JP2007212163A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行う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】 複数の接続部材６を、その変形しやすい方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部に対する放射方向Ａに延びるように配置して、コンタクト基板４及びメイン基板５の各電極４１，５１に接合する。これにより、複数の接続部材６を、その変形しやすい方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、コンタクト基板４及びメイン基板５が熱膨張した場合に、各電極４１，５１と接続部材６との接合が外れたり、接続部材６が破損したりするのを防止できるので、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続をより確実に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブカードに係り、更に詳しくは、コンタクト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保持するメイン基板との電気的な接続構造の改良に関する。

半導体装置との電気的な接続を行うための装置の一例として、半導体集積回路などの検査対象物にコンタクトプローブ（接触探針）を接触させることにより電気的な接続を行うプローブカードが知られている。プローブカードは、一般的に、半導体集積回路の電極数及びピッチに対応して多数のコンタクトプローブを基板上に整列配置することにより構成されている。

プローブカードの中には、コンタクトプローブが形成された第１基板としてのコンタクト基板と、このコンタクト基板に対向するように配置され、コンタクト基板を保持する第２基板としてのメイン基板とを備えたものがある（例えば、特許文献１）。コンタクト基板上のコンタクトプローブとメイン基板上の配線との電気的な接続は、コンタクト基板とメイン基板との間に設けられたインターポーザと呼ばれる電気的接続手段により行うことができる。このインターポーザは、例えば、コンタクト基板及びメイン基板にそれぞれ形成された電極に対して両端部が接触する複数の接続子と、これらの接続子を一体的に保持する支持板とからなるユニットとして構成されている。

コンタクトプローブは、その先端において検査対象物に接触する。より具体的には、コンタクト基板に対して平行に配置された検査対象物に対して、コンタクトプローブを鉛直方向に接近させ、その先端を接触させる。その後、コンタクトプローブを更に押し付けることにより、いわゆるオーバードライブを行い、すべてのコンタクトプローブを検査対象物に確実に接触させることができる。
特開２００４−１１９９４５号公報

通常、インターポーザの接続子は、いわゆるワイヤーボンディングなどの形成方法を用いて弾性変形可能な細長い形状に形成され、その先端がコンタクト基板及びメイン基板の各電極に当接している。そのため、このようなプローブカードを高温環境下で使用したときには、コンタクト基板やメイン基板が熱膨張することにより接続子の先端位置がずれて、コンタクト基板及びメイン基板の各電極間の電気的な接続を良好に行うことができない場合があった。

接触子をコンタクト基板及びメイン基板の各電極に接合すれば、各電極に対して接続子の先端位置がずれるのを防止することはできるが、この場合、コンタクト基板やメイン基板の熱膨張により、コンタクト基板及びメイン基板の各電極の相対位置がずれて、各電極と接触子との接合が外れたり、接続子が破損したりするおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行う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、コンタクトプローブに導通する複数の第１電極を有する第１基板と、上記第１基板に対して平行に配置され、上記第１電極に対向する複数の第２電極を有する第２基板と、上記第１基板及び上記第２基板の間に配置され、互いに対向する上記第１電極及び上記第２電極に接合されて、それらの電極を電気的に接続する複数の接続部材とを備え、上記複数の接続部材は、上記第１基板及び上記第２基板の周方向に比べて、上記第１基板及び上記第２基板の各中心部に対する放射方向に変形しやすく形成されている。

このような構成により、複数の接続部材を、その変形しやすい方向が第１基板及び第２基板の各中心部に対する放射方向に延びるように配置して、第１電極及び第２電極に接合することができる。複数の接続部材がそれぞれ第１電極及び第２電極に接合されるので、第１電極と第２電極との接続をより強固に行うことができる。

このプローブカードが高温環境下で使用された場合、第１基板及び第２基板は、各中心部に対して放射状に熱膨張することとなる。上記のような構成によれば、複数の接続部材を、その変形しやすい方向が第１基板及び第２基板の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、第１基板及び第２基板が熱膨張した場合に、各電極と接続部材との接合が外れたり、接続部材が破損したりするのを防止できるので、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行うことができる。

第２の本発明によるプローブカードにおいて、上記複数の接続部材は、板状の金属材料が上記第１基板及び上記第２基板に垂直な面内で湾曲又は屈曲された形状である。このような構成により、板状の金属材料が湾曲又は屈曲された形状からなる接続部材の変形しやすい方向を、第１基板及び第２基板の熱膨張の方向と一致させることができる。

