JP2002164394A - 半導体用プローブおよびプローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のプローブ針を、常に所定の圧力で半導
体ウェーハに対して接触させることのできる半導体用プ
ローブを提供する。 【解決手段】 プローブ針１１と半導体ウェーハとの接
触圧力を検出する圧電素子１５aを設け、圧電素子１５a
が検出した圧力に応じてプローブ針１１を昇降するため
のモータ１８および摩擦車１９を有することを特徴とす
る半導体用プローブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用プローブ
およびプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、半導体装
置を、それが形成されている半導体ウェーハ状態のまま
テストする段階がある。このようなテストには、複数の
プローブ針がテスト対象である半導体装置のパッド位置
に合わせて位置決め固定されている、いわゆるプローブ
カードが用いられている。また、半導体装置に限らず半
導体ウェーハそのものの電気的特性を測定するために
も、同様のプローブ針が用いられている。

【０００３】ところで、このようなプローブカードで
は、複数のプローブ針が高精度で位置決めされて、その
根元部分が樹脂モールドにより固定されているのである
が、半導体ウェーハやプローブ針の状態によっては、個
々のプローブ針が半導体ウェーハと適切な圧力で接触し
ないことがある。

【０００４】従来、このようなプローブ針の接触不良を
検出するために、たとえば特開平２−１５６５４９号公
報では、プローブ針の接触圧力を圧電素子によって検出
することで、所定の接触圧力でプローブ針が半導体ウェ
ーハと接触しているかどうかを判断するようにしたもの
が開示されている。また、特開平６−１４０４７９号公
報では、同様に圧電素子によりプローブ針の接触圧力を
検出すると共に、検出した接触圧力に応じてプローブカ
ードを昇降させることが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、プローブ針の接触圧力を検出しているも
のの、個々のプローブ針の昇降位置については制御して
いないため、たとえば使用を重ねることによりプローブ
針がわずかに変形したり、プローブ針先端が磨耗するな
どして、個々のプローブ針に高さばらつきが生じたよう
な場合には、個々のプローブ針すべてを適正な圧力で接
触させることができないといった問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、個々のプローブ
針を、常に所定の圧力で半導体ウェーハまたは半導体ウ
ェーハ上のパッドに接触させることのできる半導体用プ
ローブを提供することである。

【０００７】また、本発明の他の目的は、複数のプロー
ブ針が設けられているプローブカードにおいて、すべて
のプローブ針が常に所定の圧力で半導体ウェーハまたは
半導体ウェーハ上のパッドに対して接触させることので
きるプローブカードを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、以下の
構成により達成される。

【０００９】（１）プローブ針と、前記プローブ針に加
わる力を検出する力検出手段と、前記力検出手段が検出
した力に応じて、前記プローブ針を昇降させるプローブ
針昇降手段と、を有することを特徴とする半導体用プロ
ーブ。

【００１０】（２）前記（１）記載の半導体用プローブ
が複数設けられていることを特徴とするプローブカー
ド。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下添付した図面を参照して本発
明の一実施の形態を説明する。

【００１２】図１は、本発明を適用した半導体用プロー
ブを示す図面であり、図２は、図１中の矢印Ｘ方向から
見たプローブ針部分の部分拡大図であり、図３は、この
半導体用プローブを制御するための制御回路の構成を示
すブロック図である。

【００１３】まず、図１を参照して、本実施の形態にお
ける半導体用プローブの構成を説明する。

【００１４】この半導体用プローブ１は、プローブ針１
１と、このプローブ針１１を支持するとともに、プロー
ブ針１１との電気的接続をとるためリードピンアーム１
２と、リードピンアーム１２をその上下から上下動可能
に支持するバネ１３ａおよび１３ｂと、バネ１３ａおよ
び１３ｂを支持するコの字形状のフレーム１４と、フレ
ーム１４とバネ１３ａおよび１３ｂのそれぞれの接合部
に設けられている圧電素子１５aと、フレーム１４を上
下動自在に支持するガイド棒１６と、ガイド棒１６を支
持するベースフレーム１７と、フレーム１４を上下動さ
せるためのモータ１８と、モータ１８の駆動力をフレー
ム１４に伝達するための摩擦車１９と、リードピンアー
ム１２に接続され、プローブ針１１とテスター装置（不
図示）との電気的接続をとるためのリード線２０と、か
らなる。

