JP2007064850A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れ、コストがかからず経済的なプローブカードを提供する。
【解決手段】検査対象である半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検査対象である半導体ウェハの複数の領域に対する電気信号の入力または出力を行うプローブカードに関する。

半導体の検査工程では、ダイシングする前の半導体ウェハの状態で導電性を有するプローブをコンタクトさせることによって導通検査を行い、不良品を検出することがある（ＷＬＴ：Wafer Level Test）。このＷＬＴを行う際には、検査装置（テスター）から送出される検査信号を半導体ウェハに伝えるために、多数のプローブを収容するプローブカードが用いられる。通常、ＷＬＴでは、半導体ウェハ上のダイをプローブカードでスキャニングしながらプローブをダイごとに個別にコンタクトさせるが、半導体ウェハ上には数百〜数万というダイが形成されているので、一つの半導体ウェハをテストするにはかなりの時間を要し、ダイの数が増加するとともにコストの上昇を招いていた。

このようなＷＬＴの問題点を解消するために、最近では、半導体ウェハ上の全てのダイ、または半導体ウェハ上の少なくとも１／４〜１／２程度のダイにプローブを一括してコンタクトさせるＦＷＬＴ（Full Wafer Level Test）という手法も用いられている（例えば、特許文献１を参照）。このＦＷＬＴでは、半導体ウェハの微細な電極パッドにプローブの先端をコンタクトさせなければならず、プローブの先端位置精度やプローブカードと半導体ウェハをアライメントする技術が必要とされる。

図１３は、上述したＦＷＬＴにおいて適用されるプローブカードの一構成例を示す図である。同図に示すプローブカード５１は、半導体ウェハ上の電極パッドの配置パターンに対応して設けられた複数のプローブ５２と、この複数のプローブ５２を収容するプローブヘッド５３と、プローブヘッド５３における微細な配線パターンをより広い空間における配線パターンへと変換するスペーストランスフォーマ５４と、スペーストランスフォーマ５４から出た配線を中継するインターポーザ５５と、インターポーザ５５で中継された配線５６のスペースをさらに広げて検査装置の端子へと接続する基板５７とを備える。

以上の構成を有するプローブカード５１においては、スペーストランスフォーマ５４が、半導体ウェハの熱膨張係数と基板５７の熱膨張係数との差を緩和する機能をも果たしており、これにより、高温環境下での検査の際に位置ズレが生じるのを防止していた。

特開２００３−２４０８０１号公報

しかしながら、上記の如くスペーストランスフォーマを用いてプローブカードを構成する場合には、スペーストランスフォーマと基板との接続によって電気的なロスが生じやすく、特に高い周波数を有する電気信号の伝送特性に問題が生じる恐れがあった。また、スペーストランスフォーマとインターポーザとを設けることによって部品点数が多くなるため、組立工数も多くなり、コストの削減が難しいという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れ、コストがかからず経済的なプローブカードを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１記載の発明は、検査対象である半導体ウェハの複数の領域に対する電気信号の入力または出力を行うプローブカードであって、前記半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記接続手段は、前記基板の肉厚方向であって前記コア層が埋め込まれていない部分の肉厚方向に貫通されて成るスルーホールを含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記接続手段は、対をなして互いに結合されるゼロインサーションフォース型のオスコネクタおよびメスコネクタのいずれか一方を含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記基板は、前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方を挿着する切り欠きが設けられて成ることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記基板は、前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方を装着する開口部が設けられて成ることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方は、対をなすコネクタと結合可能な第１コネクタと、前記開口部に装着され、前記配線と電気的に接続するとともに前記第１コネクタに結合される第２コネクタと、を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項記載の発明において、前記基板の外周に装着される補強部材をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、検査対象である半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段と、を備えることにより、高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れ、コストがかからず経済的なプローブカードを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、実施の形態と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブカードの構成を示す平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。これらの図に示すプローブカード１は、検査対象に対応して配設される複数のプローブ２（導電性接触子）と、複数のプローブ２を収容する円盤状のプローブヘッド３と、プローブヘッド３に収容されたプローブ２と検査装置とを電気的に接続する配線パターンを有し、プローブヘッド３よりも径が大きい円盤状をなす基板４と、基板４に固着され、プローブヘッド３を保持するために皿ばねまたは板ばね等によって形成される保持部材５と、基板４の内部に埋め込まれ、基板４よりも熱膨張係数（ＣＴＥ：Coefficient of Thermal Expansion）が低い素材から成るコア層６と、を備える。

