JP2007051906A - プローブカード - Google Patents
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Abstract
【課題】 コンタクトユニットが検査対象物に接触していないときに、コンタクトユニットを確実に支持しておく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。
【解決手段】 コンタクトユニット2は、メイン基板10に対して上下動自在に配置され、連結部材51を介してコンタクト基板20に荷重部材52が連結されている。コンタクトユニット2は、ストッパ54に係合して支持され、コンタクトユニット2が持ち上げられたときには、連結部材51及びストッパ54の当接による係合状態が解除される。これにより、ストッパ54の剛性を高くすることができ、コンタクトユニット2の重量が大きい場合でもコンタクトユニット2を確実に支持しておくことができる。
【選択図】 図3
【解決手段】 コンタクトユニット2は、メイン基板10に対して上下動自在に配置され、連結部材51を介してコンタクト基板20に荷重部材52が連結されている。コンタクトユニット2は、ストッパ54に係合して支持され、コンタクトユニット2が持ち上げられたときには、連結部材51及びストッパ54の当接による係合状態が解除される。これにより、ストッパ54の剛性を高くすることができ、コンタクトユニット2の重量が大きい場合でもコンタクトユニット2を確実に支持しておくことができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、プローブカードに関するもので、更に詳しくは、半導体ウエハ上に形成されたデバイスなどの検査対象物の電気的特性を検査する際に使用されるプローブカードの改良に関するものである。
プローブカードとは、半導体集積回路の電極パッドにプローブ(接触探針)を接触させて、電極パッドの電気信号を取出すための電気的接続手段であって、一般的に、多層配線基板が使用され、この多層配線基板上に、半導体集積回路の電極パッドの数およびピッチに対応して複数のプローブが配列され、プローブから入った電気信号は多層配線基板を通じて所定間隔に配置された外部端子に導かれるように構成されている。
このプローブカードを使用して半導体ウエハ上のデバイスの電気的特性を検査する場合には、プローブカードをプローブ装置に取付け、プローブカードの外部端子の電気信号をプローブ装置外に取出せるように電気的な接続を行った後、プローブを半導体ウエハ上の電極パッドに押し付けている。
プローブと電極パッドとを良好に導通させるためには、単にプローブを電極パッドに接触させるだけでなく、プローブに所定の針荷重を与えて電極パッドに押し付けた状態にしておく必要がある。特に、複数の電極パッドに僅かな高低差がある場合には、一部のプローブと電極パッドとが接触した後、すべてのプローブをそれぞれ電極パッドに接触させるために、更に押し付けること(オーバードライブ)が行われている。
さらに、プローブカードと半導体ウエハとが平行でない場合には、半導体ウエハの傾きに倣ってプローブカードを傾斜させるプローブ装置が従来から提案されている(例えば、特許文献1)。この特許文献1に記載されたプローブ装置は、揺動自在のプッシャーを用いてプローブカードを押圧することによって、ウエハの傾きに応じてプローブカードも傾斜させ、プローブを電極パッドに押し付けて接触させている。
実際には、プローブカードが半導体ウエハの上方に空間を空けて固定され、上下動可能な台上に置かれた半導体ウエハが持ち上げられ、半導体ウエハ上のデバイスの電極パッドがプローブに接触させられる。そして、電極パッドに高低差がある場合およびプローブカードと半導体ウエハとが平行でない場合を想定して、複数のプローブのうちの最初のプローブが電極パッドに接触した後も、プローブカードと半導体ウエハとを大きな力で押し付け合うこと(オーバードライブ)が行われている。このオーバードライブによって全てのプローブが電極パッドに確実に接触することになる。
全てのプローブを検査対象物の電極パッドに確実に接触させるためにオーバードライブが行われるが、過剰なオーバードライブは、プローブの変形、さらには破損を引き起こすという問題があった。検査対象物のデバイスの電極パッド数が100本程度の少ない場合には、一本あたりの荷重を例えば3グラムとすると、全体で300グラムの力が加わることになる。しかも半導体ウエハの面上には複数の検査対象領域あって、順次に検査対象領域を変更するたびに、オーバードライブの荷重が加えられることになり、数千本のプローブを備えたプローブカードでは数キロから数十キロの荷重が何度も加えられることになっていた。そのため、数千本のプローブを備えたプローブカードの場合には、本数の増加に伴って、一本一本のプローブが数μmから数十μmの極めて微細な径寸法の形状となるが、このオーバードライブの荷重に耐える構造および材質の検討が進められ、ほぼ限界に近づいていた。
本願出願人は、2005年5月13日付の出願(特願2005−140502号)において、プローブが形成されたコンタクト基板を含むコンタクトユニットを、メイン基板から吊り下げるとともに、コンタクトユニットを所定のオーバードライブの荷重に相当する重量とするといった構成を提案した。このような構成によれば、コンタクトユニットが検査対象物によって持ち上げられることにより、オーバードライブ時にフリー状態となり、各プローブには実質的にコンタクトユニットの重量のみが付与される。コンタクトユニットが持ち上げられた後の所定区間は、オーバードライブ量を増大させても、それに応じてコンタクトユニットの高さが変化するのみであり、移動量にかかわらず、各プローブにはコンタクトユニットの重量に相当する荷重が付与される。
