JP2007051907A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 荷重部材の配置スペースが十分に確保された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、メイン基板１０の上方に配置した荷重部材５２が連結部材５１を介してコンタクト基板２０に連結されている。これにより、オーバードライブの荷重に対応させて荷重部材５２の厚みを大きくした場合でも、荷重部材５２がメイン基板１０の上方に配置されているので、メイン基板１０及びコンタクトユニット２の間に荷重部材５２を配置するような構成と比較して、荷重部材５２の配置スペースを十分に確保することができる。
【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。

特開平８−８３８２４号公報

全てのプローブを検査対象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検査対象が複数領域あって、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。

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。しかし、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を大きくすると、この大型化に応じたスペースの確保が問題となった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、荷重部材の配置スペースが十分に確保されたプローブカードを提供することを目的とする。また、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、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、上記メイン基板よりも上方に配置され、上記開口を介して上記コンタクトユニットに荷重を加える荷重部材とを備えて構成される。

この様な構成により、荷重部材をメイン基板の上方に配置することができる。したがって、オーバードライブの荷重に対応させて荷重部材の厚みを大きくした場合でも、荷重部材がメイン基板の上方に配置されているので、メイン基板及びコンタクトユニットの間に荷重部材を配置するような構成と比較して、荷重部材の配置スペースを十分に確保することができる。メイン基板には、コンタクトユニットと荷重部材を連結するための部材が通過できる程度の小さい開口を形成すればよく、荷重部材を通過させることができる程度の大きな開口を形成する必要がないので、開口を形成することによるメイン基板の強度低下を防止できる。また、荷重部材は、メイン基板の上方に配置されているので、形状に制限がなく、所望の形状とすることができる。

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と上記荷重部材との重量が、所定のオーバードライブの荷重に相当するように構成される。この様な構成によれば、各プローブを検査対象物に接触させたオーバードライブ状態において、コンタクトユニットが検査対象物によって下方から持ち上げられ、コンタクトユニットがメイン基板に対して上下動自在なフリー状態になるとともに、各プローブには実質的にコンタクトユニット及び荷重部材の重量のみが加えられる。このため、コンタクトユニットが検査対象物に倣って自らバランスをとって、コンタクトユニットが検査対象物と平行になるとともに、オーバードライブの荷重を所定値にすることができる。

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４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、上記メイン基板から所定距離内に近づいた場合に上記荷重部材の荷重を受け、上記所定距離以上離れた場合には上記荷重部材の荷重を受けないように構成されている。

この様な構成により、ストッパがコンタクトユニットに係合した状態では、荷重部材の荷重がコンタクトユニットに作用しないので、コンタクトユニットが検査対象物に接触して下方から持ち上げられるときに、コンタクトユニットが検査対象物に倣いやすい。この状態からさらに検査対象物を持ち上げれば、コンタクトユニットが荷重部材に連結されるので、適当なオーバードライブの荷重を加えることができる。また、コンタクトユニットを荷重部材とともにストッパで支持する場合よりも、ストッパに作用する荷重が小さいので、ストッパを簡易な構成にすることができる。

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。

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６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、及び上記コンタクトユニットと上記荷重部材との連結体の重心が、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、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、オーバードライブの荷重に対応させて荷重部材の厚みを大きくした場合でも、荷重部材がメイン基板の上方に配置されているので、メイン基板及びコンタクトユニットの間に荷重部材を配置するような構成と比較して、荷重部材の配置スペースを十分に確保することができる。メイン基板には、コンタクトユニットと荷重部材を連結するための部材が通過できる程度の小さい開口を形成すればよく、荷重部材を通過させることができる程度の大きな開口を形成する必要がないので、開口を形成することによるメイン基板の強度低下を防止できる。また、荷重部材は、メイン基板の上方に配置されているので、形状に制限がなく、所望の形状とすることができる。