【００１５】リードピンアーム１２の先端は、図２に示
すように、プローブ針１１を挟持するための切り欠き３
０が設けられており、プローブ針１１は、この切り欠き
部分に挿入されて、ネジ３１によりリードピンアーム１
２に固定されている。したがって、プローブ針１１は、
必要に応じて取り替え自在となっており、また、取り付
け位置を調整することで、手作業による高さ位置の調整
が可能となっている。

【００１６】リードピンアーム１２自体は、導電性材料
よりなり、根元部分に接続されているリード線２０とプ
ローブ針１１との電気的な接続が保たれるようになって
いる。

【００１７】このリードピンアーム１２を支持するバネ
１３ａおよび１３ｂは、リードピンアーム１２との接続
部に図示しない絶縁材を介して接着されていて、リード
ピンアーム１２を流れる電気が漏れないようにしてい
る。

【００１８】フレーム１４は、ガイド棒１６によって上
下動自在に支持されており、モータ１８の回転力が摩擦
車１９によって伝達されて、このガイド棒１６に沿って
上下することで、プローブ針１１を半導体ウェーハ（不
図示）に対して接触、離間させることができるようにな
っている。

【００１９】このフレーム１４の動きは、モータ１８が
図示Ａ方向に回転することで、摩擦車１９が図示Ｃ方向
に回転し、フレーム１４が図示Ｅ方向に移動してプロー
ブ針１１を上昇させる。一方、モータ１８が図示Ｂ方向
に回転することで、摩擦車１９が図示Ｄ方向に回転し、
フレーム１４が図示Ｆ方向に移動してプローブ針１１を
下降させる。

【００２０】なお、モータ１８からの駆動力を伝達する
ためには、摩擦車１９の代わりにギア機構を用いてもよ
い。

【００２１】フレーム１４と、バネ１３ａおよび１３ｂ
のそれぞれの接続部に設けられている圧電素子１５ａお
よび１５ｂは、周知のとおり、加えられた圧力に応じて
起電力を発生するものである。

【００２２】圧電素子１５ａ側は、プローブ針１１が半
導体ウェーハ上に接触して、さらにフレーム１４が下降
すること、またはベースフレーム１７全体が下降するこ
とで、リードピンアーム１２が相対的に図示上方に持ち
上がり、これによりバネ１３ａが縮み、その反発力によ
って圧電素子１５ａに圧力が加わることで、加わった圧
力に応じた電圧が発生する。一方、圧電素子１５ｂ側
は、プローブ針１１が半導体ウェーハから離間すること
で、プローブ針１１とリードピンアーム１２の質量によ
り、リードピンアーム１２がバネ１３ａと１３ｂがつり
あう位置に戻り、プローブ針１１が半導体ウェーハに接
触していたときに伸びていたバネ１３ｂが縮み、その反
発力によって圧電素子１５ｂに圧力が加わり電圧を発生
する。

【００２３】なお、この半導体用プローブ１は、ベース
フレーム１７がテスター装置のプローバヘッド（不図
示）に固定されていて、このプローバヘッドが上下動す
ることにより、半導体用プローブ１全体が半導体ウェー
ハ上の所定の位置まで移動する。