しかし、コンタクト基板が多数のプローブを有し、大きなオーバードライブの荷重が必要とされる場合には、それに伴ってコンタクトユニットの重量も大きくする必要がある。上記出願明細書に開示されている一例においては、メイン基板及びコンタクト基板を電気的に接続するための配線部材としてのフレキシブル基板によりコンタクトユニットをメイン基板から吊り下げているが、このような構成によれば、コンタクトユニットの重量に応じて、フレキシブル基板の厚みを増加させて強度を高くする必要があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトユニットが検査対象物に接触していないときに、コンタクトユニットを確実に支持しておく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。
第1の本発明によるプローブカードは、メイン基板と、上記メイン基板に対して上下動自在に配置され、上記メイン基板よりも下方に複数のプローブが形成されたコンタクトユニットと、上記コンタクトユニットが上記メイン基板に対して所定量以上下降しないように制限するストッパとを備えて構成される。
この様な構成により、コンタクトユニットがメイン基板に対して所定量以上下降しないようにストッパで制限することができる。例えば、フレキシブル基板などの可撓性を有する配線部材によりメイン基板及びコンタクトユニットを電気的に接続した場合には、オーバードライブ時にコンタクトユニットをフリー状態にするために、配線部材を薄く形成するなどして十分な可撓性を持たせなければならない。しかし、配線部材によりコンタクトユニットを支持するような構成を採用すると、コンタクトユニットの重量に応じて、フレキシブル基板の厚みを増加させて強度を高くする必要がある。
本発明のようにストッパによりコンタクトユニットの下降を制限し、コンタクトユニットが持ち上げられたときには、ストッパによる制限が解除されるような構成によれば、配線部材とは別に設けたストッパによりコンタクトユニットを支持するので、ストッパの剛性を高くすることができ、コンタクトユニットの重量が大きい場合でもコンタクトユニットを確実に支持しておくことができる。
第2の本発明によるプローブカードは、上記構成に加えて、上記コンタクトユニットが、上記プローブが形成されたコンタクト基板と、このコンタクト基板を補強するための補強部材を有し、上記ストッパは、上記メイン基板に対して所定量下方において上記補強部材に当接し、上記コンタクトユニットの下降を制限するように構成される。この様な構成により、コンタクト基板をストッパに直接係合させるのではなく、補強部材を介して係合させるので、ストッパが検査対象物に接触するのを防止できるとともに、コンタクト基板がストッパに係合することによりコンタクト基板に大きな力が加わるのを防止できる。
第3の本発明によるプローブカードは、上記構成に加えて、上記メイン基板には、開口が形成されており、上記コンタクトユニットの一部が上記開口内に位置している。この様な構成により、オーバードライブの荷重に対応させてコンタクトユニットの厚みを大きくした場合でも、コンタクトユニットの一部をメイン基板に形成された開口内に配置することができる。
第4の本発明によるプローブカードは、開口を有するメイン基板と、上記メイン基板に対して上下動自在に配置され、上記メイン基板よりも下方に複数のプローブが形成されたコンタクトユニットと、上記コンタクトユニットに設けられ、上記開口を介して上記メイン基板よりも上方に突出し、上記コンタクトユニットが上記メイン基板に対して所定量以上下降した場合に上記メイン基板に当接して、上記コンタクトユニットの下降を制限するストッパとを備えて構成される。
本発明のようにストッパによりコンタクトユニットの下降を制限し、コンタクトユニットが持ち上げられたときには、ストッパによる制限が解除されるような構成によれば、配線部材とは別に設けたストッパによりコンタクトユニットを支持するので、ストッパの剛性を高くすることができ、コンタクトユニットの重量が大きい場合でもコンタクトユニットを確実に支持しておくことができる。
また、オーバードライブの荷重に対応させてコンタクトユニットの厚みを大きくした場合でも、コンタクトユニットがメイン基板に形成された開口に挿通されているので、コンタクトユニットの一部を開口内に配置することができる。
第5の本発明によるプローブカードは、上記構成に加えて、上記コンタクトユニットの重心が、上記プローブの配置領域内にあるように構成される。この様な構成により、ストッパによる保持を安定させることができるとともに、各プローブに対して、オーバードライブの荷重を精度よく均等に付与することができる。
本発明によるプローブカードでは、ストッパによりコンタクトユニットの下降を制限し、コンタクトユニットが持ち上げられたときには、ストッパによる制限が解除される。したがって、配線部材とは別に設けたストッパによりコンタクトユニットを支持するので、ストッパの剛性を高くすることができ、コンタクトユニットの重量が大きい場合でもコンタクトユニットを確実に支持しておくことができる。
また、補強部材を介してコンタクト基板をストッパに係合させるので、ストッパが検査対象物に接触するのを防止できるとともに、コンタクト基板がストッパに係合することによりコンタクト基板に大きな力が加わるのを防止できる。さらに、オーバードライブの荷重に対応させてコンタクトユニットの厚みを大きくした場合でも、コンタクトユニットの一部をメイン基板に形成された開口内に配置することができる。コンタクトユニットの重心がプローブの配置領域内にあるので、ストッパによる保持を安定させることができるとともに、各プローブに対して、オーバードライブの荷重を精度よく均等に付与することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるプローブカード1の一例を示した外観図であり、上方から見た図を示している。図2は、図1のプローブカード1を下方から見た図を示している。図3は、プローブカード1の断面図であり、図1のA−A断面が示されている。メイン基板10及びコンタクト基板20は、フレキシブル基板30によって緩やかに係合され、メイン基板10がプローブ装置によって水平に保持されている状態において、コンタクト基板20は、配線部材としてのフレキシブル基板30によりメイン基板10に接続された状態で、メイン基板10に対して変位自在かつ揺動自在となる。
