半导体器件测试用探针及其制造方法和使用它的探针装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种半导体器件测试用探针及其制造方法和使用它的探针装置，探针前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与测试点表面形成的角度在１５度以上，而且探针前端形成为球状曲面，设其曲率半径为Ｒ、测试点厚度为ｔ，当设按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，上述球状曲面为满足θ＝ｃｏｓ↑［－１］（１－ｔ／Ｒ）≥１５°关系的曲率半径Ｒ的球状曲面，而且在探针前端设有平坦部分。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对半导体基片上形成的半导体集成电路进行工作测试用的探针及用于清除附着在该探针上的例如金属、金属氧化物及妨碍电接触的污染物等的清除构件。如图22A所示，以往的探针，将前端变成钩形的探针202安装在上下运动的探针卡201上，在压紧接触半导体集成电路的测试点(下面称为测试点)时，戳破测试点表面的氧化膜，与测试点新露出的表面完全接触(电接触)，进行测试(探测)。图22B示出了在进行该探测时的探针前端的样子。为便于说明，按其大小等画成模型图。如图22B所示，以往的探针202的前端200，本来其前端或加工成平面，或即使有意加工成球状曲面，但使其曲面接近球状时的曲率半径R较大，在20～30μm以上，因而，例如在探测时，首先前端整个平面部分接触，隔着测试点203表面的氧化膜204或表面的污染物进行探测。随着探针202压紧接触测试点203，则测试点203表面的氧化膜204的一部分被戳破，产生完全电接触的导通部分206，进行导通测试。但是，在重复进行探测时，探针202的应力最大的“脚后跟”部分205就不断堆积氧化膜204，与测试点203真正接触的面积减少，导致导通不稳定。因此，如特开平6-8560号公报所揭示，利用在探针前端加以振动以得到可靠的电接触。另外，探针202所使用的钨材料是粉末烧结体，由于材料内部存在缺陷，因此作为探针202加工其前端形状时，其表面出现材料缺陷(空洞)。铝等测试点材料进入该探针202端面出现的材料缺陷中，形成附着核，附着物增加，使得接触电阻增大。因此，例如日本特开平5-140613号公报中对钨材料进行热处理以去除材料缺陷。另外，探针202成为半导体集成电路基片电气特性测试的测试仪及半导体集成电路之间进行电信号交换的接口，该探针压紧接触，使得刮掉半导体集成电路的铝合金测试点203。因此，在探针202的前端附着了被刮削下来的测试点203的材料铝及铅的氧化物或测试点203表面残留的污染物。所以，如果不从探针202的前端除去该附着物，则探针202与测试点203之间的接触电阻增加，因此不能正确测量半导体集成电路的电气特性。另外，若在探针202的前端堆积附着物的状态下长期使用，则接触电阻将随着时间而增大。因此，每进行规定次数的探测之后，要对探针202的前端进行清洁工作以除去异物。例如在日本特开平7-244074号公报中揭示，在具有弹性的母材中混合研磨用的微粒研磨剂，形成片状作为研磨片，将该研磨后安装在实现半导体集成电路与探针接触动作的探针装置的基片移动台上代替半导体基片，将基片移动台上下移动，使探针前端压紧在研磨片上，通过在探针前端表面与研磨片内分散的微粒研磨剂之间的接触摩擦，除去附着在探针前端的异物。以往的探针具有如上所述的结构，如图22B所示，在进行电气特性测试时，探针202的前端200与测试点203的真正接触面积(导电部分206)常常非常小，不能得到充分的导通。另外，探针202的钨材料内部有空洞缺陷，为了消除缺陷可考虑采用热处理，但问题是，若进行再结晶温度以上的热处理，则探针202的材料将变脆。另外，用来除去以往的探针202前端附着的异物的研磨片，是在具有弹性的母材中混合微粒研磨剂而形成的，由于探针202的前端200在压紧研磨片表面时产生变形，因此有时会如图23所示，探针202的前端200插入母材210中，这样在遍及图中虚线所示范围内均被微粒研磨剂211研磨，在重复实施清洁处理时前端变得细小，最后出现强度不够而弯曲或折断等问题。本专利技术提供探针的用于解决前述存在的问题，其探针前端与测试点的真正接触面积较大，能得到可靠的电接触。本专利技术的目的在于提供能防止探针前端变得细小、能够延长使用寿命的探针前端附着异物去除构件。附图说明图1A和图1B表示本专利技术实施形态1的探针与测试点的状态说明图。图2表示本专利技术实施形态2的探针与测试点的关系图。图3表示本专利技术实施形态2的探针在铝测试点上划出的探针痕迹。图4表示本专利技术实施形态3的探针与测试点的关系图。图5A和图5B表示本专利技术实施形态4及5的探针和探针与测试点的关系图。图6A图6B和图6C是本专利技术实施形态6的探针制造方法说明图。图7A和图7B表示本专利技术实施形态6的探针对测试点产生的应力的说明图。图8A和图8B是利用SEM对本专利技术实施形态7的探针及一般的探针组织拍摄的照片。图9表示本专利技术实施形态7的探针与测试点的关系图。图10表示本专利技术实施形态8的探针。图11表示本专利技术实施形态9的探针装置的结构剖视图。图12表示本专利技术实施形态10的探针装置的结构剖视图。