プローブカード１は、図２に示すように、検査装置の端子座２０１に収容される端子８を介して外部の装置である検査装置本体（図示せず）に電気的に接続される。端子８としては、スプリング作用のあるポゴピン等が適用され、この端子８を介して所定の電気信号の送受信を行うことにより、半導体ウェハ７の電気的な特性が測定される。なお、図２では、プローブ２の被接触体である半導体ウェハ７が、検査装置のウェハチャック１０１に載置された状態を図示している。

プローブ２は、一般に円盤状をなす半導体ウェハ７の電極パッドの配置パターンに対応して一方の先端が突出するように配設されており、各プローブ２の先端が半導体ウェハ７の複数の電極パッドの表面に対して垂直な方向から当接する。

プローブヘッド３に収容されるプローブ２の数や配置パターンは、半導体ウェハ７に形成される半導体チップの数や電極パッドの配置パターンに応じて定まる。例えば、直径８インチ（約２００ｍｍ）の半導体ウェハ７を検査対象とする場合には、数十〜数千個のプローブ２が必要となる。また、直径１２インチ（約３００ｍｍ）の半導体ウェハ７を検査対象とする場合には、数百個〜数万個のプローブ２が必要となる。

図３は、プローブ２およびプローブヘッド３要部の構成を示す拡大部分断面図である。プローブ２は、導電性コイルバネによって形成されたバネ部材２１と、導電性材料によって形成され、バネ部材２１の両端部に各々の先鋭端が互いに相反する向きを指向するように配置された一対の針状体２２および２３とを有する。プローブ２がプローブヘッド３に収容された状態で、針状体２２はバネ部材２１よりも基板４側（図３において鉛直上側）に位置する一方、針状体２３はバネ部材２１よりも半導体ウェハ７側（図３において鉛直下側）に位置する。

針状体２２は、基板４に形成される電極４３に接触する先鋭端を含む針状部２２ａと、針状部２２ａの先鋭端と反対側の基端部から突出し、針状部２２ａの径よりも小さい径を有するボス部２２ｂと、ボス部２２ｂの針状部２２ａが接する側と反対側の表面から延出する軸部２２ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。これに対して針状体２３は、半導体ウェハ７の電極パッド７１に接触する先鋭端を含む針状部２３ａと、針状部２３ａの先鋭端と反対側の基端部に設けられ、針状部２３ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２３ｂと、フランジ部２３ｂの針状部２３ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部２３ｂの径よりも小さい径を有するボス部２３ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。

バネ部材２１は、針状体２２側が粗巻き部２１ａである一方、針状体２３側が密巻き部２１ｂであり、粗巻き部２１ａの端部は針状体２２のボス部２２ｂに巻き付けられ、密巻き部２１ａの端部は針状体２３のボス部２３ｃに巻き付けられている。密巻き部２１ａとボス部２３ｃとの間および粗巻き部２１ｂとボス部２２ｂとの間は、バネの巻き付き力および／または半田付けによって接合されている。プローブ２は、バネ部材２１を備えることによって針状体２２および２３が図３で上下方向に弾発的に移動可能である。このうち針状体２３の針状部２３ａの先鋭端は、半導体ウェハ７を上昇させることによって電極パッド７１に接触する。

プローブヘッド３は、例えばセラミック材を用いて形成され、半導体ウェハ７の配列に応じてプローブ２を収容するための孔部３１が肉厚方向（図３の鉛直方向）に貫通されている。孔部３１は、図３で下方すなわち半導体ウェハ７側の端面から、少なくとも針状部２３ａの長手方向の長さよりも小さい所定の長さに渡って小径孔３１ａが形成されており、それ以外の部分は小径孔３１ａよりも径が大きい大径孔３１ｂが小径孔３１ａと同軸的に形成されている。また、図３からも明らかなように、小径孔３１ａの内径は、針状体２３の針状部２３ａの外径よりも大きくフランジ部２３ｂの外径よりも小さい。このように孔部３１が段付き孔状に形成されることによって、プローブ２を構成する針状体２３が孔部３１から下側に抜け出ることを防止している。

