JP2008082794A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】プローブカードの温度変化に起因する反りを抑制する。
【解決手段】プローブカード１０は、プローブピン１３を前面に保持するプローブユニット１２と、プローブユニット１２を前面に保持するＰＣＢ基板１１とを備える。ＰＣＢ基板１１の背面の中央部の第１固定部材１５と周縁部の第２固定部材１６とにそれぞれ固定された内縁部及び外縁部を有する環状の皿ばね１４を備える。第１固定部材１５は、第２固定部材１６よりもＰＣＢ基板１１の背面から高く突出している。また、第１固定部材１５の固定部２３及び第２固定部材１６のそれぞれは、一対の板状部材からなり、これら一対の板状部材の間に皿ばね１４を挟持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードに関し、更に詳しくは、ウエハ上に形成された半導体装置の電気的特性の試験に際し、冶工具として使用されるプローブカードに関する。

プローブカードは、ウエハ上に形成された半導体装置の電気的特性を試験するウエハテストに際して使用される冶工具である。プローブカードは、半導体装置の電極端子に探針（プローブピン）を接触させる機構と、プローブピンと外部の測定器（プローブテスタ）との間を電気的に接続する配線とを備える。

図５は、従来のプローブカードの構成の一例を示す断面図である。プローブカード４０は、プリント配線基板（ＰＣＢ基板）１１と、ＰＣＢ基板１１の前面側に配設され、プローブピン１３を保持するプローブユニット１２とを備える。ＰＣＢ基板１１は、その最外周付近にプローブテスタとの電気的な接続を行うテスタ接続部（図示なし）を有する。ウエハテストに際して、ウエハ４２は、半導体装置の電極端子が形成された主面を上にしてプローバチャック４１上に載置され、プローブカード４０の前面が、ウエハの主面に対向して配設される。

ところで、近年、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のメモリ半導体装置では、記憶容量の大容量化に伴い電極端子の数が増大している。このため、一度に多数個の電極端子を検査するために、プローブピンの数を増大させ、プローブカードを大口径化している。メモリ半導体装置では、また、半導体装置の信頼性向上を目的として、ウエハテストに際して温度試験を実施している。温度試験に際しては、先ず、プローバチャック４１を発熱させ、ウエハ４２を昇温させた状態で、プローブピン１３を半導体装置の電極端子に接触させている。

ところが、上記大口径化されたプローブカードでは、温度試験に際して、プローブピン１３からＰＣＢ基板１１に熱が少しずつ伝わることによって、ＰＣＢ基板１１の前面側と背面側との間で温度差が生じ、それらの間の熱膨張の違いによって、ＰＣＢ基板１１の基板面と直交する方向に変形（反り）が生じる問題があった。

ウエハテスト中にＰＣＢ基板１１に反りが発生すると、プローブピン１３と電極端子との間で接触不良が生じ、試験の信頼性が低下するおそれがある。従って、試験の信頼性を維持するためには、ＰＣＢ基板１１の反りが飽和するまで待機するか、或いは、ＰＣＢ基板１１に反りが発生するまでの間に、試験を迅速に行う必要があった。しかし、前者の場合には、個々のウエハ４２の試験に多くの時間を費やし、半導体装置製造のスループットの低下が避けられない。また、後者の場合には、プローブピン１３とウエハ４２との位置合わせ作業を迅速に行う必要があり、試験上での制約が大きいという問題があった。

温度試験におけるＰＣＢ基板１１の反りを抑えるために、図５に示したように、従来、ＰＣＢ基板１１の背面には高い剛性を有する金属などの補強板４３を固定する等の対策が施されている。補強板４３は、例えば図６に示すように、中央部に近い側に形成された第１のリング状部分４３ａと、周縁部に近い側に形成された第２のリング状部分４３ｂと、第１のリング状部分４３ａと第２のリング状部分４３ｂとを半径方向に繋ぐ複数の帯状部分４３ｃとから成る。補強板４３を備えるプローブカードについては、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００６−２１４７３２号公報（図１）

ところで、図５及び図６に示したプローブカードでは、補強板４３は、ＰＣＢ基板１１の背面に平行に延在する。このため、基板面と直交方向に加わる外力に対しては充分な復元力が得られず、温度変化に起因するプローブカードの反りを充分に抑制できない問題があった。

本発明は、上記に鑑み、温度変化に起因する反りを効果的に抑制できるプローブカードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプローブカードは、プローブピンを前面に保持する基板を備えるプローブカードにおいて、
前記基板の背面の中央部分及び周縁部分にそれぞれ固定された中央部及び周縁部を有する皿ばねを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基板の背面の中央部分と周縁部分との間に固定される皿ばねは、基板の反りに際して、基板面と直交方向に復元力を生じるため、基板の反りを効果的に抑制できる。なお、「基板の周縁部分」としては、基板の最外周又はその付近が好ましいが、必ずしも基板の最外周又はその付近である必要はなく、皿ばねとしての機能が得られる限り、基板の中央部分よりも外側であればよい。