図1は、本発明の実施の形態1によるプローブカード1の一例を示した外観図であり、上方から見た図を示している。図2は、図1のプローブカード1を下方から見た図を示している。図3は、プローブカード1の断面図であり、図1のA−A断面が示されている。メイン基板10及びコンタクト基板20は、フレキシブル基板30によって緩やかに係合され、メイン基板10がプローブ装置によって水平に保持されている状態において、コンタクト基板20は、配線部材としてのフレキシブル基板30によりメイン基板10に接続された状態で、メイン基板10に対して変位自在かつ揺動自在となる。
メイン基板10は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられ、コンタクト基板20及びフレキシブル基板30を支持する基板である。ここでは、円形形状からなるガラスエポキシ製の多層配線基板が、メイン基板10として用いられている。このメイン基板10の周縁部には多数の外部端子11が形成されている。これらの外部端子11は、図示しないテスターの信号端子と導通させるための端子であり、プローブ装置の構成に応じて、メイン基板10の上面又は下面に設けられている。これらの外部端子11は、メイン基板10の多層配線を介して、より中央寄りの位置に形成されているマイクロコネクタ12の端子にそれぞれ接続されている。
コンタクト基板20は、その表面(下面)の面上に多数のプローブ21が形成され、その裏面(上面)をメイン基板10の下面に対向させて配置される基板である。ここでは、矩形形状からなるシリコン基板が、コンタクト基板20として用いられている。プローブ21は、電気鋳造法により形成された金属針であり、プローブ21が形成されている領域がプローブ配置領域24を構成している。本実施の形態では、コンタクト基板20の表面の中央に、多数のプローブ21が2列に整列配置されており、プローブ配置領域24は、これらのプローブ21によって囲まれた矩形領域である。コンタクト基板20の裏面の周縁部には、電極パッド22が設けられており、これらの電極パッド22が、フレキシブル基板30を介して、メイン基板10に接続されている。
フレキシブル基板30は、メイン基板10及びコンタクト基板20を電気的に接続する導電線の集合体であり、可撓性を有する薄い絶縁性基板上に配線パターンが形成されている。ここでは、メイン基板10側を3つに分岐させた形状からなるフィルム基板が用いられており、各分岐部分の先端には、メイン基板10のマイクロコネクタ12と着脱可能に係合させるマイクロコネクタ31がそれぞれ設けられている。上記フィルム基板としては、ポリイミド、ガラスエポキシ、TLCP(Thermotropic Liquid Crystal Polymer)などを用いることができる。
コンタクト基板20の裏面上には、連結部材51を介して荷重部材52が連結されている。荷重部材52は、金属材料により平面視においてほぼ矩形状に形成され、コンタクト基板20の種類、例えばプローブ21の数に応じた重量とされる。連結部材51は、上面に荷重部材52が取り付けられ、後述するストッパ54と係合する板状の係合部51aと、この係合部51aをコンタクト基板20に連結する連結部51bとが、樹脂材料又は金属材料により一体的に形成されることにより構成されている。連結部材51は、コンタクト基板20の上面のほぼ全体に当接しており、コンタクト基板20を補強するための補強部材として機能する。コンタクト基板20及び連結部材51は、一体として、変位自在かつ揺動自在にメイン基板10に支持されるコンタクトユニット2を構成している。
連結部材51の係合部51aは、平面視で荷重部材52よりも面積の大きい略矩形状に形成され、その上面の中央部側(内側)に荷重部材52が取り付けられている。すなわち、係合部51aの周縁部には荷重部材52が配置されておらず、その周縁部の上方にメイン基板10が対向している。係合部51aの周縁部の各角部には、略円形の貫通孔53が上下方向に貫通するように形成されており、各貫通孔53には、メイン基板10に取り付けられたストッパ54が挿通されている。
メイン基板10の上面の中央部には、金属板からなる補強板55が取り付けられている。図1に示す例では、補強板55は、互いに平行に延びる2つの直線部55aと、これらの2つの直線部55aの中央部同士を連結する中間部55bとを有する平面視においてほぼH形状に形成されている。2つの直線部55aの各両端部は、連結部材51の係合部51aの各角部に対向している。メイン基板10には、2つの直線部55aの各両端部に対向する位置に、それぞれ略円形の貫通孔13が上下方向に貫通するように形成されている。
各ストッパ54は、略円柱状の軸部54aと、この軸部54aの一端部において径方向にフランジ状に張り出すように形成された頭部54bとを有する金属ピンにより構成されている。各ストッパ54の他端部の外周面にはねじ山が形成されている。各ストッパ54は、その他端部が連結部材51の係合部51aに形成された貫通孔53に下方から挿通され、メイン基板10に形成された対応する貫通孔13を通して、補強板55の直線部55aの端部にねじ込まれる。ストッパ54が補強板55に取り付けられた状態では、メイン基板10の下面に対して一定間隔を隔てて下方にストッパ54の頭部54bが対向している。
