JP2000028641A

JP2000028641A - プローブカード

Info

Publication number: JP2000028641A
Application number: JP10199066A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Nebutani; 俊介根布谷
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高温状態の半導体試験においても、環境温度
を変えることなく、安定して電極コンタクトがとれ、着
実に正確な試験を行うことができるプローブカードを提
供する。【解決手段】カード基板１と、一端がカード基板１の
裏面に固着されることにより吊下され、他端が被試験体
である半導体装置の電極に接触するプローブ針３とを備
えたプローブカード１０において、プローブ針３の基部
の少なくとも一部の領域を収容する内部空間を有するプ
ローブ冷却部１１と、このプローブ冷却部１１に吸熱媒
体である冷却用乾燥エアを供給する冷却用エア供給パイ
プ２１と、ウェーハの電極パッドから伝導したプローブ
針３の熱をプローブ冷却部１１で吸熱した冷却用乾燥エ
アを排出する冷却用エア排出パイプ３１とを含む触針冷
却手段をさらに備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブカードに
関し、特に、ウェーハプロセス終了後の半導体ウェーハ
の高温環境における電気的特性の試験に用いるプローブ
カードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術によるプローブカードの一例
を図６に示す。図６は、プローブカード１００の略示断
面図であり、その相互に対称な形状のうち、対応する部
分を省略したものである。

【０００３】同図に示すように、絶縁樹脂材料でなる多
層基板であるカード基板１の裏面略中央に、セラミック
でなり略矩形の底面形状を有するリング２が形成されて
いる。このリング２の下方には、先端がフック状に折曲
し、後端がリング２の外側のカード基板１の裏面に形成
された電極４とはんだ付けされたプローブ針３がリング
２の端部に形成された樹脂製支持部材８の貫通孔を経由
してリング２の中空内に延在して配設され、その中央部
が樹脂製支持部材８により支持されている。

【０００４】カード基板１は、内部に配線層１８を有
し、この配線層１８は、電極４に接続されている。

【０００５】プローブ針３の先端が被試験体（ＤＵＴ：
Ｄevice Ｕnder Ｔest）であるウェーハ工程終了後の半
導体ウェーハ７上に形成された半導体装置の電極パッド
（図示せず）に垂直に接触した後、配線層１８を介して
図示しないテストヘッドからテスト信号がＤＵＴへ供給
され、また、これに応答してＤＵＴから出力される信号
がプローブ針３および配線層１８を介してテストヘッド
に供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の試験にお
いては、常温での電気的特性のみならず、高温時での電
気的特性をも測定する必要がある。しかしながら、図６
に示す従来のプローブカード１００を用いて高温状態の
半導体ウェーハの試験を長時間行った場合、次のような
問題点があった。

【０００７】即ち、電極パッドにプローブ針３を長時間
接触させると、半導体ウェーハ７の熱がプローブ針３を
伝導してカード基板１に到達し、カード基板１自体が高
温状態となる。このため、カード基板１が熱膨張を起
し、これにより、撓んだり、反りかえったりする。この
結果、カード基板１の各領域にわたってＤＵＴの電極パ
ッドとの距離がまちまちとなるほか、Ｘ方向またはＹ方
向に位置ずれが生じてプローブ針３と電極パッドとがず
れ、十分なコンタクトがとれず、正確な測定ができない
という問題点があった。この問題は、特に、多数の半導
体チップを同時に測定するプローブカードに関して、チ
ップサイズやパッドピッチがますます狭小化することに
より、試験効率が著しく低下する、という問題が生じ
た。

【０００８】このように熱を受けてプローブカードが変
形することによる問題を解消するため、従来から様々な
手法が提案されている。

【０００９】例えば、特開平５−４１４２４号公報によ
れば、電極パッドが下方に向く状態でＤＵＴを保持し、
プローブ針の先端を上方に向けた状態でプローブカード
を設置し、供給ノズルから冷却エアを供給してウェー
ハ、プローブカードおよびテストヘッド内を流下させる
プローブ装置が提案されている。

【００１０】この方法によれば、テストヘッドからの放
射熱を冷却エアで流下させるので、プローブカードをテ
ストヘッドからの放射熱の影響から保護することができ
るが、半導体試験の環境温度そのものを低下させるた
め、高温特性の試験に利用することはできなかった。