なお、プローブヘッド３を、図３の鉛直方向に沿って上下二つの部分に分割して構成してもよい。この場合には、ねじと位置決めピンを用いて二つの部分を締結するが、プローブの初期荷重で下側の板が膨らんでしまうのを防ぐため、下側に来る部分の厚みが上側に来る部分の厚みより厚くなるように設定する。このように分割することで、プローブ２の交換等が容易になる。

基板４は、一般的なＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板に適用されるベークライトやエポキシ樹脂等の絶縁性物質から成る。この基板４には、プローブヘッド３よりも若干径が大きい円盤状をなすコア層６が埋め込まれている。このコア層６は、基板４を構成する絶縁性物質よりも小さい熱膨張係数を有する素材から構成されており、具体的には、インバー材やコバール材（登録商標）などから構成される。また、コア層６として、温度が上昇するとともに収縮を起こすような負の熱膨張係数を有する素材を適用することも可能である。

基板４のうち、コア層６よりもプローブヘッド３に近い側すなわちプローブヘッド３に対向する表面の近傍には、プローブ２と検査装置とを電気的に接続するための配線４１がビアホール等によって立体的に形成されている。これに対して、コア層６よりもプローブヘッド３から遠い側すなわち検査装置側には、配線が設けられていない。この意味で、基板４はプローブヘッド３に近い片面側にのみ複数の配線４１から成る配線層（配線パターン）が形成されている。

配線４１の一端は、基板４の下端部に形成される電極４３を介してプローブヘッド３内のプローブ２の針状体２２に接続される一方、その配線４１の他端は、基板４の外縁部付近に基板４の厚み方向すなわち図２の鉛直方向と平行な方向に基板４を貫通して形成された複数のスルーホール４２のうちのいずれかに接続されている。なお、図２では、記載を簡略にするために、一部の配線４１のみを示している。

一般に、プローブカード１を用いて検査を行う際には、バーンインテストなどのように常温よりも高温環境下で半導体ウェハ７を検査することがあるため、半導体ウェハ７の熱膨張係数とプローブヘッド３や基板４の熱膨張係数とができる限り近い方が好ましい。例えば、シリコンを主成分とする半導体ウェハ７（シリコンウェハ）の熱膨張係数は３．４（ｐｐｍ／℃）程度であるのに対し、基板４の熱膨張係数は１２〜１５（ｐｐｍ／℃）程度であるため、精度のよい検査を行うためには、その差を緩和する必要がある。本実施の形態１においては、熱膨張率が基板４よりも顕著に低い材質（負の熱膨張率を有する材質を含む）をコア層６として基板４に埋め込んで積層することにより、熱膨張係数の差を緩和する。基板４とコア層６との厚さの関係や具体的な材質は、半導体ウェハ７の熱膨張係数とプローブカード１全体としての熱膨張係数の関係や、検査を行う環境等の条件に応じて最適化すればよい。

なお、半導体ウェハ７の熱膨張係数とプローブカード１全体の熱膨張係数とは完全に一致しなくてもよく、半導体ウェハ７の電極パッド７１とプローブ２との間の電気的接続に支障がない程度にその差が緩和されていればよい。また、すべての温度条件下で熱膨張係数の整合を図る必要はなく、検査時の温度条件下でプローブカード１と半導体ウェハ７との熱膨張の程度が検査の精度に影響を及ぼさない程度に適合していればよい。