また、各プローブを検査対象物に接触させたオーバードライブ状態において、コンタクトユニットが検査対象物によって下方から持ち上げられ、コンタクトユニットがメイン基板に対して上下動自在なフリー状態になるとともに、各プローブには実質的にコンタクトユニット及び荷重部材の重量のみが加えられる。このため、コンタクトユニットが検査対象物に倣って自らバランスをとって、コンタクトユニットが検査対象物と平行になるとともに、オーバードライブの荷重を所定値にすることができる。

また、ストッパによりコンタクトユニットを支持し、コンタクトユニットが持ち上げられたときには、コンタクトユニット及びストッパの当接による係合状態が解除される。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。

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。図４は、プローブカード１の断面図であり、図１のＢ−Ｂ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、金属材料により略円筒状に形成され、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。荷重部材５２は、メイン基板１０の上方に配置され、連結部材５１に対して上方から着脱可能に構成されている。

連結部材５１は、樹脂材料又は金属材料により形成され、メイン基板１０に対向して上下動可能に取り付けられ、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、係合部５１ａの中央部から上方に向かって延びる軸状の挿通部５１ｃと、この挿通部５１ｃの途中部から径方向にフランジ状に張り出した円板状の支持部５１ｄとを備えている。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、係合部５１ａ及び連結部５１ｂがコンタクト基板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は略矩形状に形成され、そ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いる。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、金属板からなる略矩形状の補強板５５が取り付けられている。補強板５５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５５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、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の各角部にねじ込まれる。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。

メイン基板１０の中心部には、連結部材５１の挿通部５１ｃに対応する略円形状の開口１４が形成されている。補強板５５の中心部には、連結部材５１の挿通部５１ｃに対応する略円形状の開口５５ａが形成されている。補強板５５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５５の開口５５ａとが上下方向に連通している。連結部材５１は、係合部５１ａ及び連結部５１ｂからなる部材と、挿通部５１ｃ及び支持部５１ｄからなる部材とに分割可能であり、挿通部５１ｃが上方から開口１４，５５ａに挿通され、連結部５１ｂにねじ込まれるなどして固定されることにより、連結部材５１がメイン基板１０に取り付けられる。

連結部材５１の支持部５１ｄは、その上面に荷重部材５２を載置した状態で支持することができる。荷重部材５２には、その軸線に沿って上下方向に貫通する挿通孔５２ａが形成されており、この挿通孔５２ａに連結部材５１の挿通部５１ｃを挿通させることにより、荷重部材５２の下面を支持部５１ｄの上面に当接させた状態で、荷重部材５２を連結部材５１に取り付けることができる。荷重部材５２を連結部材５１に取り付けた状態では、荷重部材５２が開口１４，５５ａを介して連結部材５１によりコンタクト基板２０に連結される。

連結部材５１の挿通部５１ｃにおける支持部５１ｄよりも上側の部分は、荷重部材５２を挿通させた状態で安定して支持するのに十分な長さを有している。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、支持部５１ｄは、補強板５５に対して上方に離れて対向している。ただし、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、支持部５１ｄの下面が補強板５５の上面に当接するようになっていてもよい。

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、連結部材５１の挿通部５１ｃは、その軸線がプローブ配置領域２４内を通るように配置されており、荷重部材５２は、その軸線が挿通部５１ｃの軸線にほぼ沿うように連結部材５１に取り付けられている。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。

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と、連結部材５１及び荷重部材５２の重量の和とが等しくなるように、連結部材５１に取り付ける荷重部材５２の重量を調整すれば、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５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。

オーバードライブの荷重に対応させて荷重部材５２の厚みを大きくした場合でも、荷重部材５２がメイン基板１０の上方に配置されているので、メイン基板１０及びコンタクト基板２０の間に荷重部材を配置するような構成と比較して、荷重部材５２の配置スペースを十分に確保することができる。メイン基板１０には、連結部材５１の挿通部５１ｃが通過できる程度の小さい開口１４を形成すればよく、荷重部材５２を通過させることができる程度の大きな開口を形成する必要がないので、開口を形成することによるメイン基板１０の強度低下を防止できる。また、荷重部材５２は、メイン基板１０の上方に配置されているので、形状に制限がなく、所望の形状とすることができる。