本発明の好適な態様では、前記皿ばねの中央部を固定する第１固定部材が、前記皿ばねの周縁部を固定する第２固定部材よりも基板の背面から高く突出している。皿ばねを基板から離すことによって、皿ばねに基板の熱が伝わることを抑制し、基板の発熱による皿ばねの変形や特性変化を抑えることが出来る。これによって、基板の反りをより効果的に抑制できる。

本発明では、前記皿ばねが環状に形成され、前記第１及び第２固定部材が前記皿ばねの内縁部及び外縁部をそれぞれ固定してもよい。

本発明の好適な態様では、前記第１及び第２固定部材のそれぞれが、一対の部材からなり、該一対の部材の間に前記皿ばねを挟持する。皿ばねを強固に固定し、基板の僅かな反りを効果的に抑制できる。

本発明では、複数の前記皿ばねを有し、該複数の皿ばねが前記基板に並列に固定されてもよい。或いは、複数の前記皿ばねを有し、該複数の皿ばねが前記基板の半径方向に並んで前記基板に直列に固定されてもよい。更に、前記基板の背面には、前記基板の半径方向に延びる長尺状の補強板が固定されてもよい。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプローブカードの構成を示す断面図である。プローブカード１０は、ディスク形状を有するＰＣＢ基板１１と、ＰＣＢ基板１１の前面に配設されると共に、複数のプローブピン１３を保持するプローブユニット１２とを有する。プローブピン１３は、ウエハ上に形成された半導体装置の電極端子の配列に対応して配列されている。ＰＣＢ基板１１の最外周付近には、プローブテスタとの間の電気的な接続を行うテスタ接続部（図示なし）が配設され、ＰＣＢ基板１１内には、プローブピン１３のそれぞれとプローブテスタとを接続する配線が形成されている。

本実施形態のプローブカード１０では、ＰＣＢ基板１１の背面に、環状の皿ばね１４が固定されている。ＰＣＢ基板１１の背面の中央部には第１固定部材１５が、周縁部には第２固定部材１６がそれぞれ配設され、それぞれ皿ばね１４の内縁部及び外縁部を保持している。第２固定部材１６は、プローブユニット１２よりも外側であって、テスタ接続部よりも内側に配設されている。また、テスタ接続部に出来るだけ近い位置であって、ＰＣＢ基板１１が撓みにくい部位に配設されている。

第１固定部材１５は、ＰＣＢ基板１１の背面に固定されたディスク形状の基部２１と、基部２１の中央部から基板面の直交方向に延びるロッド２２と、ロッド２２の頂部から基部２１と平行に延びる環状の固定部２３とを有する。固定部２３は、同じ形状を有する２枚の板状部材で構成されており、これら２枚の板状部材の間に皿ばね１４の内縁部を挟み、ボルト２４で固定している。基部２１、ロッド２２、及び、固定部２３は、プローブピン１３をウエハに接触させる際に大きな荷重を受けるため、充分な強度を有することが好ましく、金属等を用いる。また、特に基板面の直交方向に動かないように固定する。

図２は、図１のプローブカード１０を示す平面図である。第２固定部材１６は、互いに同じ平面形状を有する、２枚の環状の板状部材で構成されている。これら２枚の板状部材には、複数のネジ穴が円周方向に並んで形成され、これら２枚の板状部材の間に皿ばね１４の外縁部を挟み、ネジ２５で固定している。第２固定部材１６も、プローブピン１３をウエハに接触させる際に大きな荷重を受けるため、充分な強度を有することが好ましく、金属等を用いる。また、特に基板面の直交方向に動かないように固定する。

図１に戻り、第１固定部材１５の固定部２３は、第２固定部材１６よりもＰＣＢ基板１１の背面から高く突出しており、ＰＣＢ基板１１の背面と皿ばね１４とは、双方で円錐の底面と錐面との関係になるように固定される。本実施形態では、数μｍ〜数百μｍのオーダーの変位を制御することを目的としているため、第１固定部材１５及び第２固定部材１６において皿ばね１４を強固に固定する。

皿ばね１４は、その面内方向と直交する方向であって、変位と反対の方向に大きな復元力を生じる。また、小さな変位に対して大きな復元力を生じる特徴を有する。本実施形態では特に、許容される厚み及び高さの範囲内で、変位に対してより大きな復元力を生じるものを用いる。皿ばね１４は、内縁部及び外縁部を除き、ＰＣＢ基板１１の背面から離して固定されるので、ＰＣＢ基板１１の熱が伝わりにくく、ＰＣＢ基板１１の発熱による変形や特性変化が生じにくい。