以上の構成を有するプローブカード１において、コア層６はプローブヘッド３が固定されている円盤の中央部付近にのみ形成されており、検査装置の端子８が当接する基板４の外周部にはコア層６がない。このため、基板４の外周部には、その肉厚方向（図２の上下方向）に貫通するスルーホール４２を容易に形成することができ、図１３に示す従来のプローブカード５１のように、配線４１を端子８側まで延長することによって検査装置との接続を確立する必要がなくなる。この結果、基板４を構成するための工数も少なくて済む。したがって、半導体ウェハ７との間の熱膨張係数の違いを解消し、検査時の温度環境下で生じ得る位置ズレを防止して、より精度の高い検査を実現することが可能となる。

スルーホール４２を形成する際には、打ち抜き加工、レーザ加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工、ワイヤ放電加工、プレス加工、ワイヤカット加工、またはエッチング加工などを適用することが可能である。このスルーホール４２の配置パターンは、図１に示す場合に限られるわけではない。

ところで、基板４における配線層を片面だけに設けるという意味では、コア層６と他の基板４をなす層との表面積を同じく取り、コア層６を完全なサンドイッチ状態にすることも考えられるが、この場合には、次のような問題がある：
（１）上記の如き特性を有するコア層６を通過するようなスルーホールを形成するのは技術的に困難である。
（２）検査装置へ配線する電極が、プローブヘッド３に接する表面側に形成されるため、これらを反対側の表面すなわち検査装置側の表面まで配線するのは、端子の数が数百から数万にも及ぶため現実的ではない。

本実施の形態１においては、コア層６を、プローブヘッド３上部のように調整が最も必要とされる箇所にのみ形成し、基板４の外周部にはコア層６を埋め込んでいないため、その外周部にスルーホール４２を簡単に形成することができる。また、スルーホール４２を介してプローブ２が突出するのと反対側の表面で検査装置の端子８に接続することができるため、端子の数が多くても容易に配線を行うことができる。

なお、図２ではプローブ２と端子８とは配線４１およびスルーホール４２を介して１対１に対応しているかのごとく記載されているが、プローブ２の中には、グランドをとるためのプローブや、電力を供給するためのプローブも含まれる（図示せず）。このため、プローブ２に接続される配線４１の中には、グランド層や電源層に接続されるものもあり、全てが検査装置に接続されるとは限らない。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、検査対象である半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段（配線に繋がるスルーホールを含む）と、を備えることにより、図１３に示す従来のプローブカード５１のようにスペーストランスフォーマを用いることなくプローブカードを構成することができる。したがって、高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れるため、高速信号テストを高精度で行うことができる。また、部品点数が少なく組立が容易になるため、コストを削減することができて経済的である。

加えて、本実施の形態１においては、基板内にコア層を埋め込んで熱膨張の度合いを半導体ウェハの熱膨張の度合いに近づけることにより、検査時の基板に位置ズレや反りが生じるのを防止している。この結果、全てのプローブの半導体ウェハへの均一なコンタクトを実現することができ、プローブ間の磨耗の度合いに差が生じるのを防ぐことができ、各プローブの耐久性を向上させることが可能となる。

（実施の形態１の変形例）
図４は、本実施の形態１の一変形例に係るプローブカードの構成を示す平面図である。同図に示すプローブカード１１は、基板４と同様の構成を有する基板４−２に対して補強部材９を装着している。この補強部材９は、基板４−２の外周に嵌合される円形の外周部９１と、外周部９１の内側面から外周部９１のなす円の中心方向に延出するスポーク９２と、外周部９１のなす円と同じ中心を有する円盤状をなし、スポーク９２を介して外周部９１と接続されている中心部９３とを備える。

この補強部材９を装着する際には、基板４−２の検査装置接続側（図１の裏面側）から補強部材９を装着し、スポーク９２や中心部９３をねじを介して基板４−２に固着する（図４では、簡単のためにねじを１箇所だけ記載）。この場合、スポーク９２や中心部９３が装着される部分に基板４−２のスルーホール４２が重ならないようになっていればより好ましい。以上の構成を有する補強部材９としては、アルマイト仕上げを行ったアルミニウム、ステンレス、インバー材、コバール材（登録商標）、ジュラルミンなど剛性の高い素材が適用される。