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。

また、荷重部材５２が連結部材５１に対して着脱可能に構成されているので、検査時にのみ荷重部材５２を連結部材５１に取り付けて、オーバードライブの荷重を加えることができる。また、連結部材５１に取り付ける荷重部材５２の種類又は数を変更することにより、荷重部材５２による荷重を簡単に調整することができる。ただし、荷重部材５２は、連結部材５１に対して着脱可能な構成に限らず、連結部材５１と一体的に構成されていてもよい。

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５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。また、開口１４は、連結部材５１の挿通部５１ｃ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。

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６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６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６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６の（ａ）中のオーバードライブ量がＨ１〜Ｈｘとなる区間長が、図６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６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６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、連結部材５１が、挿通部５１ｃ及び支持部５１ｄからなる上連結部材５６と、係合部５１ａ及び連結部５１ｂからなる下連結部材５７とに分離されている点が異なっている。

図７は、本発明の実施の形態２によるプローブカード１０１の一例を示した断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に対応している。図８は、プローブカード１０１の断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面に対応している。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。

上連結部材５６の下面５６ａ、すなわち挿通部５１ｃの下端面は、球面などの凸状の滑らかな曲面により形成されている。一方、下連結部材５７の上面５７ａ、すなわち係合部５１ａの上面は、平坦面により形成されている。ただし、下連結部材５７の上面５７ａが凸状の滑らかな湾曲面により形成され、上連結部材５６の下面５６ａが平坦面により形成されていてもよい。また、凸状の滑らかな曲面により形成されている面と反対側の面は、平坦面に限らず、凸状又は凹状の滑らかな曲面により形成されていてもよい。

上連結部材５６の挿通部５１ｃにおける支持部５１ｄよりも下側の部分の長さ、すなわち支持部５１ｄの下面と上連結部材５６の下面５６ａの最下点との距離は、補強板５５の上面とストッパ５４の頭部５４ｂの上面との距離から連結部５１ｄの厚みを差し引いた長さよりも短く形成されている。これにより、図７及び図８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、上連結部材５６の支持部５１ｄの下面が補強板５５の上面に当接し、上連結部材５６及び荷重部材５２が補強板５５を介してメイン基板１０上に支持された状態となり、上連結部材５６と下連結部材５７とが離れる。コンタクト基板２０及び下連結部材５７は、コンタクトユニット２を構成している。

本実施の形態では、コンタクトユニット２がストッパ５４により規制される位置（規制位置）よりも上方において、荷重部材５２が上連結部材５６及び補強板５５を介してメイン基板１０に係合し、その位置よりも下方において上連結部材５６及び下連結部材５７が分離することにより、コンタクト基板２０及び荷重部材５２の連結状態が解除される。言い換えれば、コンタクトユニット２が規制位置の上方の分離位置（上連結部材５６の支持部５１ｄの下面が補強板５５の上面に当接する位置）よりも上方となる位置において、上連結部材５６の下面５６ａと下連結部材５７の上面５７ａとが当接し、コンタクトユニット２が分離位置よりも下方となる位置において、荷重部材５２がメイン基板１０に係合し、上連結部材５６及び下連結部材５７が分離するようになっている。

図９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１０１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。コンタクト前は、上連結部材５６及び下連結部材５７が分離し、図７に示したように、コンタクト基板２０がストッパ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。

検査時には、可動テーブル４１が上昇されることにより、可動テーブル４１上のシリコンウエハ４０がプローブ２１に当接し、コンタクト基板２０がシリコンウエハ４０によって持ち上げられる。これにより、下連結部材５７とストッパ５４の頭部５４ｂとの係合状態が解除され、さらに上方に持ち上げられると、図９に示すように、上連結部材５６の下面５６ａと下連結部材５７の上面５７ａとが当接し、コンタクトユニット２が荷重部材５２と一体となって持ち上げられる。