【００１１】また、特開平７−３５７７５号公報では、
ＤＵＴに対向する裏面側に断熱材を介して設けられた対
流熱移動阻止用プレートを有し、かつ、表面側に反り抑
制部材を設けたプローブカードが提案されている。これ
によれば、対流熱移動阻止用プレートと断熱材により、
高温空気を遮断してプローブカード本体への熱伝導を防
止することができ、さらに、反り抑制部材により、プロ
ーブカード本体が熱によって反りかえることを防止する
ことができる。

【００１２】また、特開平２−１９２７４９号公報によ
れば、カードホルダーに内設した冷却用のパイプ内に冷
却媒体を流してカード基板を冷却する耐熱型プローブカ
ードが提案されている。

【００１３】上記２つの提案に係るプローブカードは、
いずれも、ＤＵＴとプローブカードとの間の空間を介し
てＤＵＴから伝導される輻射熱の遮断を図るものであ
る。

【００１４】しかしながら、半導体試験においては、ウ
ェーハの電極パッドに金属導体であるプローブ針が長時
間接触するため、高温状態のウェーハからプローブカー
ドに伝導される熱のほとんどは、このプローブ針を経由
して伝導されたものであり、その割合は全体の約８０％
〜約９０％にも及ぶ。このため、カード基板に断熱部材
を設けたり、パイプをカード基板に近接して設けて冷却
媒体でこれを冷却しても、十分な効果を得ることができ
ないので、上述のプローブカードでは、冷却効率が著し
く低い、という問題点があった。

【００１５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、高温状態の半導体試験において
も、環境温度を変えることなく、安定して電極コンタク
トがとれ、着実に正確な試験を行うことができるプロー
ブカードを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。即ち、本発明によれば、基
板と、一端が上記基板の裏面に固着されることにより吊
下され、他端が被試験体である半導体装置の電極に接触
する触針と、この触針の基部の少なくとも一部の領域を
収容する内部空間を有する第１の冷却室と、この第１の
冷却室に吸熱媒体を供給する第１の供給管と、上記第１
の冷却室から上記吸熱媒体を排出する排出管とを含む触
針冷却手段とを備えたプローブカードが提供される。

【００１７】上記触針冷却手段は、上記第１の供給管と
上記第１の冷却室と上記第１の排出管により密閉された
空間内に吸熱媒体を流し、環境温度に影響を与えること
なく、被試験体から上記触針に伝導される熱を放散させ
る。

【００１８】本発明に係るプローブカードは、上記被試
験体に対向する上記基板の裏面領域に上記被試験体より
発生する輻射熱を放散させる第２の冷却室を備え、この
第２の冷却室は、上記吸熱媒体を供給する第２の供給管
と、上記第２の冷却室から上記吸熱媒体を排出する第２
の排出管とをさらに備えることが好ましい。

【００１９】また、上記第２の冷却室は、上記被試験体
に対応する上記基板の裏面位置に設けられた中空枠体
と、この中空枠体の壁部に張設されて内部空間を形成す
る蓋体とで形成され、上記中空枠体の外壁部は、上記第
１の冷却室の壁面の一部をなし、上記中空枠体の熱伝導
係数よりも小さい熱伝導係数を有する絶縁材料で上記中
空枠体の端部に形成され、上記触針の形成位置に対応し
て貫通孔が設けられた支持部材をさらに備え、上記触針
は、上記貫通孔を通って形成されることにより、その中
央部が上記支持部材により支持されることが望ましい。
また、上記吸熱媒体は、冷却された乾燥エアが好適であ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下
の各図において、同一の部分については、同一の参照番
号を付してその説明は適宜省略する。

【００２１】本実施形態のプローブカード１０の斜視図
を図１に示す。同図は、ＤＵＴに接触するプローブ針３
が配設されたプローブカードの裏面が上面となるように
記載している。