連結部材51は、各貫通孔53内でストッパ54の軸部54aをスライドさせることにより、メイン基板10の下面とストッパ54の頭部54bとの間において、荷重部材52がメイン基板10に衝突しない範囲内で上下動自在である。ストッパ54の頭部54bは、連結部材51の貫通孔53よりも大径であり、貫通孔53の周縁部の下面を頭部54bの上面に当接させた状態で連結部材51を支持することができる。これにより、コンタクトユニット2をストッパ54の軸部54aに沿って上下方向にスライド可能に支持することができるとともに、ストッパ54の頭部54bによりコンタクトユニット2の下方への変位を規制することができる。
図3に示すように、コンタクトユニット2の下方への変位がストッパ54により規制された状態では、フレキシブル基板30が撓んだ状態となっている。すなわち、コンタクトユニット2は、ストッパ54がないと仮定した場合にフレキシブル基板30により吊下支持される位置(吊下最下位置)よりも上方となる位置において、連結部材51を介してストッパ54に係合し、その位置よりも下方への変位が規制されている。コンタクトユニット2は、連結部材51がストッパ54に当接することによりストッパ54に係合し、この状態から持ち上げられて連結部材51及びストッパ54が離れることにより、ストッパ54との係合状態が解除される。吊下最下位置は、フレキシブル基板30の長さに応じた位置となる。ストッパ54の長さ、すなわち、メイン基板10に対するストッパ54の頭部54bの位置は、フレキシブル基板30によるコンタクトユニット2の吊下最下位置に応じた長さに設定される。
図3に示した状態では、メイン基板10の下面とプローブ21の先端との距離(プローブ深さ)が、8.3mm又は12mmに設定されている。プローブ深さは、上記値よりも大きい値に設定することも可能であるが、プローブ深さを大きく設定すると、フレキシブル基板30の長さが長くなり電気抵抗が大きくなるといった問題や、検査時の可動テーブルの移動量の増加に伴う検査精度の低下といった問題があるため、上記のような値に設定することが好ましい。
図1に示す例では、平面視においてほぼH形状の補強板55を介してストッパ54をメイン基板10に取り付ける構成を採用しているが、この様な構成に限らず、補強板が平面視においてほぼ矩形状などの他の形状で形成されていてもよい。ただし、プローブカードに適用されるメイン基板には、従来から、図1に示すような平面視においてほぼH形状の補強板55がメイン基板の補強のために取り付けられているので、この補強板55を利用してストッパ54を取り付ければ、部品点数の増加を防止して、製造コストの低減を図ることができる。
このコンタクトユニット2は、検査対象物によって持ち上げられることにより、オーバードライブ時にフリー状態となり、各プローブ21には実質的にコンタクトユニット2の重量のみが付与される。つまり、コンタクトユニット2の重量がオーバードライブの荷重に相当する。このため、コンタクト基板20に取り付ける荷重部材52の重量を調整すれば、所定のオーバードライブ荷重を確保することができる。
また、オーバードライブ時の各プローブ21に均等に針荷重を与えるためには、コンタクトユニット2の重心がプローブ配置領域24内に位置するように、荷重部材52を配置しておくことが望ましい。例えば、図3では、荷重部材52が、プローブ配置領域24内の点を中心として対称な形状からなり、これにより、コンタクトユニット2の重心がプローブ配置領域24内に位置している。なお、連結部材51及び荷重部材52は、一体的に構成されていてもよい。
例えば、コンタクト基板20上に1000本のプローブ21が形成され、これらのプローブ21をオーバードライブするために必要となる1本当たりの針荷重が0.5gであった場合、コンタクトユニット2の重量として500gが必要となる。一方、シリコンの比重は常温で2.33であることから、一辺5cmの正方形で厚さ400μmのシリコン基板からなるコンタクト基板20は2.33gとなる。従って、これらの差分に相当する約498gの荷重部材52をコンタクト基板20に結合すれば、コンタクトユニット2の重量を500gにすることができる。
さらに、電気鋳造法によってプローブ21を形成すれば、コンタクト基板20上に5000〜10000本のプローブ21を形成することが可能になる。通常、針荷重として0.1〜5gが必要であり、プローブ数が5000〜10000本になれば、数kg又はそれ以上のオーバードライブ荷重が必要になる。このような場合、コンタクト基板20の重量だけでは十分なオーバードライブ荷重を確保することはできず、不足分の重量を荷重部材52によって補う必要がある。
図4は、プローブ装置に取り付けられた状態のプローブカード1を示した図であり、シリコンウエハ40とのコンタクト後の様子が示されている。検査対象物としてのシリコンウエハ40は、集積回路が形成された面を上にして可動テーブル41上に載置され、真空吸着されている。この可動テーブル41を水平面内で移動又は回転させ、プローブ21及びシリコンウエハ40の位置合わせを行った後に、可動テーブル41を上昇させてプローブ21をシリコンウエハ40上の電極パッドにコンタクトさせて、上記集積回路の電気的特性の検査が行われる。
コンタクト前のコンタクト基板20は、図3に示したように、メイン基板10から脱落しないようにストッパ54によって支持されている。この状態では、フレキシブル基板30が撓んだ状態となっている。このように、コンタクトユニット2が検査対象物に接触していないときには、コンタクトユニット2が吊下最下位置よりも上方となる位置において、ストッパ54によりコンタクトユニット2の下方への変位を規制し、コンタクトユニット2を支持しておくことができる。