ＰＣＢ基板１１の中央部と周縁部との間で反りが発生した際には、皿ばね１４によって、ＰＣＢ基板１１の反りを打ち消す方向に大きな復元力が生じ、ＰＣＢ基板１１の反りを抑制できる。ＰＣＢ基板１１の中央部が周縁部に対して基板面の直交方向の下方に反る際には、皿ばね１４には内向きの力が加わるが、この場合には、皿ばね１４の復元力のみでなく、皿ばね１４の横方向の剛性も強く作用し、ＰＣＢ基板１１の反りを効果的に抑制できる。

本実施形態のプローブカード１０によれば、ウエハテスト時のＰＣＢ基板１１の温度変化に起因する反りを抑制することによって、ＰＣＢ基板１１の反りが安定するまでの時間を短縮できる。従って、半導体装置製造のスループットを向上できる。また、プローブピン１３の破損を防ぎ、試験の信頼性を向上できる。本実施形態のプローブカード１０は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、フラッシュメモリやロジック半導体装置等の種々の半導体装置の試験に適用できる。

図３は、上記実施形態の第１変形例に係るプローブカードの構成を示す断面図である。プローブカード３１では、略同じ構成を有する２つの皿ばね１４を重ねて並列に固定している。本変形例では、２つの皿ばね１４を並列に固定することによって、実施形態に比して、同じ変位に対して２倍の復元力を得ることができ、ＰＣＢ基板１１の反りをより効果的に抑制できる。

なお、上記変形例において、２つの皿ばね１４について、第２の固定部材１６の半径方向の位置は、相互にずれていても構わない。また、上記変形例では、２つの皿ばね１４を並列に固定したが、例えばＰＣＢ基板１１の半径方向の中央部、中間部、及び、周縁部に固定部材を並べて配設し、中央部と中間部との間、及び、中間部と周縁部との間に２つの皿ばね１４を直列に並べて固定してもよい。この場合、更に、ＰＣＢ基板１１の半径方向に沿った反り具合に応じて、個々の皿ばねの復元力の大きさを変えてもよい。

図４は、上記実施形態の第２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。プローブカード３２では、図１及び図２に示したプローブカード１０において、ＰＣＢ基板１１の半径方向に沿って生じる荷重（針荷重）による半径方向の変位を抑制することを目的として、ＰＣＢ基板１１の半径方向に延びる長尺状の補強板３３が配設されている。補強板３３は、ＰＣＢ基板１１の背面に強固に固定され、第１固定部材１５及び第２固定部材１６は、補強板３３上に強固に固定されている。

本変形例では、補強板３３によって針荷重を打ち消し、熱によるＰＣＢ基板１１の半径方向の変位を抑制できる。ＰＣＢ基板１１の反りは、その基板面と直交方向に働く皿ばね１４の復元力によって効果的に抑制できるので、補強板３３には、従来よりも寸法の小さなものを用いることが出来る。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のプローブカードは、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 図１のプローブカードを示す平面図である。 実施形態の第１変形例に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 実施形態の第２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。 従来のプローブカードの構成を示す断面図である。 図５のプローブカードを示す平面図である。

符号の説明

１０：プローブカード
１１：ＰＣＢ基板
１２：プローブユニット
１３：プローブピン
１４：皿ばね
１５：第１固定部材
１６：第２固定部材
２１：基部
２２：ロッド
２３：固定部
２４：ボルト
２５：ネジ
３１：プローブカード
３２：プローブカード
３３：補強板
４０：プローブカード
４１：プローバチャック
４２：ウエハ
４３：補強板
４３ａ：第１のリング状部分
４３ｂ：第２のリング状部分
４３ｃ：帯状部分

Claims (7)

1. プローブピンを前面に保持する基板を備えるプローブカードにおいて、
   前記基板の背面の中央部分及び周縁部分にそれぞれ固定された中央部及び周縁部を有する皿ばねを備えることを特徴とするプローブカード。
2. 前記皿ばねの中央部を固定する第１固定部材が、前記皿ばねの周縁部を固定する第２固定部材よりも基板の背面から高く突出している、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記皿ばねが環状に形成され、前記第１及び第２固定部材が前記皿ばねの内縁部及び外縁部をそれぞれ固定する、請求項１又は２に記載のプローブカード。
4. 前記第１及び第２固定部材のそれぞれが、一対の部材からなり、該一対の部材の間に前記皿ばねを挟持する、請求項３に記載のプローブカード。
5. 複数の前記皿ばねを有し、該複数の皿ばねが前記基板に並列に固定される、請求項１〜４の何れか一に記載のプローブカード。
6. 複数の前記皿ばねを有し、該複数の皿ばねが前記基板の半径方向に並んで前記基板に直列に固定される、請求項１〜４の何れか一に記載のプローブカード。
7. 前記基板の背面には、前記基板の半径方向に延びる長尺状の補強板が固定される、請求項１〜６の何れか一に記載のプローブカード。

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