以上説明した本実施の形態１の一変形例によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、補強部材によって基板の剛性を高めることにより、プローブが半導体ウェハにコンタクトするときのプローブカードの変形をより確実に防止することが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るプローブカードの構成を示す平面図である。また、図６は、図５のＢ−Ｂ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。これらの図に示すプローブカード１２は、検査対象に対応して配設される複数のプローブ２と、複数のプローブ２を収容する円盤状のプローブヘッド３と、プローブヘッド３よりも径が大きい円盤状をなす基板１３と、基板１３に固着され、プローブヘッド３を保持するために皿ばねまたは板ばね等によって形成される保持部材５と、基板１３の内部に基板１３と同じ表面積を有するように積層されて埋め込まれ、基板１３よりも熱膨張係数が低い素材から成るコア層１４と、検査装置との接続を行うために基板１３の中心に対して放射状に配設される複数のオスコネクタ１５と、を備える。

オスコネクタ１５は、検査装置のコネクタ座３０１で対向する位置に設けられるメスコネクタ１６と対をなし、プローブ２と検査装置との電気的な接続を確立する。本実施の形態２においては、対をなすオスコネクタ１５とメスコネクタ１６とから構成されるコネクタとしてゼロインサーションフォース（ＺＩＦ：Zero Insertion Force）型コネクタを適用する。このＺＩＦ型コネクタは、対をなして互いに結合するコネクタ同士を挿抜する際に外力をほとんど必要としないタイプのコネクタであり、コネクタ同士を結合した後に外力によって圧接力を加えることにより、互いの接続端子の接触を図るものである。このようなＺＩＦ型コネクタとしては、一般的なＺＩＦ型コネクタを適用することができる（例えば、実開平７−４２０４３号公報、特開２０００−２０８５７０号公報などを参照）。

図７は、本実施の形態２において使用されるＺＩＦ型のオスコネクタ１５の概略構成を示す図である。同図に示すように、オスコネクタ１５は、基板１３（およびコア層１４）に形成された切り欠き１２１に取り付けられるものであり、側面に複数のリード線１５１が露出して検査装置側のメスコネクタ１６と結合する結合部１５ａと、結合部１５ａの基端部に形成され、基板１３に取り付けたときに基板１３の一方の面（図７の上面）に位置し、切り欠き１２１からの抜け止め機能を果たす第１フランジ部１５ｂと、切り欠き１２１の内部に挿入される胴体部１５ｃと、胴体部１５ｃ側の表面に複数のリード線１５１が露出するとともに、基板１３に取り付けたときに基板１３の他方の面（図７の底面）に位置して切り欠き１２１からの抜け止め機能を果たす第２フランジ部１５ｄと、を備える。第１フランジ部１５ｂおよび第２フランジ部１５ｄの対向する表面同士はほぼ同じ面積を有しており、各表面の所定の位置にねじ挿通用の孔部１５２および１５３がそれぞれ形成されている。

オスコネクタ１５を基板１３に取り付ける際には、図７に示すように基板１３の外周側から基板１３の中心方向にオスコネクタ１５をスライドして挿着した後、基板１３に設けられた孔部１２２と前述した孔部１５２および１５３とをアライメントピン等を用いて位置合わせし、対応する孔部１２２、１５２、および１５３をねじ６１で螺合することにより、オスコネクタ１５を基板１３に対して固着する（図７では、簡単のため一つのねじ６１のみ記載）。これにより、リード線１５１が電極１３２に強く押し付けられるので、配線１３１とリード線１５１とを確実に接続させることができる。なお、オスコネクタ１５を交換可能とするため、リード線１５１の電極１３２に対する半田付けは行わないでおく。

図８は、オスコネクタ１５を含むプローブカード１２の概略構成を示すとともに検査装置のコネクタ座３０１に設けられたメスコネクタ１６の概略構成を示す図であり、図６のＣ−Ｃ線断面図である。この図８に示すように、オスコネクタ１５は、第２フランジ部１５ｄの上面に露出しているリード線１５１が、基板１３の電極１３２を介して基板１３内の配線１３１のいずれかと接続している。リード線１５１は、胴体部１５ｃの内部から第１フランジ部１５ｂを経由して結合部１５ａの外側面に到達し、外部に露出している。他方、メスコネクタ１６の凹型形状をなす内側面にも複数のリード線１６１が露出しており、オスコネクタ１５とメスコネクタ１６とを結合したときに、リード線１５１とリード線１６１とが接触することによってプローブカード１２と検査装置との電気的な接続が確立する。