第３の本発明によるプローブカードにおいて、上記複数の接続部材は、上記第１基板及び上記第２基板の各中心部内の１点に対して点対称に配置されている。このような構成により、各中心部に対して放射状に熱膨張する第１基板及び第２基板を、各中心部内の１点に対して点対称に配置された複数の接続部材により接続することができる。これにより、第１基板及び第２基板の熱膨張時に、各接続部材に作用する力を均一化することができ、第１基板及び第２基板の相対的な位置ずれを抑制することができる。したがって、各電極と接続部材との接合が外れたり、接続部材が破損したりするのをより効果的に防止でき、第１基板と第２基板との電気的な接続をさらに確実に行うことができる。

本発明によれば、複数の接続部材を、その変形しやすい方向が第１基板及び第２基板の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、第１基板及び第２基板が熱膨張した場合に、各電極と接続部材との接合が外れたり、接続部材が破損したりするのを防止できるので、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態によるプローブカード１の一例を示した断面図であり、シリコンウエハ２とのコンタクト前の状態を示している。このプローブカード１は、第１基板としてのコンタクト基板４と、第２基板としてのメイン基板５とを備えている。

コンタクト基板４は、平板状に形成された薄いシリコン製の基板からなり、その下面には、検査対象物としてのシリコンウエハ２の電極２１に接触させるための多数のコンタクトプローブ３が、複数列に整列配置されている。コンタクト基板４の上面には、多数の電極４１が形成されている。これらの電極４１は、コンタクト基板４に形成されている多数の配線を介して、それぞれ対応するコンタクトプローブ３に導通している。

メイン基板５は、平板状に形成されたガラスエポキシ製の基板からなり、コンタクト基板４よりも表面積及び厚みが大きく形成されている。コンタクト基板４は、メイン基板５の中央部の下方に平行に配置されており、メイン基板５の下面におけるコンタクト基板４に対向する領域には、コンタクト基板４の上面に形成されている電極４１に対向する多数の電極５１が形成されている。

コンタクト基板４及びメイン基板５の互いに対向する電極４１，５１は、接続部材６により電気的に接続されている。メイン基板５には、各電極５１に導通する多数の配線が形成されており、これらの配線がテスター装置（図示せず）と電気的に接続されている。このように、コンタクト基板４に形成されている多数のコンタクトプローブ３は、電極４１，５１及び接続部材６を介して、それぞれテスター装置に接続されている。

検査時には、シリコンウエハ２が可動テーブル７上に載置されて、シリコンウエハ２の電極２１がプローブカード１に対向した状態となる。この状態から、可動テーブル７を水平面内で移動又は回転させ、各コンタクトプローブ３と各電極２１との位置合わせを行った後、可動テーブル７を上昇させて各コンタクトプローブ３を対応する電極２１に接触させ、テスター装置による集積回路の電気特性の検査が行われる。

このように、プローブカード１は、シリコンウエハ２に対して鉛直方向に向かって接近し、各コンタクトプローブ３の先端部がシリコンウエハ２の電極２１に接触する。このとき、シリコンウエハ２の電極２１の取付誤差等に起因して、一部のコンタクトプローブ３の先端部だけが電極２１に接触した状態となる。その後、コンタクトプローブ３を更に電極２１に押し付けることにより、いわゆるオーバードライブを行い、すべてのコンタクトプローブ３をシリコンウエハ２の電極２１に確実に接触させることができる。

コンタクト基板４は、メイン基板５により上下動可能に保持されている。コンタクト基板４の周縁部には、それぞれコンタクト基板４を貫通して上方へ延びる棒材からなる複数の保持部材８が固定されている。各保持部材８の上端部は、メイン基板５に形成された貫通孔５２を介してメイン基板５を貫通している。

各保持部材８は、上下方向に真っ直ぐ延びる軸部８１と、この軸部８１の上端部に形成された頭部８２とが形成されている。頭部８２は、軸部８１よりも大きい外径を有している。各保持部材８の軸部８１を貫通孔５２に貫通させた状態で、頭部８２をメイン基板５の上面における貫通孔５２の周縁部に係合させることにより、コンタクト基板４が複数の保持部材８を介してメイン基板５に保持されている。

各接続部材６は、その厚みよりも幅の方が大きい板状の金属材料が、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で厚み方向に湾曲されることにより、開口部６１を有する略Ｃ字形状に形成されている。例えば、各接続部材６の厚みは１０μｍ程度、幅は１００μｍ程度であり、直径が３００μｍ程度になるように略Ｃ字形状に湾曲されている。

