JP2008003023A

JP2008003023A - プローブカード

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Publication number: JP2008003023A
Application number: JP2006174889A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamauchi; 学山内; Mamoru Ueda; 守上田; Akishi Tashiro; 晃史田代
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP5065626B2

Abstract

【課題】本発明は、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップの電気的特性の検査に使用するプローブカードにおいて、従来のプローブカードの構造を大きく変えることなく簡易な改変で以って、温度調節下（例えば、高温又は低温状態下）でも的確に半導体ウェハの検査を行えるプローブカードを提供する。
【解決手段】基板と、一つの検査領域に降ろされる複数のプローブを支持する支持ユニットが単数、又は前記支持ユニットが複数の検査領域を対象にして複数組、備えられ、かつ、前記基板の表面に平行な方向に前記支持ユニットが前記基板に対して相対的に摺動自在となるように前記支持ユニットを保持したことを特徴とし、また、前記支持ユニットと前記基板との間に挟持する易摺動性樹脂板を、かつ、前記支持ユニットが易摺動性樹脂ワッシャを介して前記補強板と上下方向に結合する結合具を配設することを特徴とするプローブカード。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップの電気的特性の検査に使用されるプローブカードの構造に関するものである。

従来、半導体ウェハ上にあるチップデバイスの電気的特性の検査に使用されるプローブカードは、図４に示すように、プローブ３を支持するプローブ支持ユニット４を補強板７に固着して吊下げる構造を採っている。そして通常プローブ支持ユニット４はセラミック材の支持板４−２とプローブ３を支持するエポキシ樹脂の樹脂固定部４−１とからなり、補強板７にはステンレス鋼等の金属板が用いられている。この両者を固着するためにエポキシ樹脂１３を用いている。また、補強板は熱伝導の良い金属製で、プローブカードが大きい程面積が大きいから、プローブ支持ユニットよりも熱膨張などの熱影響を受け易く、熱変位が大きい。これによりプローブを支持している支持ユニットは補強板に固着しているから、支持ユニットが補強板の熱膨張や熱収縮の影響を直接受け、プローブの針先の位置移動をもたらす。すなわち、高温における半導体ウエハテスト時には、プローブの針先は針元に対して伸びる方向に移動し（針跡が内寄り）、低温時には逆に針先は縮む方向に移動する（針跡が外寄り）傾向にある。この傾向が大きいと、針跡がＬＳＩチップの電極パッドから食み出すことになる。また、この傾向が小さくても、チップが大規模になり電極パッドが小さいと、針跡が同じく電極パッドから食み出すことになる。

この針跡の位置移動による半導体ウエハ検査の悪影響を防止するための先行技術が開示されている（文献１）。この技術は、ウェハの高温検査を行うに先立って、プローブカードを高温状態にして全プローブの針跡を転写シートに転写することにより、全プローブの位置座標データ及び針跡の位置座標データを画像処理及び演算処理により得て、次いで、このデータに基づきプローブカードに対して被検査ウェハを正確にアラインメントを行うことで、全プローブを対応する電極パッドに対して正確に接触させて信頼性の高い検査が行えるというものである。
特開２００５−７９２５３号公報（〔００３４〕、図２）

前述の検査方法及び検査装置は、半導体ウェハの検査に先立って温度調節下（例えば、高温状態下）でプローブカード毎の全プローブについて、その針跡の挙動を把握しておかなねばならない作業を要し、その煩雑さと、その作業のために針跡の画像、演算処理に要する処理装置の設備費と処理ソフト等の費用が多く嵩むという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、これらの問題を解決するために成したものであって、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップの電気的特性の検査に使用するプローブカードにおいて、基板に対する熱変形又は熱変位の影響を少なくした、特にプローブカード自体が大きい場合には、機械的な強度を維持するために、補強板を取り付けているので、補強板による熱変形又は熱変位に対する解決が重要であり、従来のプローブカードの構造を大きく変えることなく簡易な改変で以って、温度調節下（例えば、高温又は低温状態下）でも的確に半導体ウェハの検査を行えるプローブカードを提供するものである。