图13表示本专利技术实施形态11的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图14表示本专利技术实施形态12的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图15表示本专利技术实施形态13的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图16表示本专利技术实施形态14的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图17表示本专利技术实施形态15的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图18表示本专利技术实施形态16的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图19表示本专利技术实施形态17的探针前端附着异物除去构件的结构剖视图。图20表示本专利技术实施形态18的探针前端附着异物除去构件的构成平面图。图21表示沿图20的线ⅩⅪ-ⅩⅪ的剖视图。图22A是以往的探针装置说明图。图22B表示以往的探针与测试点的状态说明图。图23表示探针前端附着异物除去构件在研磨时与探针的关系的剖视图。下面，参照附图对本专利技术实施形态进行说明。实施形态1图1A及图1B表示本专利技术实施形态1的探针与测试点的状态说明图。在图中，1为探针，2为测试点，3为测试点2的结晶取向，4、5、6为滑移面，7为探针前端面的切线方向矢量，8为在测试点2表面形成的测试点表面氧化膜，9为氧化膜附着部分，10为电气导通部分，11为切断。如图1(b)所示，探针1与测试点2的电气导通，在探针时是通过将测试点2切断变形、戳破表面氧化膜8、得以与测试点新露出的表面接触而实现的。能引起切断变形的角度由溅射时的取向决定。例如对铝测试点，如图1A所示可知，溅射时测试点2的结晶取向3与(111)一致，即所谓C轴取向。该(111)的滑移面4与测试点表面之间形成的角度为0度。另外，在其他的滑移面中，与测试点表面形成角度最小的滑移面5为(110)、(101)及(011)，其角度为35.3度。如果只有在滑移面的角度能引起切断，则应该只有在0度或35.3度这比较分散的角度值引起切断。但是，根据实验结果可知，并不是在比较分散的角度值、而是在各种角度情况下切断。这是由于，沿上述滑移面4及上述滑移面5的切断加以组合产生图1B所示的切断11。通过实验证明，能产生切断的最小滑移面6的角度为15度，稳定产生切断的滑移面角度为17度。因而，若探针前端形状为探针前端切线方向向量7与测试面表面形成的角度在15度以上、最好在17度以上，则能够戳破测试点2表面的氧化膜8，与测试点新露出的表面接触，得到充分的电气导通。实施形态2对于上述实施形态1所示的前端形态的探针1，如图2所示，将探针1的前端面形状形成半径R的球状曲面时，若设测试点2的膜厚为t，在测试点表面探针前端曲面的切线方向与测试点表面形成的角度为θ，则对于R、θ及t，存在下列关系R-Rcosθ=t因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其特征在于， 所述探针的前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与所述测试点表面形成的角度为１５度以上，而且探针前端形状为球状曲面，设其曲率半径为Ｒ、测试点厚度为ｔ、按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，所述球状曲面为满足 θ＝ｃｏｓ↑［－１］（１－ｔ／Ｒ）≥１５° 关系的曲率半径Ｒ的球状曲面， 所述探针前端设置有平坦部分。

【技术特征摘要】
JP 1997-7-24 198534/97;JP 1997-9-12 248493/97;JP 11．一种半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其特征在于，所述探针的前端形状为，按压时在测试点表面上探针前端面的切线与所述测试点表面形成的角度为15度以上，而且探针前端形状为球状曲面，设其曲率半径为R、测试点厚度为t、按压时在测试点表面上探针前端面切线与测试点表面形成的角度为θ时，所述球状曲面为满足θ=cos-1(1-t/R)≥15°关系的曲率半径R的球状曲面，所述探针前端设置有平坦部分。2．如权利要求1所述的半导体器件测试用探针，其特征在于，所述探针由粉末状原料烧结而成的线状金属材料制成，对所述探针进行热处理，该热处理条件为在非氧化性气体氛围中，使处理温度为所述金属材料的再结晶温度以下，增加所述非氧化性气体的压力，所述金属材料的体积随着时间而收缩，在这样的条件下加压构成。3．一种半导体器件测试用探针的制造方法，该半导体器件测试用探针，将前端部按压在半导体器件的测试点上，使所述前端部与所述测试点电接触，对所述半导体器件的工作进行测试，其特征在于，所述探针由粉末状原料绕结而成的线状金属材料制成，对所述探针进行热处理，该热处理条件为在非氧化性气体氛围中，使处理温度为所述金属材料的再结晶温度以下，增加所述非氧化性气体压力，所述金属材料的体积随着时间而收缩，在这样的条件下加压构成。4．如权利要求3所述的半导体器件测试用探针的制造方法，其特征在于，所述探针由钨或钨合金制成，所述热处理条件为，处理温度为300℃以上600℃以下，加压200～20000大气压，处理时间为0.5～5小时。5．一种探针前端附着异物除去构件，其特征在于，包括弹性变形的...

【专利技术属性】
技术研发人员：前川滋树，竹本惠，三木一伸，加纳睦，长田隆弘，加柴良裕，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]