オスコネクタ１５が有する第１フランジ部１５ｂは、上述したように基板１３からの抜け止め機能を果たすだけでなく、メスコネクタ１６を接触させた後、所定の機構によって両コネクタを固着結合させる際に、自身にに加わる外力に抗してメスコネクタ１６との確実な結合を実現させる機能を果たしている。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、検査対象である半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段（ＺＩＦ型コネクタのオスコネクタを含む）と、を備えることにより、上記実施の形態１と同様に、高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れ、コストがかからず経済的なプローブカードを提供することが可能となる。

また、本実施の形態２によれば、接続手段としてＺＩＦ型コネクタを適用することにより、プローブの数が多くスプリング作用のある端子では反力が膨大になってプローブカードやテスターにかかるストレスが大きくなってしまうような場合であっても、ストレスを発生させることなく確実な電気的接続を得ることができる。したがって、プローブの数が多く配線が複雑なプローブカードの場合にも、導通不良やプローブの劣化が生じにくくなり、プローブカードの耐久性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態２においては、コア層の表面積を基板の表面積と同じ程度だけ取ることができるので、基板の形成が簡単であるとともに、半導体ウェハとの熱膨張係数の適合を図ることが一段と容易になる。

なお、本実施の形態２においても、上記実施の形態１で説明したのと同様の構成を有する補強部材を基板に装着することができる。特に本実施の形態２の場合には、基板の外周部に切り欠きが設けられているため、基板の素材によっては強度的な問題が生じる可能性もある。この意味で、補強部材を装着すれば、懸念される強度上の問題の発生を防止し、基板に対して適切な強度を付与することが可能となる。

また、オスコネクタの形状や基板に対する配置位置は必ずしも上述したものに限られるわけではなく、その形状や配置位置に応じて、検査装置側に設けられるメスコネクタの形状や配置位置も変更される。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係るプローブカードの構成を示す平面図である。また、図１０は、図９のＤ−Ｄ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。これらの図に示す同図に示すプローブカード１７は、検査対象に対応して配設される複数のプローブ２と、複数のプローブ２を収容する円盤状のプローブヘッド３と、プローブヘッド３よりも径が大きい円盤状をなす基板１８と、基板１８に固着され、プローブヘッド３を保持するために皿ばねまたは板ばね等によって形成される保持部材５と、基板１８の内部に基板１８と同じ表面積を有するように積層されて埋め込まれ、基板１８よりも熱膨張係数が低い素材から成るコア層２０と、検査装置との接続を行うために基板１８の中心に対して放射状に配設される複数のＺＩＦ型のオスコネクタ１９と、を備える。

図１１は、オスコネクタ１９の概略構成を示す図である。同図に示すオスコネクタ１９は、二つのコネクタが組み合わさって成る。より具体的には、オスコネクタ１９は、対をなすメスコネクタ１６と結合可能な第１コネクタ１９１と、基板１８（およびコア層２０）に形成された開口部１７１に装着され、基板１８の配線１８１と電気的に接続するとともに第１コネクタ１９１と結合する第２コネクタ１９２と、が組み合わさって成る。

第１コネクタ１９１は、メスコネクタ１６に装着されて結合する凸状の第１結合部１９１ａと、基板１８に取り付けたときに基板１８の一方の表面（図１１で上面）に位置する第３フランジ部１９１ｂと、第２コネクタ１９２に結合される凸状の第２結合部１９１ｃとを備える。第１結合部１９１ａおよび第２結合部１９１ｃの各側面には複数のリード線１９３が露出している。一方、第２コネクタ１９２は、基板１８に取り付けたときに基板１８の他方の表面（図１１で下面）に位置する第４フランジ部１９２ａと、第１コネクタ１９１の第２結合部１９１ｃを嵌入して結合する凹状の嵌入部１９２ｂとを備える。第４フランジ部１９２ａの上面および嵌入部１９２ｂの内側面には複数のリード線１９４が露出している。