前記の目的を達成するために、請求項１のプローブカードの発明は、基板と、一つの検査領域に降ろされる複数のプローブを支持する支持ユニットが単数、又は前記支持ユニットが複数の検査領域を対象にして複数組、備えられ、かつ、前記基板の表面に平行な方向に前記支持ユニットが前記基板に対して相対的に摺動自在となるように前記支持ユニットを保持したことを特徴とする。また、請求項２のプローブカードの発明は、開口が開設された基板と、前記基板の表面側に前記開口を覆うように設けられた補強板と、一つの検査領域に降ろされる複数のプローブを支持する支持ユニットが単数、又は前記支持ユニットが複数の検査領域を対象にして複数組、備えられ、かつ、前記補強板の表面に平行な方向に前記支持ユニットが前記補強板に対して相対的に摺動自在となるように前記支持ユニットを保持したことを特徴とする。

この構成を採用することにより、半導体ウェハを温度調節下（例えば、高温又は低温状態下）で検査を行う場合に、プローブカードの基板又は補強板に対する熱変形又は熱変位の影響があり、特に金属製の補強板は熱膨張係数が大きく、温度による熱変位が大きいが、この悪影響を解消するために、前記支持ユニットが前記基板又は前記補強板に対して相対的に摺動自在となるように保持しているので、前記基板又は前記補強板の熱変形又は熱変位の影響が、プローブ中間部を支持する支持ユニットの位置変動をもたらさない。よって、本発明は、支持ユニット単体の熱膨張・熱収縮に限定される構造であるから、カンチレバー型に代表されるプローブの針元及び中間の支持ユニットの位置変動を極めて少なくできるので、自由端である針先の位置移動をほとんど無くす事が可能となる。

また、前記の支持ユニットは一つの検査領域に対応しているが、複数の検査領域を有するプローブカードにおいて複数の支持ユニットが構成されているが、各支持ユニットが基板又は補強板に対しても、前述のように相対的に摺動自在となるように各支持ユニットを保持した構造を採っている。したがって、本発明のプローブカードは、高温又は低温状態において支持ユニットが基板又は補助板の動きに拘束されず、独立しているから、プローブ先の位置の精度を維持できる。また、半導体ウェハの検査を行う際に室温時の針先の位置データも高温又は低温状態において活用できる。

また、請求項３のプローブカードの発明は、請求項１又は２に記載のプローブカードにおいて、前記複数組の支持ユニットが結合部材によって所定間隔で結合されて一体化されていることを特徴とする。

複数チップの電極に同時に接触するように複数の検査領域が設定されているプローブカードの場合には、熱膨張又は熱収縮に応じて検査領域間の間隔が変化することになる。そのため、それぞれの検査領域ごとに熱変形又は熱変位に対応した制御が要求されるのと同時に検査領域間の熱変形又は熱変位に対応することが求められる。本発明では、複数の検査領域間を結合して一体とし、基板又は補強板とは独立して摺動できるように構成することにより、複雑な制御をすることなく単純な設計条件を設定するだけで対応できるようにしたものである。すなわち、半導体ウェハの熱膨張率、検査時の温度分布条件、検査を実施する際の半導体ウェハとプローブカードの距離などの条件から設定される熱膨張率に基づいて、支持ユニット及び結合部材の材質を設定して対応できる。これにより、複数の検査領域を有するプローブカードにおいて複数組の支持ユニットが構成されていても、各支持ユニットが前記基板又は補強板に対して摺動自在に保持されていると共に、複数組の支持ユニットを相互に所定間隔で結合して一体化することにより、各支持ユニットの相対的位置の変動を無くすことができ、複数の検査領域を同時に検査する場合において、プローブ針先の位置精度を正しく確保することができる。

また、請求項４のプローブカードの発明は、請求項１又は２又は３に記載のプローブカードにおいて、前記支持ユニットが易摺動性部材を介して前記基板又は前記補強板に保持されていることを特徴とする。また、請求項５のプローブカードの発明は、前記易摺動性部材が、易摺動性樹脂板と易摺動性ワッシャーとで構成されていることを特徴とする。また、請求項５のプローブカードの発明は、前記易摺動性樹脂板と前記易摺動性ワッシャーが弗素樹脂製であることを特徴とする。

