移動台〔２８〕はその頂部
が上リング〔４８〕で所定位置に保持されている窓〔５
２〕を備えた窓アセンフＩＪ（４７）で覆われている中
央開口〔５１〕を備えている。

窓〔５２〕は絶縁用下リング〔５４〕により画定される
開口〔５１〕の内部に設置されている透明中心ディスク
し５Ｇ〕に寄りかかつている。導電接触バンプ（６ｆ）
　〕を支持し、ている可撓膜〔２２〕は支持台〔１２〕
の周辺から支持され、開口〔５１〕を横切って延びてい
る。３接触バンプ〔６ｏ〕は移動台〔２８〕から遠い方
を向いており、試験中のデバイス（図示せず）の入出カ
バノドに押し込まれている。

試験中のデバイスからの信号はプローブ〔１ｏ〕に伝え
られ、信号線路〔２３〕を経て端子〔２５〕に伝えられ
るＣ１端子〔２５〕には膜〔２２〕の上に設けられた保
護層〔２０〕のスロノｌ−（１６）を通してアクセスす
る。

一定長および可変長のたわみピボット・アセンブリ〔３
０，３８〕の組合せにより得られる非対称性は試験プロ
ーブ［１０］が試験中のデバイスに押しつけられると必
らず自動接触磨洗運動を発生する。移動台２８が接触バ
ンプ〔６０〕を通して試験中のデバイスを押したとき上
方に突き上げられると、一定長たわみピボット・アセン
ブＩＪ（３８）の中の板ばね〔３２〕は試験中のデバイ
スから遠ざかって上方に単に変位するだけである。

対照的に、二つの可変長たわみピボット・アセンブｌ［
３８）の板ばね〔３２〕は伸張ばね〔３９〕の作用のた
め「Ｓ」形に変形し、これにより移動台〔２８〕の横断
スロノｈ［４０］の外側の部分が支持台〔１２〕の方に
曲る。この側方運動は移動台〔２８〕の移動にわずかな
横方向変位〔６２〕を与え、これにより、試験デバイス
が接触を行いその酸化物被吸 膜を磨削し去るにつれて、袂極的に試験デバイスのアル
ミニウム接触パッド（図示しない）を自動的に磨き洗う
。

自動接触磨洗作用のある膜グローブは半導体工業に使用
されている試験機器の効用を高める非常に信頼性の高い
システムである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いることにより、被試
験デバイスの接触バッドと試験プローブの接触バンプと
の電気的接触を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の概略斜視図である。 第２図は該実施例の平面図である。 第３図は第２図の線３−３における断面図である。 第４図は本発明による自動磨洗運動を説明するための図
である。 １８：支持台の上リング、　　　２８：移動台、３０ニ
一定長たわみピボット・アセンブリ、３２：板ばね、 ３８：可変長たわみピボット・アセンブリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも１つの一定長ばねと少なくとも１つの可変長
   ばねとを含む複数のたわみ手段と、被試験デバイスの電
   極と接触して電気信号を入出力するための複数の電気的
   導電手段と、 前記複数の電気的導電手段を備えた伸張可撓平面手段と
   、 上面と、下面と、中央に該両面に垂直な開口とを有し、
   前記上面には前記たわみ手段の少なくとも１つが結合さ
   れ、前記下面には前記可撓平面手段が張られている移動
   手段と、 前記移動手段を前記複数のたわみ手段を介して支持する
   周辺支持手段と、 を備えて成る試験プローブ。