【００２２】同図に示すように、プローブカード１０
は、内部に配線層を有するカード基板１と、このカード
基板１の裏面略中央に設けられた略矩形の平面形状を有
するリング２と、リング２の外壁部に接して設けられた
４つのプローブ冷却部１１と、カード基板１を貫通する
パイプホール９を通って主面側から裏面側へ延在し、各
プローブ冷却部１１の矩形平面形状の短辺に対応する壁
面を貫通して配設された冷却用エア供給パイプ２１と、
これと同様にパイプホール９を通って主面側から裏面側
へ延在し、各プローブ冷却部１１の矩形平面形状の長辺
に対応する壁面を貫通して配設された冷却用エア排出パ
イプ３１と、プローブ冷却部１１内部のカード基板１の
表面に形成された電極４とはんだ付けされ（図５参
照）、プローブ冷却部１１の内部からリング２の端部を
経由してリング２の中空内に延在して設けられたプロー
ブ針３とを備えている。

【００２３】リング２の端部には、プローブ針３の形成
位置に対応する貫通孔を有する樹脂製支持部材８が設け
られ、この貫通孔を経由してプローブ３が配設されるこ
とにより、プローブ針３の中央部が樹脂製支持部材８に
より支持されている。プローブ針３の先端部は、カード
基板１に対して垂直になるようにフック状に折曲され、
ＤＵＴの電極パッド（図５参照）に当接できるようにな
っている。また、プローブ針３の後端部は、上述したカ
ード基板１の表面の電極４を介してカード基板１内の内
層配線１８（図５参照）に接続されている。

【００２４】冷却用エア供給パイプ２１は、図示しない
冷却用エア生成手段に主面側で接続されている。また、
冷却用エア排出パイプ３１も同様に、図示しない冷却用
エア回収手段に主面側で接続されている。

【００２５】このように、本実施形態のプローブカード
１０の特徴は、プローブ針３を直接冷却するプローブ冷
却部１１と、吸熱媒体の供給・排出をそれぞれ行う冷却
用エア供給パイプ２１および冷却用エア排出パイプ３１
を有する触針冷却手段を備えた点にある。

【００２６】この触針冷却手段とプローブ針３との関係
を図５を参照しながらより詳細に説明する。

【００２７】図５は、図１のＡ−Ａ切断面における断面
図であり、カード基板１の裏面を下面として示したもの
である。同図に示すように、カード基板１の裏面に形成
された電極４は、カード基板１の内層配線１８に接続さ
れている。プローブ針３は、はんだ５によりこの電極４
と接続された後端部と第１の折曲部３ａとの間の基部領
域がプローブ冷却部１１の中に収容されている。プロー
ブ針３の先端部は、リング２の端部に設けられた樹脂製
支持部材８の貫通孔を経由してリング２内の中空内に延
在して形成され、第１の折曲部３ａの近傍の中央部が樹
脂製支持部材８により支持されている。プローブ冷却部
１１は、本実施形態において、リング２の外周側壁の一
部をその側壁の一部として用いている。冷却用エア排出
パイプ３１は、カード基板１の周辺領域に設けられたパ
イプホール９を経由してプローブ冷却部１１の側壁を貫
通するように配設されている。

【００２８】本実施形態のプローブカード１０の動作を
図２を参照しながら説明する。図２には、内部に加熱手
段（図示せず）を備え、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に可動自在
のプローバステージ６と、このプローバステージ６に支
持されたＤＵＴである半導体ウェーハ７と、本実施形態
に係るプローブカード１０の図１におけるＢ−Ｂ切断面
の断面形状とが示されている。

【００２９】まず、プローバステージ６内に備えられた
加熱手段を用いて半導体ウェーハ７を高温状態になるま
で加熱する。

【００３０】次に、プローバステージ６の位置を調整し
て半導体ウェーハ７の電極パッド上にプローブ針３の先
端が接触するように、半導体ウェーハ７を配置し、図示
しないテストヘッドから供給される試験信号を入力して
電気的特性の試験を開始する。

【００３１】試験の開始と同時に、冷却用エアを図示し
ない冷却用エア生成手段から冷却用エア供給パイプ２１
に流入させる。冷却用エアは、プローブ冷却部１１内部
の結露を防止するため、乾燥した空気、理想的には、湿
度０の空気を用いる。その温度は、例えば、ウェーハ温
度が約８０℃〜約９０℃の場合には、常温（約２０℃〜
約３０℃）が好ましい。

【００３２】流入した冷却用エアは、冷却用エア供給パ
イプ２１の途中で分流され、各プローブ冷却部１１に供
給される。プローブ冷却部１１は、プローブ針３の先端
から伝導される半導体ウェーハ７の熱をその内部空間に
収容する基部から冷却用エアに吸収させる。プローブ針
３の基部から熱を吸収した冷却用エアは、各プローブ冷
却部１１の外側側壁から内部空間に突出して設けられた
冷却用エア排出パイプ３１から排出され、図示しない冷
却用エア回収手段に送られて回収される。