図１２は、オスコネクタ１９を含むプローブカード１７の概略構成を示すとともに検査装置のコネクタ座３０１に設けられたＺＩＦ型のメスコネクタ１６の概略構成を示す図であり、図１０のＥ−Ｅ線断面図である。この図１２に示すように、第２コネクタ１９２は、第４フランジ部１９２ａの上面に露出しているリード線１９４が、基板１８の電極１８２を介して基板１８内の配線１８１のうちのいずれかと接続している。リード線１９４は、第２コネクタ１９２の嵌入部１９２ｂの内側面で第１コネクタ１９１の第２結合部１９１ｃの表面に露出するリード線１９３と接触する。このリード線１９３は、第２結合部１９１ｃから第３フランジ部１９１ｂを経由して第１結合部１５ａの外側面に到達して外部に露出する。そして、上記実施の形態２と同様、オスコネクタ１９をメスコネクタ１６に挿着したときに、メスコネクタ１６の凹型形状をなす内側面に露出するリード線１６１に接触することによってプローブカード１７と検査装置との電気的な接続を確立する。

なお、第２結合部１９１ｃの表面と嵌入部１９２ｂの内側面とに金メッキを施しておいてもよい。これにより、第１コネクタ１９１と第２コネクタ１９２とを結合したときのオスコネクタ１９全体の電気的な特性をさらに良好なものとすることができる。

オスコネクタ１９を基板１８に取り付ける際には、図１１にも示すように、開口部１７１に第２コネクタ１９２の嵌入部１９２ｂを装着した後、この嵌入部１９２ｂに第１コネクタ１９１の第２結合部１９１ｃを嵌合し、最後にねじ８１によって第１コネクタ１９１に設けられた孔部１９５、基板１８に設けられた孔部１７２、および第２コネクタ１９２に設けられた孔部１９６を一括して螺合する（図１１では、簡単のため一つのねじ８１のみ記載）。この取り付けを行うことにより、リード線１９４は電極１８２に強く押し付けられるので、配線１８１とリード線１９４とを確実に接続させることができる。なお、ここでもオスコネクタ１９を交換可能とするため、リード線１９４の電極１８２に対する半田付けは行わないでおく。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、検査対象である半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段（ＺＩＦ型コネクタのオスコネクタを含む）と、を備えることにより、上記実施の形態２と同様に、高い周波数を有する電気信号の伝送特性に優れ、コストがかからず経済的なプローブカードを提供することが可能となる。

また、本実施の形態３によれば、オスコネクタを２つのコネクタに分割して構成することにより、上記実施の形態２のような切り欠きを基板に形成する代わりに基板に開口部を設ければよいので、基板の剛性を高くとるという意味ではより好ましい効果を得ることができる。また、基板のグランド層や電源層が基板の外周部で切れることなく繋げておけるので、リターン電流の経路が確保され、高い周波数を有する電気信号の伝送特性を一段と良好にすることができる。

なお、本実施の形態３においても、基板の剛性を高めるために、上記実施の形態１で説明したのと同様の構成を有する補強部材を基板に装着してもよい。

また、上記実施の形態２と同様、オスコネクタの形状や基板に対する配置位置が必ずしも上述したものに限られるわけでなく、その形状や配置位置に応じて、検査装置側に設けられるメスコネクタの形状や配置位置も変更される。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態１〜３を詳述してきたが、本発明はそれら三つの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明に係るプローブカードは円盤状以外の形状をなす基板やプローブヘッドを備えてもよく、それらの形状は検査対象の形状または電極パッドの配置パターンによって変更可能である。

また、本発明に係るプローブカードに適用されるプローブも、図３を参照して説明したプローブ２に限られるわけではない。すなわち、本発明に係るプローブカードは、従来知られているさまざまな種類のプローブのいずれかを用いて構成することが可能である。