【００２４】次に図３を参照して、この半導体用プロー
ブの制御回路を説明する。

【００２５】制御回路は、圧電素子１５ａおよび１５ｂ
から出力された電圧が入力され、その差をとるための差
動アンプ５１と、所定の針圧を設定するための針圧設定
用可変電圧源５３と、針圧設定用可変電圧源５３の電圧
を基準として、電圧差動アンプ５１からの出力電圧に応
じて正または負の電圧を出力するコンパレータ５２と、
コンパレータ５２の出力電圧に応じてモータ１８を正、
逆回転させるモータドライバ５４と、からなる。

【００２６】次に上記のように構成された本実施の形態
における半導体用プローブの作用を説明する。

【００２７】まず、この半導体用プローブ１は、テスタ
ー装置あるいは測定者の指示によって、半導体ウェーハ
の直上の所定位置で位置決めされる。

【００２８】このとき、プローブ針１１は、半導体ウェ
ーハ上に接触していない場合には、圧電素子１５ａおよ
び１５ｂのいずれからも電圧は出力されないため、差動
アンプ５１の出力は０Ｖとなる。したがって、コンパレ
ータ５２の差動アンプ側入力には０Ｖが入るため、針圧
設定用可変電圧源５３の電圧と比較して、低いことにな
り、コンパレータ５２からは負電圧が出力される。コン
パレータ５２からの負電圧を受けたモータドライバ５４
は、モータ１８を逆回転（図１においてＢ方向）に回転
させる。これにより、フレーム１４が下降（図１におい
てＦ方向）して、プローブ針１１が半導体ウェーハに接
触する。なお、半導体ウェーハ面上に形成された半導体
装置のテストの場合には、半導体装置のパッドにプロー
ブ針が接触するものである。以下、このような半導体ウ
ェーハ面上のパッドに接触する場合も含めて、「半導体
ウェーハに接触する」と称する。

【００２９】一方、プローブ針１１と半導体ウェーハと
が接触すると、圧電素子１５ａから電圧が出力され、差
動アンプ５１の出力は徐々に正電圧が高くなる。そし
て、コンパレータ５２において、差動アンプ５１から入
力される電圧が、針圧設定用可変電圧源５３を超えた時
点で、コンパレータ５２からは正電圧が出力される。コ
ンパレータ５２からの正電圧を受けたモータドライバ５
４は、モータ１８を正回転（図１においてＡ方向）させ
る。これにより、フレーム１４が上昇し（図１において
Ｅ方向）して、プローブ針１１が半導体ウェーハから離
間する方向へ動く。

【００３０】そして、差動アンプ５１から入力される電
圧と針圧設定用可変電圧源５３の電圧が同じになった時
点で、コンパレータ５２からの電圧出力がなくなるの
で、モータドライバ５４は、モータ１８の回転を停止さ
せる。

【００３１】これにより、プローブ針１１は所定の圧力
が印加された状態で半導体ウェーハと接触することにな
る。

【００３２】また、フレーム１４が上昇しすぎて、プロ
ーブ針１１が半導体ウェーハから完全に離間してしまう
と、圧電素子１５ｂから電圧が出力されるため、差動ア
ンプ５１からは負電圧が出力されるのでコンパレータ５
２からも負電圧が出力され、コンパレータ５２からの負
電圧を受けたモータドライバ５４が、モータ１８を逆回
転（図１においてＢ方向）させて、プローブ針１１が半
導体ウェーハに接触するようになり、上記同様に所定の
圧力となった時点で停止する。

【００３３】以上のように、本実施の形態では、プロー
ブ針１１が常に所定の圧力で半導体ウェーハと接触する
ようになる。

【００３４】また、本実施の形態では、接触圧力を針圧
設定用可変電圧源５３の出力電圧で調整することができ
るため、たとえば半導体用プローブ１自体で常に加圧状
態とするのであれば、この針圧設定用可変電圧源５３の
出力電圧を正電圧とし、一方、プローブ針と半導体ウェ
ーハとの接触圧力を低くする場合には、針圧設定用可変
電圧源５３の出力電圧を０Ｖとしてもよい。０Ｖとした
場合には、圧電素子１５ｂから出力が出た場合、すなわ
ち、プローブ針１１が完全に離間した場合にだけ、プロ
ーブ針を下降させることができる。したがって、本実施
の形態によれば、非常に細かな針圧調整が可能となる。