【００３３】このように、本実施形態のプローブカード
１０によれば、プローブ針３の基部の少なくとも一部の
領域を冷却する冷却手段を備えているので、高温状態の
半導体ウェーハを試験した場合であっても、その熱が効
率よく放散される。これにより、プローブ針３の先端の
熱が基部を介してカード基板１に達することがない。こ
の結果、カード基板１の熱膨張による反りや撓みが発生
することがないので、プローブ針３の位置精度が低下す
ることなく、安定したコンタクトを得ることができる。
また、冷却用エアは、供給・排出経路のいずれにおいて
も完全に密閉されているので、プローブ冷却手段から外
部に漏れることがない。従って、高温状態の試験環境を
保持したまま、長時間安定して正確な半導体試験を行う
ことができる。このことは、小パッドサイズ、狭パッド
ピッチの多数個同時測定において特に有用である。

【００３４】次に、本発明に係るプローブカードの第２
の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００３５】図３は、本実施形態のプローブカード４０
の斜視図である。図１と同様に、同図もＤＵＴに接触す
るプローブ針３が配設されたプローブカードの裏面が上
面となるように記載している。

【００３６】図１との対比において明らかなように、図
３に示すプローブカード４０の特徴は、図１に示す構成
に加え、ＤＵＴから輻射される輻射熱を放散させる輻射
熱放散部４１を備えている点にある。

【００３７】即ち、リング２の中空内には、リング２の
端部に張設された蓋体と、この蓋体とリング２により形
成された内部空間を略２等分する仕切壁により、２つの
輻射熱放散部４１が設けられ、さらに、カード基板１を
貫通して設けられたパイプホール９を経由して、カード
基板１の主面側から裏面側に延在して設けられた冷却用
エア供給パイプ２１がリング２の略矩形平面形状の短辺
に対応する側壁を貫通して配設されている。また、輻射
熱放散部の一側壁をなすカード基板１を貫通して、同図
の破線で示すパイプホール９が形成され、このパイプホ
ール９を経由して同図の破線に示す冷却用エア排出パイ
プ３１がカード基板１の主面側から輻射熱放散部４１内
に延在して配設されている。

【００３８】本実施形態のプローブカード４０の動作を
図４を用いてより詳細に説明する。図４は、プローバス
テージ６と、このプローバステージ６に支持された半導
体ウェーハ７と、本実施形態に係るプローブカード４０
の図３におけるＣ−Ｃ切断面の断面形状を示す。

【００３９】半導体ウェーハ７が加熱により高温状態に
なり、半導体試験が開始されると、これと同時に、図示
しない冷却用エア生成手段から冷却用エアが冷却用エア
供給パイプ２１に流入する。冷却用エアは、冷却用エア
供給パイプ２１の途中で矢印のとおり分流し、各プロー
ブ冷却部１１と輻射熱放散部４１に供給される。輻射熱
放散部４１は、プローブ針３の先端部を介して半導体ウ
ェーハ７からプローブ針３の先端部の周囲の空間に輻射
される輻射熱を冷却用エアに吸収させる。輻射熱を吸収
した冷却用エアは、同図の破線に示す冷却用エア排出パ
イプ３１から図示しない冷却用エア回収手段に送られて
回収される。

【００４０】このように、本実施形態のプローブカード
４０によれば、触針冷却手段に加え、プローブ針３の先
端部を介して半導体ウェーハから輻射される輻射熱を冷
却する輻射熱放散部を備えているので、プローブ針３の
先端部を介してリング２の中空内に伝導される熱を高い
効率で放散させることができる。これにより、カード基
板１の反り・撓みをより確実に防止することができるの
で、プローブ針３の位置精度をより一層高めることがで
きる。これにより、高温状態の試験環境を保持しながら
さらに正確な半導体試験を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。即ち、本発明にかかるプローブカードに
よれば、触針の基部の少なくとも一部の領域を収容する
内部空間を有する第１の冷却室と、この第１の冷却室に
吸熱媒体を供給する第１の供給管と、この第１の冷却室
から吸熱媒体を排出する第１の排出管とを含む触針冷却
手段とを備えているので、ＤＵＴである半導体ウェーハ
の電極パッドから上記触針に伝導される熱を直接吸熱す
ることができる。このため、カード基板の熱による反り
・撓みを防止することができるので、プローブ針と電極
パッドとのコンタクトを安定してとることができる。ま
た、吸熱媒体は、上記第１の供給管、上記第１の冷却室
および上記第１の排出管により、密閉されているので、
ＤＵＴ自体に与えられる熱が放散されることもない。こ
れにより、環境温度を変えることなく、長時間にわたり
正確な半導体試験を着実に行うことができるプローブカ
ードが提供される。