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、ストッパ５４が下連結部材５７に係合した状態では、荷重部材５２の荷重がコンタクト基板２０に作用しないので、コンタクト基板２０が検査対象物に接触して下方から持ち上げられるときに、コンタクト基板２０が検査対象物に倣いやすい。この状態からさらに検査対象物を持ち上げれば、上連結部材５６の下面５６ａと下連結部材５７の上面５７ａとが当接し、コンタクト基板２０が連結部材５１を介して荷重部材５２に連結されるので、適当なオーバードライブの荷重を加えることができる。また、コンタクトユニット２全体をストッパ５４で支持する場合よりも、ストッパ５４に作用する荷重が小さいので、ストッパ５４を簡易な構成にすることができる。

また、上連結部材５６の下面５６ａが凸状の滑らかな曲面により形成されているので、コンタクト基板２０が荷重部材５２に連結されるとき、上連結部材５６の下面５６ａと下連結部材５７の上面５７ａとが揺動自在に当接する。これにより、下連結部材５７が上連結部材５６に対して倣いやすく、オーバードライブの荷重を良好に伝達することができる。

図１０は、プローブカード１０１を用いた検査時の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る。本実施の形態によるプローブカード１０１を用いた場合、図１０に示した通り、オーバードライブ荷重の変化は、５つの区間Ｂ１〜Ｂ５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Ｂ１は、シリコンウエハ４０がコンタクト基板２０にコンタクトしてから、コンタクトユニット２が持ち上げられるまでの区間であり、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Ｂ２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Ｂ２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Ｆｃが付与されている。

オーバードライブ量がＨ２〜Ｈ３となる区間Ｂ３は、上連結部材５６の下面５６ａ及び下連結部材５７の上面５７ａが当接してから、コンタクトユニット２及び荷重部材５２が一体的に持ち上げられるまでの区間であり、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Ｈ３〜Ｈ４となる区間Ｂ４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Ｂ４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Ｈ４以上の区間Ｂ５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Ｈｚに達すれば、プローブ２１に破壊限界荷重Ｆｂが付与される。

区間Ｂ４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Ｂ４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Ｂ４を設けることによって、図１０中のオーバードライブ量がＨ３〜Ｈｚとなる区間長が、図６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１０では、最も好ましい実施形態として、区間Ｂ４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Ｂ４が、オーバードライブ量Ｈ３〜Ｈｚ内に存在し、当該区間Ｂ４における針荷重の傾きの平均値が、区間Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５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、区間Ｂ２において針荷重が一定となるような場合には限定されず、区間Ｂ２における針荷重の傾きの平均値が、区間Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５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１０では、便宜上、区間Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５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。

なお、以上の実施の形態１，２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。

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１のプローブカード１を下方から見た図を示している。 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。 プローブカード１の断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面が示されている。 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。 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。 本発明の実施の形態２によるプローブカード１０１の一例を示した断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に対応している。 プローブカード１０１の断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面に対応している。 プローブ装置に取り付けられた状態のプローブカード１０１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。 プローブカード１０１を用いた検査時の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る。

符号の説明

１，１０１ 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 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 連結部材
５１ａ 係合部
５１ｂ 連結部
５１ｃ 挿通部
５１ｄ 支持部
５２ 荷重部材
５２ａ 挿通孔
５３ 貫通孔
５４ ストッパ
５５ 補強板
５６ 上連結部材
５６ａ 下面
５７ 下連結部材
５７ａ 上面

Claims (6)

1. 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、
   上記メイン基板よりも上方に配置され、上記開口を介して上記コンタクトユニットに荷重を加える荷重部材とを備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 上記コンタクトユニットと上記荷重部材との重量が、所定のオーバードライブの荷重に相当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。
3. 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を備えた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。
4. 上記コンタクトユニットは、上記メイン基板から所定距離内に近づいた場合に上記荷重部材の荷重を受け、上記所定距離以上離れた場合には上記荷重部材の荷重を受けないように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード。
5. 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３又は４に記載のプローブカード。
6. 上記コンタクトユニットの重心、及び上記コンタクトユニットと上記荷重部材との連結体の重心が、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５のいずれかに記載のプローブカード。

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