これらの構成を採用することにより、前記支持ユニットが基板又は補強板に対して相対的に摺動自在にすることができる。また、易摺動性樹脂板を支持ユニットと基板又は補助板との間に挟持していると共に、支持ユニットを基板又は補強板に対して摺動方向と直角に結合する結合具（例えば、ねじ又は把持具）に易摺動性ワッシャーを介在させているので、支持ユニットは基板又は補助板の熱変形又は熱変位に拘束されない。また、易摺動性樹脂板としては、低摩擦係数を有し、耐熱性、電気絶縁性に優れる弗素樹脂が用いられる。なお、支持ユニットは支持板と、該支持板とプローブとを固着する固定樹脂部とからなる。

本発明による請求項１から６までの構成のプローブカードによれば、簡易な構造であって、温度条件に拘わらず針跡の精度を維持できるから、従来のプローブカードの構造を大きく変える必要が無く、温度調節下、例えば、、高温又は低温状態への移行時においても、或いは試験経過等による温度変化に対しても、支持ユニットが補助板の動きに拘束されないから、プローブ先の位置の精度を維持できるので、半導体ウェハの検査を的確に行うことができる。また、半導体ウェハの検査を行う際に室温時の針先の位置データも活用できる。また、集積度の高いチップの検査に必要なプローブとして、針の外径・間隔の小さいプローブを有する構造にも十分適用できる。また、検査開始に伴うプローブカードのウォミングアップを必要としない簡便さがある。また、本発明は、一つの検査領域のみならず、複数の検査領域を有するプローブカードに適用することができるので、温度調節下で半導体ウェハの検査に使用する場合に十分効果を発揮できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるプローブカードであって、ａは模式的平面図、ｂは模式的断面図、ｃはｂのＡ部拡大図である。図２は、ａは図１における別の実施形態の断面図、ｂはａのＡ部拡大図である。図３は、本発明の別の実施形態であるプローブカードであって、複数の検査領域を有するもので、ａはプローブカードの模式的断面図、ｂは別のプローブカードの模式的断面図、ｃはａ、ｂにおける結合部材の模式的平面図である。

図１を用いて、本発明の実施の形態であるプローブカード１について説明すると、プローブカード１は主として複数のカンチレバー型プローブ３(以下プローブと称す)と、前記プローブ３の針元と電気的接触を行う基板６と、前記プローブ３の中間部を支持する支持ユニット４と、前記支持ユニット４と前記基板６との間で挟持される易摺動性樹脂板５とから構成される。また、前記支持ユニット４はプローブ３群の針先を正確に位置決めするための支持板４−２と、前記支持板４−２と前記プローブ３群の中間部とを固着する樹脂固定部４−１と、から構成される。この構成により、プローブ３は針元を基板６上に固着し、かつ、中間部を支持ユニット４に固着している。よって、プローブ３は、基板６と支持板４−２の両面で固定されているので、自由端である針先の位置も固定されることになる。

また、前記支持板４−２は、環状形状を有する平面板で形成される。環状形としては、円形、長円形、長方形（正方形を含む）のいずれかを呈する。また、支持板４−２は、耐熱性、強度、熱膨張率の小さい点でセラミック材を用いるのが最適で、温度変化に対して形状変化が極めて少なく、かつ、高強度である点から、支持板４−２に固着した樹脂固定部４−１の位置精度を向上させ、ひいてはプローブ３の針先の位置精度を正しく確保できる。前記樹脂固定部４−１は、通常高温用エポキシ樹脂を用いてプローブ３群と支持板４−２を一体に固着して形成する。

また、前記基板６は、支持板４−２を取り巻いて配置する合成樹脂製のプリント板であって、プローブ３群の針元と電気的検査処理装置（図示しない）との導通を図るものである。プローブ３の針先の位置精度を高めるためには、基板６と支持ユニット４を形成する支持板４−２とは一体に結合していることが望ましい。