【００３５】以上本発明の一実施の実施の形態を説明し
たが、本発明はこのような実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００３６】特に上述した実施の形態では、一つの半導
体用プローブを示して説明したが、本発明は上述したよ
うに、１本のプローブ針に対して半導体ウェーハとの接
触圧力を検出し、それに応じてプローブ針を上下動させ
ているため、図４に示すように、複数のプローブ針を備
えたプローブカード６１の一つひとつのプローブ針を本
発明による半導体用プローブ１にすることで、たとえ
ば、個々のプローブ針に曲がりや先端の磨耗があったと
しても、自動的にすべてのプローブ針が適切な接触圧力
に調整されるようになる。

【００３７】また、上述した実施の形態では、圧電素子
を２つ設けているが、これは図１に示した圧電素子１５
ａのみとしてもよい。この場合、図２に示した制御回路
における差動アンプ５１の圧電素子１５ｂからの出力が
接続されていた部分には、定電圧を入力しておく。この
定電圧は、たとえばプローブ針１１が半導体ウェーハか
ら完全に離間した状態で、圧電素子１５ａから出力され
ている電圧と同じにすることで、プローブ針１１が半導
体ウェーハから離間したときに、差動アップ５１の出力
が０Ｖとなる。あるいは差動アンプを省略して、圧電素
子１５ａからの出力を直接コンパレータ５２に入力する
ようにしてもよい。

【００３８】このように圧電素子１５ａのみとしても、
通常プローブ針にはその自重以外に下向きに作用する力
が加わることはないので、圧電素子１５ａからの電圧の
みでプローブ針の接触圧力を制御することができる。

【００３９】さらに、上述した実施の形態では、半導体
ウェーハをテストすることを前提に説明したが本発明の
半導体用プローブは、半導体ウェーハ形状に限らず、ダ
イマウント前のチップテストにも好適に使用することが
できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、一つのプ
ローブ針について直接接触圧力を検出して、適正圧力と
なるようにプローブ針を昇降させることとしたので、プ
ローブ針に曲がりや磨耗などがあっても自動的にプロー
ブ針が適正な接触圧力に調整される。

【００４１】また、本発明による半導体用プローブを複
数設けたプローブカードでは、プローブ針一つひとつに
ついて直接接触圧力を検出して、適正圧力となるように
個々のプローブ針が昇降されるので、個々のプローブ針
の曲がりや針先の磨耗などによる高さばらつきがあった
場合でも、自動的にすべてのプローブ針が適正な接触圧
力に調整される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した半導体用プローブを示す図
面である。

【図２】 図１中の矢印Ｘ方向から見たプローブ針部分
の部分拡大図である。

【図３】 上記半導体用プローブを制御するための制御
回路の構成を示すブロック図である。

【図４】 複数の半導体用プローブを設けた一例を示す
図面である。

【符号の説明】

１…半導体用プローブ １１…プローブ針 １２…リードピンアーム １３ａ、１３ｂ…バネ １４…フレーム １５ａ、１５ｂ…圧電素子 １６…ガイド棒 １７…ベースフレーム １８…モータ １９…摩擦車 ２０…リード線 ３１…ネジ ５１…差動アンプ ５２…コンパレータ ５３…針圧設定用可変電圧源 ５４…モータドライバ ６１…プローブカード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ針と、 前記プローブ針に加わる力を検出する力検出手段と、 前記力検出手段が検出した力に応じて、前記プローブ針
   を昇降させるプローブ針昇降手段と、 を有することを特徴とする半導体用プローブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体用プローブが複数
   設けられていることを特徴とするプローブカード。