JP2000292436A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極への触針の接触性を向上させることがで
き、触針の電極への接触位置を安定化でき、被測定対象
物の電気的特性の測定を安定的化させることができるプ
ローブカードを提供する。 【解決手段】被測定対象物に形成された電極と測定装置
とを電気的に接続するプローブカードであって、導電性
材料からなる触針２１と、測定装置および触針２１とを
電気的に接続する基板２と、触針２１を基板２の主面に
略垂直な方向に案内し、かつ、触針２１の先端が電極に
接触した状態で基板２の被測定対象物への近接に応じて
触針を回転させる回転案内手段としての回転案内機構４
１を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の電気
的特性の測定において、半導体装置の電極と半導体装置
の電気的特性を測定する測定装置とを電気的に接続する
プローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおける、た
とえば、シリコン等の半導体ウェーハの検査工程では、
ウェーハ上に形成された半導体チップの電極と半導体装
置の測定装置（ＩＣテスタ）とをプローブカードによっ
て電気的に接続し、半導体チップの電気的特性を測定し
ている。上記のプローブカードは、たとえば、図６に示
すような構造を有している。図６に示すプローブカード
１０１は、基板１０２と、基板１０２に対して略垂直方
向に保持された複数の触針１０５とを有しており、各触
針１０５は、基板１０２を介してケーブル１０９によっ
てＩＣテスタ２０１と電気的に接続されている。また、
複数の触針１０５は、たとえば、図７に示すように、基
板１０２に対して所定の位置に固定された案内板１０７
に形成された案内孔１０７ａに挿入され、弾性部材１０
４を介して基板１０２に保持されている。なお、弾性部
材１０４は、触針１０５の一部をＵ字状に成形してバネ
の機能を持たせている。半導体チップの電気的特性の測
定は、図８に示すように、プローブカード１０１自体を
ウェーハＷに対して位置決めし、ウェーハＷ上の半導体
チップＣに形成された電極パッドＰｄに対応する各触針
１０５を接触させて行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】各触針１０５は、プロ
ーブカード１０１をウェーハＷに押しつけると、図９に
示すように、弾性部材１０４の弾性力によって半導体チ
ップＣの電極パッドＰｄの点Ｐで接触した状態となる。
しかしながら、上記構成のプローブカード１０１では、
各触針１０５の酸化や、各触針１０５の案内板１０７の
案内孔１０７ａとの摩擦等により、使用回数の増加に伴
って案内孔１０７ａと触針１０５との滑り性が悪化し、
触針１０５が案内孔１０７ａに引っ掛かりやすくなり、
触針１０５と電極パッドＰｄとの接触性（コンタクト
性）が低下しやすいという不利益が存在した。また、触
針１０５は、半導体チップＣの電極パッドＰｄの面内の
点Ｐで接触し、電極パッドＰｄの面内を移動しないた
め、たとえば、電極パッドＰｄがアルミニウムで形成さ
れ表面が酸化されているなど、電極パッドＰｄの表面に
酸化膜等の薄膜Ｒａが形成されている場合に、弾性部材
１０４によって押圧される触針１０５が薄膜Ｒａを突き
破れず、電極パッドＰｄとの間で良好な電気的接続状態
が得られないことがある。また、たとえば、触針１０５
を繰り返し使用していると、酸化したアルミニウムの滓
が触針１０５の先端に付着し、触針１０５と電極パッド
Ｐｄとが直接接触しにくくなり測定異常が発生すること
があるという不利益も存在した。さらに、プローブカー
ド１０１の使用回数が増加するにつれて、弾性変形する
弾性部材１０４の復元力が弱まることに起因して、触針
１０５の位置がずれて触針１０５と電極パッドＰｄとの
接触領域が変化するという不利益も存在する。たとえ
ば、図１０に示すように、使用開始当初では電極パッド
Ｐｄの中央に位置する領域Ｓａで接触していたものが、
使用経過に伴い、電極パッドＰｄの中央から外れた位置
の領域Ｓｂに変化し、電極パッドＰｄと触針１０５と適
切に接触しないことが起こりうる。