フレキシブル基板30によりメイン基板10及びコンタクト基板20を電気的に接続した場合には、オーバードライブ時にコンタクトユニット2をフリー状態にするために、フレキシブル基板30を薄く形成するなどして十分な可撓性を持たせなければならない。しかし、フレキシブル基板30によりコンタクト基板20を支持するような構成を採用すると、コンタクトユニット2の重量に応じて、フレキシブル基板30の厚みを増加させて強度を高くする必要がある。本実施の形態のようにストッパ54によりコンタクトユニット2を支持し、コンタクトユニット2が持ち上げられたときには、連結部材51及びストッパ54の当接による係合状態が解除されるような構成によれば、フレキシブル基板30とは別に設けたストッパ54によりコンタクトユニット2を支持するので、ストッパ54の剛性を高くすることができ、コンタクトユニット2の重量が大きい場合でもコンタクトユニット2を確実に支持しておくことができる。
また、コンタクト基板20をストッパ54に直接係合させるのではなく、連結部材51を介して係合させるので、ストッパ54の頭部54bが検査対象物に接触するのを防止できるとともに、コンタクト基板20がストッパ54に係合することによりコンタクト基板20に大きな力が加わるのを防止できる。
また、補強板55にストッパ54を取り付けることにより、メイン基板10にストッパ54を取り付けるような構成と比較して、コンタクトユニット2の荷重がメイン基板10に直接作用するのを防止できる。ただし、ストッパ54は、補強板55に取り付けられるのではなく、メイン基板10に直接取り付けられていてもよい。この場合、補強板55を省略することも可能である。
連結部材51は、コンタクト基板20の上方(裏面)側にあり、少なくとも所定位置でストッパ54が当接する下面(当接面)を有していればよい。すなわち、連結部材51には、ストッパ54に当接する下向きの面が形成され、ストッパ54には、連結部材51に当接する上向きの面が形成されている。したがって、連結部材51を持ち上げるだけで、連結部材51及びストッパ54の係合状態を解除することができる。ストッパ54の頭部54bは、フランジ状に限らず、例えばフック状であってもよい。
検査時には、可動テーブル41を所定の検査位置で停止させることによって、プローブ21がオーバードライブ状態となる。この検査位置は、プローブ21がシリコンウエハ40に当接しはじめる位置よりも更に高く、かつ、コンタクトユニット2をメイン基板10に接触させない位置として予め定められている。つまり、オーバードライブ時には、コンタクト基板20がシリコンウエハ40によって僅かに持ち上げられ、図4に示すように、連結部材51とストッパ54の頭部54bとの係合状態が解除される。係合状態の解除後は、ストッパ54からコンタクトユニット2に上下方向への力が作用しないように、貫通孔53の内径は、ストッパ54の軸部54aの外形よりも十分に大きく形成されている。
このとき、フレキシブル基板30は撓んだ状態になっているが、コンタクト基板20がフレキシブル基板30から受ける力の垂直成分は、コンタクトユニット2の重量に比べれば、無視できる値となっている。また、ストッパ54から受ける力の垂直成分も無視できる。従って、各プローブ21に付与される針荷重の合計、すなわち、オーバードライブの荷重は、実質的に、コンタクトユニット2の重量に一致している。
発明者の実験によれば、上記プローブカード1にシリコンウエハ40をコンタクトさせた状態において、コンタクト基板20がフレキシブル基板30から受ける力の垂直成分は10g未満であった。つまり、コンタクトユニット2の重量が500g以上であれば、その2%未満に過ぎない。従って、十分な可撓性を有するフレキシブル基板30を用いれば、コンタクト基板20がフレキシブル基板30から受ける力が、プローブ21の針荷重に与える影響は無視することができる。
また、シリコンウエハ40によって持ち上げられたコンタクト基板20は、メイン基板10に対して変位自在かつ揺動自在なフリー状態となり、シリコンウエハ40に対するコンタクト基板20の傾きは、各プローブ21が、シリコンウエハ40から受ける反力のみによって決定される。つまり、フリー状態となったコンタクト基板20をシリコンウエハ40上でバランスさせて、コンタクト基板20の傾きを決定することができる。従って、シリコンウエハ40上の電極パッドに高低差があるような場合であっても、従来のようなメカニカルな揺動機構を利用した技術とは比較にならない高い精度で傾き調整を行うことができる。
図5は、オーバードライブ荷重とオーバードライブ量との関係の一例を示した図であり、(a)には本実施の形態によるプローブカード1の場合、(b)には従来のプローブカードの場合がそれぞれ示されている。なお、オーバードライブ量は、プローブ21が電極パッドに当接し始める状態を基準として、更に可動テーブル41を上昇させた距離であり、オーバードライブ荷重は、各プローブ21に付与している荷重の和である。
従来のプローブカードの場合、プローブ21がメイン基板10に固定されているため、図5の(b)に示した通り、全区間にわたって、オーバードライブ量を増大させれば、オーバードライブ荷重も増大する。この図では、オーバードライブ量がH1の場合、プローブ21に対して所望のオーバードライブ荷重Faが付与されているが、オーバードライブ量がHyに達すれば、プローブ21に対し破壊限界荷重Fbが付与される。破壊限界荷重Fbとは、プローブ21を塑性変形させることができるオーバードライブ荷重の最大値であり、破壊限界荷重Fbを越えるオーバードライブ荷重を付与すればプローブ21が破壊される。
このため、従来のプローブカードを用いる場合、プローブ21を破壊することなく、プローブ21に所望の針荷重を付与するためには、可動ステージ41の昇降駆動を高い精度で制御する必要があった。さらに、可動ステージ41の高さを精度良く駆動したとしても、プローブカードに対する検査対象物の傾きや、検査対象物の電極パッドの高低差や、これらの検査対象物ごとのばらつきによって、各プローブ21に所望の針荷重を付与することは容易ではなかった。