【００４２】また、輻射熱を放散させる第２の冷却室
と、この第２の冷却室に吸熱媒体を供給する第２の供給
管と、この第２の冷却室から吸熱媒体を排出する第２の
排出管とをさらに備える場合は、プローブ針の先端部か
ら輻射される輻射熱をも吸熱するので、カード基板の反
り・撓みをさらに確実に防止することができる。この場
合においても、上記第２の供給管、上記第２の冷却室お
よび上記第２の排出管により吸熱媒体が密閉されている
ので、環境温度を変えることなく、長時間にわたり正確
な半導体試験をより一層着実に行うことができるプロー
ブカードが提供される。

【００４３】また、上記吸熱媒体が冷却された乾燥エア
である場合は、取扱いが容易であるとともに、上記第１
の冷却室の内部空間で結露を生ずることがないので、電
流リークを生ずることなく、単純な構成で安定して半導
体試験を行うことができるプローブカードが提供され
る。

【００４４】本発明に係るプローブカードは、上述の効
果を奏するので、小パッドサイズ、狭パッドピッチの多
数個同時測定において、特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプローブカードの第１の実施の形
態の要部を示す斜視図である。

【図２】図１に示すプローブカードの動作の説明図であ
る。

【図３】本発明に係るプローブカードの第２の実施の形
態の要部を示す斜視図である。

【図４】図３に示すプローブカードの動作の説明図であ
る。

【図５】図１のＡ−Ａ切断面の断面図である。

【図６】従来の技術によるプローブカードの一例を示す
略示断面図である。

【符号の説明】

１カード基板２リング３プローブ針４電極５はんだ６プローバステージ７半導体ウェーハ８樹脂製支持部材９パイプホール１０，４０，１００プローブカード１１プローブ冷却部１８内層配線２１冷却用エア供給パイプ３１冷却用エア排出パイプ４１輻射熱放散部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G003 AA10 AD01 AG04 AG12 2G011 AA02 AA17 AB06 AB10 AC14 4M106 AA01 BA01 BA14 CA60 DD04 DD10 DD30 DJ33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、一端が前記基板の裏面に固着されることにより吊下さ
れ、他端が被試験体である半導体装置の電極に接触する
触針と、前記触針の基部の少なくとも一部の領域を収容する内部
空間を有する第１の冷却室と、この第１の冷却室に吸熱
媒体を供給する第１の供給管と、前記第１の冷却室から
前記吸熱媒体を排出する第１の排出管とを含む触針冷却
手段とを備えたプローブカード。
【請求項２】前記被試験体に対向する前記基板の裏面領
域に前記被試験体より発生する輻射熱を放散させる第２
の冷却室を備え、この第２の冷却室は、前記吸熱媒体を
供給する第２の供給管と、前記第２の冷却室から前記吸
熱媒体を排出する第２の排出管とをさらに備えたことを
特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
【請求項３】前記第２の冷却室は、前記被試験体に対応
する前記基板の裏面位置に設けられた中空枠体と、前記
中空枠体の壁部に張設されて内部空間を形成する蓋体と
で形成され、前記中空枠体の外壁部は、前記第１の冷却室の壁面の一
部をなし、前記中空枠体の熱伝導係数よりも小さい熱伝導係数を有
する絶縁材料で前記中空枠体の端部に形成され、前記触
針の形成位置に対応して貫通孔が設けられた支持部材を
さらに備え、前記触針は、前記貫通孔を通って形成されることによ
り、その中央部が前記支持部材により支持されることを
特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
【請求項４】前記吸熱媒体は、冷却された乾燥エアであ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
のプローブカード。