【０００４】本発明は、上記した従来の問題に鑑みてな
されたものであって、電極への触針の接触性を向上させ
ることができ、触針の電極への接触位置を安定化でき、
被測定対象物の電気的特性の測定を安定化させることが
できるプローブカードを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定対象物
に形成された電極と測定装置とを電気的に接続するプロ
ーブカードであって、導電性材料からなる触針と、前記
測定装置および前記触針とを電気的に接続する基板と、
前記触針を前記基板の主面に略垂直な方向に案内し、か
つ、前記触針の先端が前記電極に接触した状態で前記基
板の前記被測定対象物への近接に応じて前記触針を回転
させる回転案内手段とを有する。

【０００６】前記回転案内手段は、前記触針が挿入され
る案内孔を有する案内部材と、前記案内部材の案内孔の
内周または前記触針の外周に形成された螺旋状の溝部
と、前記溝部が形成されていない前記案内部材の案内孔
の内周または前記触針の外周に固定され、前記溝部に係
合する係合手段とを有する。

【０００７】前記係合手段は、回転自在に保持された回
転体からなる。

【０００８】前記回転体は、球体からなる。

【０００９】前記螺旋状の溝部は、前記触針の外周に形
成され、前記係合手段は、前記溝部に嵌合する複数の球
体と、前記複数の球体を回転自在に保持し、前記案内部
材に対して固定された保持部材とを有する。

【００１０】前記案内部材は、前記案内孔が形成され、
前記基板に対して所定の距離離間して固定された案内板
からなる。

【００１１】前記触針と基板との間に設けられた弾性手
段をさらに有する。

【００１２】前記触針と弾性手段とは一体に形成されて
いる。

【００１３】前記弾性手段は、前記触針の前記基板に略
直交する方向の移動および前記触針の回転を弾性的に受
容する形状に成形されている。

【００１４】前記触針の先端は、尖鋭に形成されてい
る。

【００１５】前記被測定対象物には複数の電極が形成さ
れ、前記触針は、前記複数の電極形成位置に対応して前
記基板に保持されている。

【００１６】前記弾性手段は、金属材料からなる線材を
Ｕ字状に成形して構成される。

【００１７】本発明では、触針は、被測定対象物の電極
に対して接触し、さらに押しつけられると回転案内手段
によって回転する。このため、触針の先端は電極表面に
酸化膜等が形成されていてもこれを回転によって突き破
り、触針と電極との接触性が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のプローブ
カードの一実施形態を示す構成図であり、図２は、図１
の円Ａ内を拡大した断面図である。図１に示すように、
本実施形態に係るプローブカード１は、基板２と、案内
板１１と、触針２１とを有している。

【００１９】基板２は、図示しないＩＣテスタとケーブ
ルで電気的に接続される。基板２は、たとえば、樹脂等
の誘電体材料から構成されている。案内板１１は、図２
に示すように、主面が基板２に対して所定の距離離間し
て固定されており、基板２の主面に対して略垂直な方向
に複数の案内孔１１ａを有している。また、案内板１１
の案内孔１１ａ内には、回転案内機構４１が設けられて
いる。さらに、案内板１１は、たとえば、樹脂、セラミ
クス等の誘電体材料から構成されている。

【００２０】触針２１は、たとえば、上記の案内板１１
の案内孔１１ａに上記の回転案内機構４１を介して挿入
され、一端が弾性部材３１が接続されている。弾性部材
３１の一端は触針２１に接続され、他端は基板２を貫通
して基板２上に形成されたはんだ３５によって配線３６
と接続されている。配線３６は、図示しないＩＣテスタ
と電気的に接続されている。弾性部材３１は、金属材料
から構成される線材が、たとえば、Ｕ字状に成形される
ことによって、バネとして機能し、基板２に垂直な方向
および捩じり方向の力を受容可能となっている。なお、
各触針２１は、基板２に対して測定するＩＣの電極パッ
ドに対応した位置にそれぞれ設けられる。

【００２１】図３は、図２に示した回転案内機構４１お
よびその周辺の概略構成を示す断面図である。図３に示
すように、触針２１は、弾性部材３１を介して基板２に
略垂直な方向に保持され、案内板１１の案内孔１１ａに
挿入されており、触針２１の先端２１ａ側は、案内板１
１から突出している。触針２１の先端２１ａは、尖鋭に
形成されており、他端側は弾性部材３１に接続されてい
る。また、触針２１の周囲には、螺旋状の溝部（ねじ
部）２２が形成されている。触針２１は、たとえば、タ
ングステン銅等の金属材料からなる。また、図２および
３においては、触針２１と弾性部材３１とは別部材とし
て示しているが、同一の線材にＵ字状のバネ部３１ａを
成形加工することで、触針２１と弾性部材３１とを一体
に構成することができる。