これに対し、本実施の形態によるプローブカード1を用いた場合、図5の(a)に示した通り、オーバードライブ荷重の変化は、3つの区間A1〜A3に区分することができる。オーバードライブ量がH1以下の区間A1は、一部のプローブ21のみがシリコンウエハ40にコンタクトしている区間であり、オーバードライブ量を増大させればオーバードライブ荷重も増大する。
オーバードライブ量がH1〜H2となる区間A2では、オーバードライブ量を増大させてもオーバードライブ荷重は一定となる。この区間A2では、オーバードライブ量を増大させても、それに応じてコンタクトユニット2が持ち上げられ、その高さが変化するのみであり、オーバードライブ量にかかわらず、各プローブ21にはコンタクトユニット2の重量に相当するオーバードライブ荷重Faが付与されている。
オーバードライブ量がH2以上の区間A3では、コンタクトユニット2がメイン基板10に当接し、オーバードライブ量に応じてオーバードライブ荷重が再び増大しはじめる。この結果、オーバードライブ量がHxに達すれば、プローブ21に破壊限界荷重Fbが付与される。
つまり、区間A2内では、可動ステージ41を上昇駆動しても針荷重は変化せず、コンタクトユニット2の重量を予め調整しておけば、区間A2内において、常に、所望の針荷重Faを得ることができる。また、区間A2を設けることによって、図5の(a)中のオーバードライブ量がH1〜Hxとなる区間長が、図5の(b)のオーバードライブ量がH1〜Hyとなる区間長よりも長くなる。つまり、プローブ21を破壊せず、かつ、所望のオーバードライブ荷重を確保することができるオーバードライブ区間を長くすることができる。従って、可動ステージ41の駆動制御に高い精度は要求されず、また、プローブ21に過大な針荷重が付与されて破壊されるのを抑制することができる。
図5の(a)では、最も好ましい実施形態として、区間A2において針荷重が一定となる場合の例について説明したが、本発明は、このような場合に必ずしも限定されない。すなわち、所望のオーバードライブ荷重Faが得られる区間A2が、オーバードライブ量H1〜Hx内に存在し、当該区間A2における針荷重の傾きの平均値が、他の区間A1,A3におけるオーバードライブ荷重の傾きの平均値よりも小さくなっていればよい。また、図5の(a)では、便宜上、区間A1及びA3内における特性が直線で示されているが、本発明はこのような場合に限定されないことは言うまでもない。
実施の形態2.
本実施の形態のプローブカード101は、図1の場合(実施の形態1)と比較すれば、荷重部材152の厚みが大きく、それに伴って、メイン基板10の荷重部材152に対向する位置に開口14が形成されるとともに、補強板155の形状を変更している点が異なっている。
本実施の形態のプローブカード101は、図1の場合(実施の形態1)と比較すれば、荷重部材152の厚みが大きく、それに伴って、メイン基板10の荷重部材152に対向する位置に開口14が形成されるとともに、補強板155の形状を変更している点が異なっている。
図6は、本発明の実施の形態2によるプローブカード101の一例を示した外観図であり、上方から見た図を示している。図7は、プローブカード101の断面図であり、図6のB−B断面が示されている。実施の形態1のプローブカード1と同様の構成については、図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
荷重部材152は平面視においてほぼ矩形状であり、メイン基板10には、荷重部材152に対応する略矩形状の開口14が形成されている。図7に示すように、ストッパ54によりコンタクトユニット2の下方への変位が規制された状態において、連結部材51の係合部51aの上面に取り付けられた荷重部材152は開口14に挿通され、その上端部がメイン基板10の上方に位置している。すなわち、荷重部材152の一部が開口14内に位置している。
補強板155は、略矩形状の金属板の中央部に略矩形の開口156が形成されることにより、略矩形の枠状に形成されている。補強板155の開口156は、メイン基板10の開口14に対応する形状を有しており、補強板155をメイン基板10の上面に取り付けた状態では、メイン基板10の開口14と補強板155の開口156とが上下方向に連通している。荷重部材152は、メイン基板10の開口14及び補強板155の開口156に挿通されている。
補強板155の各角部は、連結部材51の係合部51aの各角部に対向している。メイン基板10には、補強板155の各角部に対向する位置に、それぞれ略円形の貫通孔13が上下方向に貫通するように形成されている。各ストッパ54は、その他端部が連結部材51の係合部51aに形成された貫通孔53に下方から挿通され、メイン基板10に形成された対応する貫通孔13を通して、補強板155の各角部にねじ込まれる。これにより、コンタクトユニット2をストッパ54の軸部54aに沿って上下方向にスライド可能に支持することができるとともに、ストッパ54の頭部54bによりコンタクトユニット2の下方への変位を規制することができる。
本実施の形態では、実施の形態1の場合と同様の効果に加えて、オーバードライブの荷重に対応させて荷重部材152の厚みを大きくした場合でも、荷重部材152の一部をメイン基板10に形成された開口14内に配置することができる。これにより、荷重部材152がメイン基板10に接触するのを防止できる。プローブ数が多く、必要なオーバードライブ荷重が大きい場合には、メイン基板10及びコンタクト基板20の間の空間に配置可能な程度の大きさで荷重部材を形成することは困難なため、本実施の形態のような構成が適している。開口14は、荷重部材152の水平方向断面よりも十分に大きく形成され、開口14の周縁部からコンタクトユニット2に上下方向への力が作用しないように構成されている。