さらに、上記実施の形態２および３においては、基板にＺＩＦ型のオスコネクタを装着する場合を説明したが、基板にＺＩＦ型のメスコネクタを装着するようにしてもよい。この場合には、コネクタ座にオスコネクタが装着されることはいうまでもない。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明の実施の形態１に係るプローブカードの構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードが備えるプローブおよびプローブヘッド要部の構成を示す拡大部分断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るプローブカードの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードの構成を示す平面図である。 図５のＢ−Ｂ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードが備えるオスコネクタの構成を示す図である。 図７に示すオスコネクタを含むプローブカードの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るプローブカードの構成を示す平面図である。 図９のＤ−Ｄ線を通る断面構造の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係るプローブカードが備えるオスコネクタの構成を示す図である。 図１１に示すオスコネクタを含むプローブカードの概略構成を示す図である。 従来のプローブカードの構成を示す図である。

符号の説明

１、１１、１２、１７、５１ プローブカード
２、５２ プローブ
３、５３ プローブヘッド
４、４−２、１３、１８、５７ 基板
５ 保持部材
６、１４、２０ コア層
７ 半導体ウェハ
８ 端子
９ 補強部材
１５、１９ オスコネクタ
１５ａ 結合部
１５ｂ 第１フランジ部
１５ｃ 胴体部
１５ｄ 第２フランジ部
１６ メスコネクタ
２１ バネ部材
２１ａ 粗巻き部
２１ｂ 密巻き部
２２、２３ 針状体
２２ｂ、２３ｃ ボス部
２２ｃ 軸部
２２ａ、２３ａ 針状部
２３ｂ フランジ部
３１ 孔部
３１ａ 小径孔
３１ｂ 大径孔
４１、５６、１３１、１８１ 配線
４２ スルーホール
４３、１３２、１８２ 電極
５４ スペーストランスフォーマ
５５ インターポーザ
６１、８１ ねじ
７１ 電極パッド
７２ 外部接続用端子
９１ 外周部
９２ スポーク
９３ 中心部
１０１ ウェハチャック
１２１ 切り欠き
１２２、１５２、１５３、１７２、１９５、１９６ 孔部
１３２、１８２ 電極
１５１、１６１、１９３、１９４ リード線
１７１ 開口部
１９１ 第１コネクタ
１９１ａ 第１結合部
１９１ｂ 第３フランジ部
１９１ｃ 第２結合部
１９２ 第２コネクタ
１９２ａ 第４フランジ部
１９２ｂ 嵌入部
２０１ 端子座
３０１ コネクタ座

Claims (7)

1. 検査対象である半導体ウェハの複数の領域に対する電気信号の入力または出力を行うプローブカードであって、
   前記半導体ウェハに設けられる複数の電極に接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、
   前記複数のプローブを収容するプローブヘッドと、
   前記プローブヘッドに接触可能であって前記プローブヘッドに対向する表面の近傍に前記複数のプローブと接続する配線を有する基板と、
   前記基板に埋め込まれ、前記基板よりも熱膨張係数が小さい素材から成るコア層と、
   前記配線を介して前記複数のプローブの少なくとも一部と外部の装置とを電気的に接続する接続手段と、
   を備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 前記接続手段は、
   前記基板の肉厚方向であって前記コア層が埋め込まれていない部分の肉厚方向に貫通されて成るスルーホールを含むことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記接続手段は、
   対をなして互いに結合されるゼロインサーションフォース型のオスコネクタおよびメスコネクタのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
4. 前記基板は、前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方を挿着する切り欠きが設けられて成ることを特徴とする請求項３記載のプローブカード。
5. 前記基板は、前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方を装着する開口部が設けられて成ることを特徴とする請求項３記載のプローブカード。
6. 前記オスコネクタおよび前記メスコネクタのいずれか一方は、
   対をなすコネクタと結合可能な第１コネクタと、
   前記開口部に装着され、前記配線と電気的に接続するとともに前記第１コネクタに結合される第２コネクタと、
   を有することを特徴とする請求項５記載のプローブカード。
7. 前記基板の外周に装着される補強部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のプローブカード。

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