また、補強板７（鎖線で図示）は、基板６の平面度を維持するための背面を補強するために用いてもよく、この場合、強度が高い金属製を用い、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。

また、前記支持板４−２は易摺動性樹脂板５を介して基板６に複数の鍋ねじ８により上下方向に螺着する。これにより、プローブカード１の支持板４−２は基板６から複数の鍋ねじ８により螺着して吊下げられる構造をとる。図１ｃに示すように、鍋ねじ８が支持板４−２を基板６に螺着する場合、支持板４−２を貫通する鍋ねじの穴は、ねじ径より大きめに穿孔され、かつ、鍋ねじの頭は、支持板４−２の面に易摺動性ワッシャーである弗素樹脂ワッシャ１０と金属ワッシャ９を介して固着する。したがって、基板６がプローブ３に沿う平面的な変位を生じても、支持板４−２に対して基板６が独立して自由に摺動するので、支持板４−２はその位置を保持できる。なお、支持板４−２は、上下方向に対しては鍋ねじ８により基板６に保持されている。すなわち、基板６に熱変形又は熱変位が生じても、支持板４−２はプローブ３群の軸方向に対してその変形又は変位の影響を受けない。また、弗素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレンプロペンコポリマ、エチレンーテトラフルオロエチレンコポリマ等を用いることができるが、最適なものはポリテトラフルオロエチレンである。

本発明のプローブカード１の作用について説明すると、半導体ウェハの高温状態（８５〜１５０℃）でのホットバーンテスト或いは低温状態（−２０〜−４０℃）でのコールドテストにおいて、室温時に比べてプローブカード１に温度変化をもたらした際に、合成樹脂製の基板６がセラミック製の支持板４−２に比べて温度変化による熱変形又は熱変位が大きくても、この熱変形又は熱変位に対して、基板６と支持板４−２との間に弗素樹脂に代表される易摺動性樹脂板５が介在しているので、板面に平行な方向には相互に滑りやすくなっており、支持板４−２は基板６の変形又は変位に拘束されず、現位置の状態を維持し、位置ずれが生じない。

よって、本発明のプローブカード１に温度変化が加わって生じた基板６の熱変形又は熱変位に対して、支持板４−２は相対的に摺動自在になっているから、支持板４−２はその位置変動が生じない。よって、樹脂固定部４−１も位置が変動せず、プローブ３の中間部の支持位置も変動しない。したがって、プローブ３群の針先の位置変動が極めて少ないから、検査時のオーバードライブによる針先の針跡が半導体チップの電極パッドから外れることはなく、正常な半導体チップの電気的特性の検査を行うことができる。

図２を用いて、本発明の別の実施の形態であるプローブカード１について、図１と異なる点を主体に説明すると、プローブカード１は主として複数のカンチレバー型プローブ３(以下プローブと称す)と、前記プローブ３の針元で電気的接触を行う基板６と、前記プローブ３の中間部を支持する支持ユニット４と、前記支持ユニット４を平面的に補強し、かつ、基板６の開口部１２を覆う形で基板６を補強する補強板７と、前記支持ユニット４と前記補強板７との間で挟持される易摺動性樹脂板５とから構成される。また、前記支持ユニット４はプローブ３群の針先を正確に位置決めするための支持板４−２と、前記支持板４−２と前記プローブ３群の中間部とを固着する樹脂固定部４−１と、から構成される。この構成により、プローブ３は針元を基板６上に固着し、かつ、中間部を支持ユニット４に固着している。よってプローブ３は、基板６と支持板４−２の両面で固定されているので、自由端である針先の位置も固定されることになる。

また、前記支持板４−２は、環状形状を有する平面板で形成され、かつ、中央部にプローブ３群から突出した針先が臨む検査領域２を含む開口部１２を形成する。環状形としては、円形、長円形、長方形（正方形を含む）のいずれかを呈する。また、支持板４−２は、耐熱性があり、強度が強く、熱膨張率の小さい点でセラミック材を用いるのが最適で、温度変化に対して形状変化が極めて少なく、かつ、高強度である点で、支持板４−２に固着した樹脂固定部４−１の位置精度を向上させる。前記樹脂固定部４−１は、通常高温用エポキシ樹脂を用いてプローブ３群と支持板４−２を一体に固着して形成する。