ただし、荷重部材152は平面視においてほぼ矩形状に限らず、平面視においてほぼ円形状などの他の形状で形成されていてもよい。この場合、メイン基板10の開口14及び補強板155の開口156も、荷重部材152の形状に対応させて、それぞれ略円形状などの他の形状で形成されていてもよい。
実施の形態3.
本実施の形態のプローブカード201は、図1の場合(実施の形態1)と比較すれば、連結部材51の形状が異なり、ストッパ254がメイン基板10に取り付けられるのではなく連結部材251に形成されている点、及び、メイン基板10の連結部材251に対向する位置に開口15が形成されるとともに、補強板255の形状を変更している点が異なっている。
本実施の形態のプローブカード201は、図1の場合(実施の形態1)と比較すれば、連結部材51の形状が異なり、ストッパ254がメイン基板10に取り付けられるのではなく連結部材251に形成されている点、及び、メイン基板10の連結部材251に対向する位置に開口15が形成されるとともに、補強板255の形状を変更している点が異なっている。
図8は、本発明の実施の形態3によるプローブカード201の一例を示した外観図であり、上方から見た図を示している。図9は、プローブカード201の断面図であり、図8のC−C断面が示されている。実施の形態1のプローブカード1と同様の構成については、図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
連結部材251は、略円柱状に形成され、その上端部において径方向にフランジ状に張り出すようにストッパ254が形成されている。この連結部材251は、コンタクトユニット2をオーバードライブの荷重に対応する重量にするための荷重部材として機能する。メイン基板10には、連結部材251に対応する略円形の開口15が形成されている。補強板255は、略矩形状の金属板の中央部に略円形の開口257が形成されることにより構成されている。補強板255の開口257は、メイン基板10の開口15に対応する形状を有しており、補強板255をメイン基板10の上面に取り付けた状態では、メイン基板10の開口15と補強板255の開口257とが上下方向に連通する。
コンタクト基板20の裏面上に取り付けられた連結部材251は、メイン基板10の開口15及び補強板255の開口257に挿通され、その上端部が補強板255の上方に位置している。すなわち、連結部材251の一部が開口15,257内に位置している。連結部材251は、開口15,257内において上下動自在であり、ストッパ254の下面を補強板255の開口257の周縁部の上面に当接させた状態で連結部材251を支持することができる。これにより、コンタクトユニット2を上下方向にスライド可能に支持することができるとともに、ストッパ254によりコンタクトユニット2の下方への変位を規制することができる。
図9に示すように、コンタクトユニット2の下方への変位がストッパ254により規制された状態では、フレキシブル基板30が撓んだ状態となっている。すなわち、コンタクトユニット2は、ストッパ254がないと仮定した場合にフレキシブル基板30により吊下支持される位置(吊下最下位置)よりも上方となる位置において、ストッパ254及び補強板255を介してメイン基板10に係合し、その位置よりも下方への変位が規制されている。コンタクトユニット2は、ストッパ254が補強板255に当接することによりメイン基板10に係合し、この状態から持ち上げられてストッパ254及び補強板255が離れることにより、メイン基板10との係合状態が解除される。吊下最下位置は、フレキシブル基板30の長さに応じた位置となる。連結部材251に対してストッパ254が形成される位置は、フレキシブル基板30によるコンタクトユニット2の吊下最下位置に応じた位置に設定される。
本実施の形態では、ストッパ254によりコンタクトユニット2を支持し、コンタクトユニット2が持ち上げられたときには、ストッパ254及び補強板255の当接による係合状態が解除されるような構成によれば、フレキシブル基板30とは別に設けたストッパ254によりコンタクトユニット2を支持するので、ストッパ254の剛性を高くすることができ、コンタクトユニット2の重量が大きい場合でもコンタクトユニット2を確実に支持しておくことができる。
また、オーバードライブの荷重に対応させて連結部材251の厚みを大きくした場合でも、連結部材251がメイン基板10に形成された開口15に挿通されているので、連結部材251の一部を開口15内に配置することができる。これにより、連結部材251がメイン基板10に接触するのを防止できる。開口15は、連結部材251の水平方向断面よりも十分に大きく形成され、開口15の周縁部からコンタクトユニット2に上下方向への力が作用しないように構成されている。
また、補強板255を介してストッパ254をメイン基板10で支持することにより、メイン基板10でストッパ254を直接支持するような構成と比較して、コンタクトユニット2の荷重がメイン基板10に直接作用するのを防止できる。
ただし、連結部材251は平面視においてほぼ円形状に限らず、平面視においてほぼ矩形状などの他の形状で形成されていてもよい。この場合、メイン基板10の開口15及び補強板255の開口257も、荷重部材の形状に対応させて、それぞれ略矩形状などの他の形状で形成されていてもよい。また、補強板255を省略して、ストッパ254をメイン基板10で直接支持するような構成であってもよい。
なお、以上の実施の形態1〜3では、コンタクト基板20にシリコン基板を用いているため、温度条件にかかわらず、検査対象物との良好なコンタクトが得られる。通常、プローブ21は、検査対象物の電極パッドの位置に対応するコンタクト基板20上の位置に配置されている。このため、温度に応じてコンタクト基板20が膨張又は収縮すれば、プローブ21のピッチも変化する。同様にして、電極パッドのピッチも温度に応じて変化する。このため、検査対象物がシリコン基板上に形成された集積回路である場合、シリコンを主成分とするコンタクト基板20を用いれば、両者の熱膨張係数を一致させることができ、温度条件にかかわらず、良好なコンタクトが得られる。