各接続部材６は、開口部６１がコンタクト基板４及びメイン基板５に対向しないように配置され、外周面の下部がコンタクト基板４の電極４１に面接触して接合されるとともに、外周面の上部がメイン基板５の電極５１に面接触して接合されている。すなわち、各接続部材６は、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ当接する１対の当接部６２と、これらの１対の当接部６２を連結する連結部６３とを備えている。本実施の形態のような略Ｃ字形状の接続部材６においては、連結部６３が、コンタクト基板４及びメイン基板に５に垂直な面内で湾曲された湾曲部６４として形成されている。

このような構成により、各接続部材６は、コンタクト基板４及びメイン基板５の各電極４１，５１から受ける上下方向の力に対して、連結部６３が弾性変形するようになっている。言い換えれば、各接続部材６は、コンタクト基板４及びメイン基板５を弾性的に連結している。したがって、オーバードライブ時などのようにコンタクト基板４に上下方向の外力が作用した場合には、各保持部材８の軸部８１がメイン基板５の貫通孔５２内を摺動するようにして、コンタクト基板４がメイン基板５に対して上下動することとなる。

図２は、プローブカード１の構成例を示した平面図であり、（ａ）は、コンタクト基板４が円形状に形成された構成例、（ｂ）は、コンタクト基板４が矩形状に形成された構成例を示している。図２に示すように、この例では、メイン基板５は円形状に形成されている。

図２（ａ）の例では、円形状に形成されたコンタクト基板４が、メイン基板５の中心部５３に対向するように配置されている。すなわち、コンタクト基板４は、その中心部４３がメイン基板５の中心部５３に対向するように配置されている。ここで、コンタクト基板４の中心部４３は、円形状のコンタクト基板４における中心点４４近傍の領域であり、この中心部４３にコンタクトプローブ３が形成されている。また、メイン基板５の中心部５３は、円形状のメイン基板５における中心点５４近傍の領域である。

各接続部材６は、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対して外側に形成された円環状の接続部材配置領域６５内に配置されている。より具体的には、コンタクト基板４及びメイン基板５の中心点４４，５４に対する複数の放射線上に、それぞれ２以上の接続部材６が整列するように配置されている。この例では、中心点４４，５４を中心に一定角度ごとに延びる８本の放射線上に、それぞれ３つの接続部材６が整列するように配置されている。

各列の接続部材６は、それぞれの幅方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の周方向に沿うように、開口部６１をコンタクト基板４及びメイン基板５の放射方向に沿って中心部４３，５３側に向けた姿勢で配置されている（図１参照）。このような構成により、複数の接続部材６が、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心点４４，５４に対して点対称に配置されている。

各保持部材８は、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対して接続部材配置領域６５の外側に配置されている。メイン基板５の各貫通孔５２は、周方向よりも径方向の長さの方が長い長孔として形成されている。したがって、各貫通孔５２に貫通された保持部材８は、メイン基板５の径方向である放射方向に沿ってスライド可能となっている。

図２（ｂ）の例では、矩形状に形成されたコンタクト基板４が、メイン基板５の中心部５３に対向するように配置されている。この例のコンタクト基板４は、その対角線の交点としての中心点４４近傍の領域を中心部４３として、その中心部４３がメイン基板５の中心部５３に対向するように配置されている。このような円形状でないコンタクト基板４においては、その中心点４４に対して放射状に延びる方向を放射方向とし、この放射方向に直交する方向を周方向とする。

各接続部材６は、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対して外側に形成された円環状の接続部材配置領域６５内に配置されている。この例において、接続部材配置領域６５内における各接続部材６の配置態様は、図２（ａ）の例と同様であるので、その説明を省略することとする。また、各保持部材８も、図２（ａ）の例と同様に、メイン基板５における接続部材配置領域６５の外側に放射方向に延びるように形成された長孔５２に対して、放射方向にスライド可能に取り付けられている。

本実施の形態において、各接続部材６は、その幅方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の周方向に沿っているので、周方向へ変形しにくくなっている。すなわち、各接続部材６は、コンタクト基板４及びメイン基板５の周方向に比べて、図１に矢印Ａで示すように、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対する放射方向に変形しやすく形成されている。

特に、各接続部材６は、環状ではなく開口部６１を有しているので、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対する放射方向により変形しやすい。ただし、各接続部材６の開口部６１が、すべてコンタクト基板４及びメイン基板５の中心部４３，５３側を向くような構成に限らず、その一部又はすべてがコンタクト基板４及びメイン基板５の中心部４３，５３と反対側を向くように配置されていてもよい。