【００２２】上記の回転案内機構４１は、触針２１の外
周に形成された所定のピッチの螺旋状の溝部２２（ねじ
部）と、案内板１１の案内孔１１ａの内周に回転自在に
保持され、溝部２２に嵌合（係合）する複数のボール部
材２３とから構成されている。ボール部材２３は、たと
えば、金属、樹脂等の材料から構成することができる
が、触針２１の溝部２２との間で摩擦や磨耗の少ない材
料を選択することが望ましい。

【００２３】図４は、案内板１１の案内孔１１ａの内周
に回転自在に保持されたボール部材２３の保持構造の一
例を示す断面図である。図４に示すように、案内板１１
の案内孔１１ａの内周には、筒状の部材からなる保持部
材２５が嵌合固定されている。保持部材２５は、触針２
１の外周に形成された螺旋状の溝部２２に沿って複数の
凹状の保持部２５ａを有しており、保持部２５ａにボー
ル部材２３が回転自在に保持されている。

【００２４】次に、上記構成のプローブカード１による
半導体チップの電極パッドへの接続動作について説明す
る。たとえば、上記のプローブカード１を半導体チップ
に対して位置決めし、プローブカード１を半導体チップ
に近接させていくと、たとえば、図５に示すように、触
針２１の先端２１ａが矢印Ｄの方向（半導体チップに対
して垂直な方向）から半導体チップの電極パッドＰｄに
接触する。

【００２５】上記の状態から、さらに、プローブカード
１を半導体チップに押圧すると、触針２１の移動は電極
パッドＰｄによって規制され、図３および図４に示した
案内板１１および基板２が電極パッドＰｄに近接する。
すなわち、図３に示した矢印Ｂ１の向きに案内板１１が
触針２１に対して移動すると、各ボール部材２３と触針
２１の溝部２２とが係合し、触針２１が図５に示す所定
の向きに回転するとともに、各ボール部材２３は保持部
材２５によって保持された状態で回転する。これによっ
て、触針２１に接続された弾性部材３１は、圧縮される
とともに捩じられ、これに応じた復元力を発生する。

【００２６】図５に示すように、触針２１の先端２１ａ
は、電極パッドＰｄの表面で回転するため、電極パッド
Ｐｄの表面に、たとえば、酸化膜Ｒａが形成されていて
も、酸化膜Ｒａは容易に突き破られ、また、触針２１の
先端２１ａに酸化したアルミニウムの滓が付着していて
もても、触針２１の先端２１ａは容易に電極パッドＰｄ
に直接接触することができる。

【００２７】プローブカード１を半導体チップの電極パ
ッドＰｄから離すと、触針２１は弾性部材３１の上記し
た復元力によって逆回転し、かつ、案内板１１に対して
定位置に復帰する。

【００２８】以上のように、本実施形態によれば、たと
えば、電極パッドＰｄや触針２１の先端２１ａに電極パ
ッドＰｄと触針２１との接触を阻害する物質が存在して
も、触針２１の先端２１ａは、回転によってこれらの接
触を阻害する物質を確実に突き破り、電極パッドＰｄと
確実に接触する。また、本実施形態では、プローブカー
ド１の繰り返し使用によって弾性部材３１の復元力が低
下しても、触針２１は回転案内機構４１によって常に案
内保持されているため、対応する電極パッドＰｄとの位
置ずれが起こりにくく、長期間使用しても触針２１と電
極パッドＰｄとの接触位置が大きく変動することがな
い。また、本実施形態では、触針２１に形成された溝部
２２に係合するボール部材２３が触針２１と案内板１１
との相対移動の際に回転するため、触針２１とボール部
材２３との間の摩擦が大幅に低減され、触針２１の回転
が滑らかになる。