また、前記補強板７は、支持板４−２の平面度を維持するための背面を補強する板であり、強度が高い金属製が用いられ、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。

また、前記支持板４−２は易摺動性樹脂板５を介して補強板７に複数の鍋ねじ８により上下方向に螺着する。これにより、プローブカード１の支持板４−２は補強板７から複数の鍋ねじ８により螺着して吊下げられる構造をとる。図２ｂに示すように、鍋ねじ８が支持板４−２を補強板７に螺着する場合、支持板４−２を貫通する鍋ねじの穴は、ねじ径より大きめに穿孔され、かつ、鍋ねじの頭は、支持板４−２の面に弗素樹脂ワッシャ１０と金属ワッシャ９を介して固着する。したがって、補強板７がプローブ３に沿う平面的な変位を生じても、支持板４−２はそれに拘束されず、独立して自由に摺動することで、その位置を保持する。しかし補強板７は、上下方向に対しては鍋ねじ８により支持板４−２に支持されている。すなわち、補強板７に熱変形又は熱変位が生じても、支持板４−２はプローブ３群の軸方向に対してその変形又は変位の影響を受けない。

本発明のプローブカード１の作用について説明すると、半導体ウェハの高温状態（８５〜１５０℃）でのホットバーンテスト或いは低温状態（−２０〜−４０℃）でのコールドテストにおいて、室温時に比べてプローブカード１に温度変化をもたらした際に、補強板７は金属製（特にステンレス鋼）であるので、セラミック製の支持板４−２に比べ、温度変化による熱変形又は熱変位が大きい。この熱変位に対して、補強板７は支持板４−２との間に弗素樹脂に代表される易摺動性樹脂板５が介在しているので、板面に平行な方向には相互に滑りやすくなっており、支持板４−２は補強板７の変位に拘束されず、現位置の状態を維持し、位置ずれが生じない。

よって、本発明のプローブカード１に温度変化が加わって生じた補強板７の熱変位に対して、支持板４−２は相対的に独立しているから、支持板４−２は勿論、支持板４−２と結合した樹脂固定部４−１もその位置変動が生じない。したがって、プローブ３の中間部を支持する支持ユニット４の位置変動がなく、プローブ３群の針先の位置変動を極めて少なくでき、検査時のオーバードライブによる針先の針跡が半導体チップの電極パッドから外れることはなく、正常な半導体チップの電気的特性の検査を行うことができる。

また、図３は、本発明の別の実施形態であるプローブカード１であって、検査対象のウェハに対向して配置される検査領域を複数有するものである。複数チップの電極に同時に接触するように複数の検査領域が設定されているプローブカードの場合には、熱膨張又は熱収縮に応じて検査領域間の間隔が変化することになる。そのため、それぞれの検査領域ごとに熱変形又は熱変位に対応した制御が要求されるのと同時に検査領域間の熱変形又は熱変位に対応することが求められる。本発明では、複数の検査領域間を結合して一体とし、基板又は補強板とは独立して摺動できるように構成することにより、複雑な制御をすることなく単純な設計条件を設定するだけで対応できるようにしたものである。すなわち、半導体ウェハの熱膨張率、検査時の温度分布条件、検査を実施する際の半導体ウェハとプローブカードの距離などの条件から設定される熱膨張率に基づいて、支持ユニット及び結合部材の材質を設定して対応できる。なお、本実施例では、正方形の四隅に検査領域を設定したものを示しているが、更に多くの検査領域を備える場合など、配置を変えることも任意である。