また、コンタクト基板20としてシリコン以外の材質からなる基板を用いることもできる。例えば、ポリイミド、ガラスエポキシ、TLCP等からなる絶縁性フィルムをコンタクト基板20として用いることができる。この場合、導電線としてのフレキシブル基板30の一部をコンタクト基板20とし、両者を一体に構成することもできる。ただし、コンタクト基板20としてシリコン基板以外を使用する場合、シリコンに近い熱膨張係数を有する素材を使用することが望ましい。シリコンの線膨張係数は2〜4ppm/℃であることから、コンタクト基板20には、線膨張係数が−3〜9ppm/℃の素材を用いることが望ましい。
また、プローブ21は、電気鋳造法により形成されたものには限定されない。例えば、板バネ状の金属の先端を尖鋭化させたプローブ、いわゆるカンチレバー式のプローブを用いることもできる。
また、プローブ21は、コンタクト基板20上のプローブ配置領域24内において2列に整列配置されたものに限定されない。例えば、コンタクト基板20の中央のプローブ配置領域24内に、プローブをマトリクス状に配列してもよい。この様にして、プローブ21は、プローブ配置領域24内に3列以上が整列配置されていてもよい。また、その他の任意の配置であってもよい。
1,101,201 プローブカード
2 コンタクトユニット
10 メイン基板
13 貫通孔
14,15 開口
20 コンタクト基板
21 プローブ
24 プローブ配置領域
30 フレキシブル基板
51,251 連結部材
52,152 荷重部材
53 貫通孔
54,254 ストッパ
55,155,255 補強板
156,257 開口
2 コンタクトユニット
10 メイン基板
13 貫通孔
14,15 開口
20 コンタクト基板
21 プローブ
24 プローブ配置領域
30 フレキシブル基板
51,251 連結部材
52,152 荷重部材
53 貫通孔
54,254 ストッパ
55,155,255 補強板
156,257 開口
Claims (5)
- メイン基板と、
上記メイン基板に対して上下動自在に配置され、上記メイン基板よりも下方に複数のプローブが形成されたコンタクトユニットと、
上記コンタクトユニットが上記メイン基板に対して所定量以上下降しないように制限するストッパとを備えたことを特徴とするプローブカード。 - 上記コンタクトユニットは、上記プローブが形成されたコンタクト基板と、このコンタクト基板を補強するための補強部材を有し、
上記ストッパは、上記メイン基板に対して所定量下方において上記補強部材に当接し、上記コンタクトユニットの下降を制限することを特徴とする請求項1に記載のプローブカード。 - 上記メイン基板には、開口が形成されており、
上記コンタクトユニットの一部が上記開口内に位置していることを特徴とする請求項1又は2に記載のプローブカード。 - 開口を有するメイン基板と、
上記メイン基板に対して上下動自在に配置され、上記メイン基板よりも下方に複数のプローブが形成されたコンタクトユニットと、
上記コンタクトユニットに設けられ、上記開口を介して上記メイン基板よりも上方に突出し、上記コンタクトユニットが上記メイン基板に対して所定量以上下降した場合に上記メイン基板に当接して、上記コンタクトユニットの下降を制限するストッパとを備えたことを特徴とするプローブカード。 - 上記コンタクトユニットの重心が、上記プローブの配置領域内にあることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のプローブカード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005236358A JP2007051906A (ja) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | プローブカード |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=37916453
Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007051906A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1197494A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Hitachi Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2001159643A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Hitachi Ltd | 接続装置および検査システム |
-
2005
- 2005-08-17 JP JP2005236358A patent/JP2007051906A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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JPH1197494A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Hitachi Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
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