【００２９】本発明は、上述した実施形態に限定されな
い。たとえば、上述した実施形態では、回転案内機構４
１の溝部２２を触針２１の外周に形成し、案内板１１の
案内孔１１ａの内周にボール部材２３を回転自在に保持
する構成としたが、触針２１にボール部材２３を回転自
在に保持させ、案内板１１の案内孔１１ａの内周に螺旋
状の溝部２２を形成し、当該溝部２２とボール部材２３
とを係合させる構成とすることも可能である。また、回
転案内機構４１の溝部２２に係合する係合部材であるボ
ール部材２３を回転自在とせず、溝部２２との間の摩擦
を低減できる材料によって構成したり、あるいは、潤滑
材を用いることで構造を簡素化することも可能である。
螺旋状の溝部２２は、ピッチをを調整することによっ
て、触針２１の回転量を調整することができ、また、触
針２１を回転させやすくすることもできる。また、上記
した弾性部材３１は、バネの機能がＵ字状のバネ部３１
ａによって構成されているが、たとえば、バネ部３１ａ
をコイル状に成形することで、弾性部材３１の基板２に
対して垂直方向の変形と捩じり方向の変形を容易に受容
することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、回転案内手段によって
触針を回転させることで、触針の電極への接触性を向上
させることができる。また、本発明によれば、仮に使用
回数が増えても、触針は回転案内手段によって常に案内
されているため、触針と電極との接触位置を安定化させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブカードの一実施形態を示す構
成図である。

【図２】図１の円Ａ内を拡大した断面図である。

【図３】図２の回転案内機構の概略構成を示す断面図で
ある。

【図４】回転案内機構のボール部材の保持構造の一例を
示す断面図である。

【図５】本発明のプローブカードの触針を電極パッドに
接触させた状態を説明するための図である。

【図６】プローブカードの構成の一例を示す図である。

【図７】プローブカードの触針の保持構造の一例を示す
断面図である。

【図８】プローブカードを半導体チップの各電極に接触
させる様子を示す図である。

【図９】触針が電極に接触した状態を示す図である。

【図１０】弾性部材の復元力が弱まって触針と電極との
接触位置が変動する様子を説明するための図である。

【符号の説明】

１…プローブカード、２…基板、１１…案内板、２１…
触針、２３…ボール部材、２５…保持部材、２５ａ…保
持部、３１…弾性部材、４１…回転案内機構。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定対象物に形成された電極と測定装置
   とを電気的に接続するプローブカードであって、 導電性材料からなる触針と、 前記測定装置および前記触針とを電気的に接続する基板
   と、 前記触針を前記基板の主面に略垂直な方向に案内し、か
   つ、前記触針の先端が前記電極に接触した状態で前記基
   板の前記被測定対象物への近接に応じて前記触針を回転
   させる回転案内手段とを有するプローブカード。
2. 【請求項２】前記回転案内手段は、前記触針が挿入され
   る案内孔を有する案内部材と、 前記案内部材の案内孔の内周または前記触針の外周に形
   成された螺旋状の溝部と、 前記溝部が形成されていない前記案内部材の案内孔の内
   周または前記触針の外周に固定され、前記溝部に係合す
   る係合手段とを有する請求項１に記載のプローブカー
   ド。
3. 【請求項３】前記係合手段は、回転自在に保持された回
   転体からなる請求項２に記載のプローブカード。
4. 【請求項４】前記回転体は、球体からなる請求項３に記
   載のプローブカード。
5. 【請求項５】前記螺旋状の溝部は、前記触針の外周に形
   成され、 前記係合手段は、前記溝部に嵌合する複数の球体と、 前記複数の球体を回転自在に保持し、前記案内部材に対
   して固定された保持部材とを有する請求項２に記載のプ
   ローブカード。
6. 【請求項６】前記案内部材は、前記案内孔が形成され、
   前記基板に対して所定の距離離間して固定された案内板
   からなる請求項２に記載のプローブカード。
7. 【請求項７】前記触針と基板との間に設けられた弾性手
   段をさらに有する請求項１に記載のプローブカード。
8. 【請求項８】前記触針と弾性手段とは一体に形成されて
   いる請求項７に記載のプローブカード。
9. 【請求項９】前記弾性手段は、前記触針の前記基板に略
   直交する方向の移動および前記触針の回転を弾性的に受
   容する形状に成形されている請求項７に記載のプローブ
   カード。
10. 【請求項１０】前記触針の先端は、尖鋭に形成されてい
    る請求項１に記載のプローブカード。
11. 【請求項１１】前記被測定対象物には複数の電極が形成
    され、 前記触針は、前記複数の電極形成位置に対応して前記基
    板に保持されている請求項１に記載のプローブカード。
12. 【請求項１２】前記弾性手段は、金属材料からなる線材
    をＵ字状に成形して構成される請求項９に記載のプロー
    ブカード。