このように、本実施の形態では、複数の接続部材６を、その変形しやすい方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の各中心部４３，５３に対する放射方向に延びるように配置して、コンタクト基板４及びメイン基板５の各電極４１，５１に接合することができる。複数の接続部材６がそれぞれコンタクト基板４及びメイン基板５の各電極４１，５１に接合されるので、各電極４１，５１の接続をより強固に行うことができる。また、各接続部材６がコンタクト基板４及びメイン基板５の周方向に変形しにくいので、コンタクトプローブ３とシリコンウエハ２の電極２１との接触時の安定性を確保することができる。

このプローブカード１が高温環境下で使用された場合、コンタクト基板４及びメイン基板５は、各中心部４３，５３に対して放射状に熱膨張することとなる。ここで、コンタクト基板４及びメイン基板５は、それぞれ材質が異なるので、各中心部４３，５３に対する放射方向への熱膨張率が異なる。

本実施形態のような構成によれば、複数の接続部材６を、その変形しやすい方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、コンタクト基板４及びメイン基板５が熱膨張した場合に、各電極４１，５１と接続部材６との接合が外れたり、接続部材６が破損したりするのを防止できるので、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続をより確実に行うことができる。

また、本実施の形態では、各中心部４３，５３に対して放射状に熱膨張するコンタクト基板４及びメイン基板５が、各中心部４３，５３内の１点である中心点４４，５４に対して点対称に配置された複数の接続部材６により接続されている。これにより、コンタクト基板４及びメイン基板５の熱膨張時に、各接続部材６に作用する力を均一化することができ、コンタクト基板４及びメイン基板５の相対的な位置ずれを抑制することができる。したがって、各電極４１，５１と接続部材６との接合が外れたり、接続部材６が破損したりするのをより効果的に防止でき、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続をさらに確実に行うことができる。

このように、多数の接続部材６をコンタクト基板４及びメイン基板５の間に一定の方向を向けた姿勢で取り付ける方法としては、多数の接続部材６を一体的に保持する保持手段として、多数の開口部が形成された保持板を用いる方法が考えられる。このような方法によれば、保持板に形成された多数の開口部に、一定の方向を向けた姿勢でそれぞれ接続部材６を係合させて保持し、それらの接続部材６を一体的に移動させてコンタクト基板４及びメイン基板５の間に配置して、各電極４１，５１に接合することができる。この場合、各接続部材６を電極４１，５１に接合した後、保持板はコンタクト基板４及びメイン基板５の間にそのまま配置された状態とされてもよい。

図３は、プローブカード１の一部断面図であり、図１の接続部材６の変形例として６種類の接続部材６ａ〜６ｆを示している。図３（ａ）〜（ｅ）に示す接続部材６ａ〜６ｅは、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ当接する１対の当接部６２ａ〜６２ｅと、これらの１対の当接部６２ａ〜６２ｅを連結する連結部６３ａ〜６３ｅとを備えており、連結部６３ａ〜６３ｅには、少なくとも１つの湾曲部又は屈曲部が形成されている。

図３（ａ）に示す接続部材６ａは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲されることにより、１つの開口部６１ａを有する略Ｕ字形状に形成されている。この接続部材６ａは、コンタクト基板４及びメイン基板５に対して平行に延び、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ面接触して接合される１対の当接部６２ａと、これらの１対の当接部６２ａを連結する連結部６３ａとを備えている。連結部６３ａは、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲された湾曲部６４ａとして形成されている。

図３（ｂ）に示す接続部材６ｂは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲されることにより、２つの開口部６１ｂを有する略Ｓ字形状に形成されている。この接続部材６ｂは、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ面接触して接合される１対の当接部６２ｂと、これらの１対の当接部６２ｂを連結する連結部６３ｂとを備えている。連結部６３ｂには、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲された２つの湾曲部６４ｂが形成されている。

図３（ｃ）に示す接続部材６ｃは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で屈曲されることにより、２つの開口部６１ｃを有する略Ｚ字形状に形成されている。この接続部材６ｃは、コンタクト基板４及びメイン基板５に対して平行に延び、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ面接触して接合される１対の当接部６２ｃと、これらの１対の当接部６２ｃを連結する連結部６３ｃとを備えている。連結部６３ｃには、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で屈曲された２つの屈曲部６４ｃが形成されている。