図３ｃは、四つの検査領域２を正方形の角に配置したプローブカード１の模式的平面図を示している。各プローブエリアは、被測定チップの電極（図示しない）に接触して電気的測定を行う複数のプローブ３群が中央の検査領域２の周縁部から被測定電極に対して求心的に配設されていて、該プローブ３群は針元部を基板６で支持されると共に、中間部を支持ユニット４である支持板４−２に固着する樹脂固定部４−１で支持される構造を有する。また、結合部材１１は、本実施例の場合、全体が十字状の結合部を有する四方に延びた形状又は斜め対角方向に延びた形状で、各端部に開口部を有する検査領域２を形成し、セラミック材で一体的に成型される。すなわち、結合部材１１は支持板４−２と耐熱性があり、強度が強く、熱膨張率の小さいセラミック材で一体的に成形されるから各検査領域２間の相対的な位置変動を極めて少なくできる。

図３ａに示すように、複数の検査領域２を有するプローブカード１の模式的断面図であって、支持ユニット４を構成する支持板４−２が基板６に易摺動性樹脂板である弗素樹脂板５を介して基板６に複数の鍋ねじ８により上下方向に螺着する。また、各検査領域２の支持板４−２は結合部材１１と一体的に成形されて結合されている。これにより各検査領域２間の相対的な位置変動を極めて少なくできる。また、図３ｂは、複数の検査領域２を有する別のプローブカード１の模式的断面図であって、支持板４−２の背面に支持板４−２の平面形状を維持するために、支持板４−２と類似の形状を有する補強板７が上下方向に鍋ねじ８で結合される。また、補強板７の水平方向の熱変位に対しては、それに拘束されないよう支持板４−２と補強板７との間に易摺動性樹脂板である弗素樹脂５が挟持されている。また、各検査領域２の支持板４−２は結合部材１１と一体的に成形されて結合されている。これにより各検査領域２間の相対的な位置変動を極めて少なくできる。この各検査領域２のプローブ３群における温度調節下の熱変形又は熱変位に対する作用は、前述したとおりであって、各プローブエリアにおいて基板６又は補強板７の熱変形又は熱変位の影響を最小限にすることができる。よって、本発明の構成は複数の検査領域２を有するプローブカード１にも十分適用できるものである。

半導体ウェハにおいて、高集積化ＩＣチップの電気的特性の検査に使用するプローブカードに利用することができる。

本発明の実施の形態であるプローブカードであって、ａは模式的平面図、ｂは模式的断面図、ｃはｂのＡ部拡大図である。ａは図１における別の実施形態の断面図、ｂはａのＡ部拡大図である。本発明の別の実施形態であるプローブカードであって、複数の検査領域を有するもので、ａはプローブカードの模式的断面図、ｂは別のプローブカードの模式的断面図、ｃはａ、ｂにおける結合部材の模式的平面図である。従来のプローブカードにおけるプローブ支持ユニットであって、ａは模式的断面図、ｂはａのＡ部拡大図である。

符号の説明

１：プローブカード２：検査領域３：プローブ４：支持ユニット４−１：樹脂固定部４−２：支持板５：弗素樹脂板６：基板７：補強板８：鍋ねじ９：金属ワッシャ１０：弗素樹脂ワッシャ１１：結合部材１２：開口部１３：高温用エポキシ樹脂

Claims

基板と、一つの検査領域に降ろされる複数のプローブを支持する支持ユニットが単数、又は前記支持ユニットが複数の検査領域を対象にして複数組、備えられ、かつ、前記基板の表面に平行な方向に前記支持ユニットが前記基板に対して相対的に摺動自在となるように前記支持ユニットを保持したことを特徴とするプローブカード。
開口が開設された基板と、前記基板の表面側に前記開口を覆うように設けられた補強板と、一つの検査領域に降ろされる複数のプローブを支持する支持ユニットが単数、又は前記支持ユニットが複数の検査領域を対象にして複数組、備えられ、かつ、前記補強板の表面に平行な方向に前記支持ユニットが前記補強板に対して相対的に摺動自在となるように前記支持ユニットを保持したことを特徴とするのプローブカード。
前記複数組の支持ユニットが結合部材によって所定間隔で結合されて一体化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。
前記支持ユニットが易摺動性部材を介して前記基板又は前記補強板に保持されていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のプローブカード。
前記易摺動性部材が、易摺動性樹脂板と易摺動性ワッシャーとで構成されていることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
前記易摺動性樹脂板と前記易摺動性ワッシャーが弗素樹脂製であることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。