図３（ｄ）に示す接続部材６ｄは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲されることにより、３つの開口部６１ｄを有する形状に形成されている。この接続部材６ｄは、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ面接触して接合される１対の当接部６２ｄと、これらの１対の当接部６２ｄを連結する連結部６３ｄとを備えている。連結部６３ｄには、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲された３つの湾曲部６４ｄが形成されている。

図３（ｅ）に示す接続部材６ｅは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で屈曲されることにより、３つの開口部６１ｅを有する略Σ字形状に形成されている。この接続部材６ｅは、コンタクト基板４及びメイン基板５に対して平行に延び、コンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ面接触して接合される１対の当接部６２ｅと、これらの１対の当接部６２ｅを連結する連結部６３ｅとを備えている。連結部６３ｅには、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で屈曲された３つの屈曲部６４ｅが形成されている。

図３（ｆ）に示す接続部材６ｆは、１つの湾曲部６４ｆを有しているが、図３（ａ）〜（ｅ）に示した接続部材６ａ〜６ｅとは異なり、コンタクト基板４及びメイン基板５の各電極４１，５１との接合部が、面接触ではなく線接触となっている。すなわち、この接続部材６ｆは、板状の金属材料がコンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な面内で湾曲されることにより、中央部に１つの開口部６１ｆを有する形状に形成され、両端部がコンタクト基板４の電極４１及びメイン基板５の電極５１にそれぞれ線接触して接合されている。ただし、１つの湾曲部６４ｆを有するような形状に限らず、１つの屈曲部を有するような形状であってもよいし、２つ以上の湾曲部又は屈曲部が形成されていてもよい。

図３（ａ）〜（ｆ）に示すような接続部材６ａ〜６ｆは、その幅方向がコンタクト基板４及びメイン基板５の周方向に沿うように、開口部６１ａ〜６１ｆをコンタクト基板４及びメイン基板５の放射方向に向けた姿勢で、コンタクト基板４とメイン基板５の間に配置される。

上記実施の形態では、コンタクト基板４が円形状や矩形状に形成された構成について説明したが、このような構成に限らず、コンタクト基板４が多角形などの他の形状に形成されていてもよい。また、メイン基板５も、円形状に限らず、矩形状やその他の形状であってもよい。この場合、コンタクト基板４及びメイン基板５の各中心点を、コンタクト基板４及びメイン基板５の各重心とし、それらの重心近傍の領域を中心部としてもよい。

また、上記実施の形態では、検査対象物の一例としてのシリコンウエハ２にプローブカード１を接触させる場合について説明したが、このプローブカード１は、シリコンウエハ２などの半導体集積回路に限らず、他の半導体装置の電極に接触させて使用することも可能である。

本発明の実施の形態によるプローブカードの一例を示した断面図であり、シリコンウエハとのコンタクト前の状態を示している。 プローブカードの構成例を示した平面図であり、（ａ）は、コンタクト基板が円形状に形成された構成例、（ｂ）は、コンタクト基板が矩形状に形成された構成例を示している。 プローブカードの一部断面図であり、図１の接続部材の変形例として６種類の接続部材を示している。

符号の説明

１ プローブカード
２ シリコンウエハ
３ コンタクトプローブ
４ コンタクト基板
５ メイン基板
６，６ａ〜６ｆ 接続部材
４１ 電極
４３ 中心部
４４ 中心点
５１ 電極
５３ 中心部
５４ 中心点
６１，６１ａ〜６１ｆ 開口部
６２，６２ａ〜６２ｅ 当接部
６３，６３ａ〜６３ｅ 連結部
６４，６４ａ，６４ｂ，６４ｄ，６４ｆ 湾曲部
６４ｃ，６４ｅ 屈曲部

Claims (3)

1. コンタクトプローブに導通する複数の第１電極を有する第１基板と、
   上記第１基板に対して平行に配置され、上記第１電極に対向する複数の第２電極を有する第２基板と、
   上記第１基板及び上記第２基板の間に配置され、互いに対向する上記第１電極及び上記第２電極に接合されて、それらの電極を電気的に接続する複数の接続部材とを備え、
   上記複数の接続部材は、上記第１基板及び上記第２基板の周方向に比べて、上記第１基板及び上記第２基板の各中心部に対する放射方向に変形しやすく形成されていることを特徴とするプローブカード。
2. 上記複数の接続部材は、板状の金属材料が上記第１基板及び上記第２基板に垂直な面内で湾曲又は屈曲された形状であ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. 上記複数の接続部材は、上記第１基板及び上記第２基板の各中心部内の１点に対して点対称に配置され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。

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