JP2009042012A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 コンタクトプローブのプローブ基板への取り付け又は取り外しを容易化し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】 プローブ基板１１上に抵抗領域３０が形成され、この抵抗領域３０上には絶縁層３１が形成され、この絶縁層３１上にプローブ取付け用パッド３２が形成されている。さらに、プローブ取付け用パッド３２上には、抵抗領域３０のジュール熱によって溶融する低融点金属層３３が形成されており、コンタクトプローブ１５は、この低融点金属層３３によってプローブ取付け用パッド３２上に固着されている。このため、抵抗領域３１に対し外部から加熱用電流を供給すれば、低融点金属層３３を溶融し、プローブ基板１１に対するコンタクトプローブ１５の取り付け又は取り外しを容易に行うことができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プローブカードに係り、さらに詳しくは、半導体ウエハ上のデバイスの電極パッドに接触させるコンタクトプローブをプローブ基板に取付ける構造の改良に関する。

半導体デバイスの電気的特性試験は、デバイスが分離される前の半導体ウエハの状態で、プローブ基板上に多数のコンタクトプローブが形成されたプローブカードを用いて行われる。プローブカードは、各コンタクトプローブを検査対象物上の電極パッドに接触させることによって、各電極パッドをテスター装置と呼ばれている外部の信号入出力装置と導通させるための装置である。

半導体装置は、微細加工技術の進展に伴って電極パッドの数が増大し、その配置も狭ピッチ化している。コンタクトプローブは、検査対象物の電極パッドと同じピッチでプローブカード上に配置されている必要があるため、プローブピンの配置も狭ピッチ化している。最近では、同一のプローブ基板上に千個を超えるコンタクトプローブが数十μｍ程度のピッチで配置されるようになってきた。このため、コンタクトプローブをプローブ基板に取り付ける際には、次の様な問題が生じていた。

コンタクトプローブは、半田などの低融点金属を用いて、プローブ基板上のプローブ取付け用パッドに取り付けられている。例えば、コンタクトプローブとプローブ取付け用パッドとの少なくとも一方の接合面に半田層が予め形成されており、両者の接合面を突合わせた状態で、レーザビームなどを使用して加熱し、この半田層を溶融させることによって、コンタクトプローブをプローブ基板上に固着させている。

しかしながら、最近のプローブカードは、コンタクトプローブが狭ピッチで配置されていることから、特定のコンタクトプローブのみを加熱することは難しく、目的とするコンタクトプローブの半田を加熱溶融しようとすれば、隣接する他のコンタクトプローブの半田層も一緒に加熱してしまうことになる。

このため、プローブカードの製造工程において、同一のプローブ基板上に多数のコンタクトプローブを順次に取り付けていく場合に、後から取り付けられるコンタクトプローブの熱によって、先に取り付けられたコンタクトプローブの取付位置がずれたり、脱落したりするという問題が生じる。また、特定のコンタクトプローブのみをプローブ基板から取り外す場合にも同様の問題が発生することから、不具合のあったプローブのみを取り外して正常なプローブと交換することができなかった。

さらに、コンタクトプローブの狭ピッチ化に伴って、電極パッドも狭ピッチ化されている。このため、コンタクトプローブの取り付けや、取り外しを行う際に、溶融させた低融点金属がプローブ基板上で広がって、互いに隣接する電極パッドを短絡させてしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトプローブのプローブ基板への取り付け又は取り外しを容易化したプローブカードを提供することを目的とする。特に、プローブ基板上において局所的な加熱を容易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。さらに、コンタクトプローブのプローブ基板への取り付け又は取り外し時に溶融させた低融点金属が隣接するコンタクトプローブを短絡させるのを抑制することを目的とする。

本発明によるプローブカードは、プローブ基板上に設けられたプローブ取付け用パッドに低融点金属によってコンタクトプローブが取付けられているプローブカードにおいて、上記プローブ基板に、上記プローブ取付け用パッドを加熱するための抵抗領域が設けられている。この様な構成により、抵抗領域に対し外部から電流を供給すれば、そのジュール熱によって低融点金属層を溶融し、プローブ基板に対するコンタクトプローブの取り付け又は取り外しを容易に行うことができる。

特に、上記プローブ取付け用パッドと上記抵抗領域との間に絶縁膜を形成し、両者を電気的に絶縁すれば、抵抗領域に供給された電流がコンタクトプローブへ流れるのを防止することができる。従って、抵抗領域で生成されるジュール熱を増大させ、上記低融点金属を効率的に溶融させることができる。

また、上記抵抗領域を上記プローブ取付け用パッドの下部に配置することにより、抵抗領域からプローブ取付け用パッドまでの熱抵抗を小さくして、上記低融点金属を効率的に溶融させることができる。

さらに、上記絶縁膜が、互いに隣接して配置された上記プローブ取付け用パッド間において最表層として形成されることにより、溶融した低融点金属によって隣接する電極パッドが短絡されにくくすることができる。

本発明によれば、コンタクトプローブのプローブ基板への取り付け又は取り外しを容易化したプローブカードを提供することができる。特に、プローブ基板上において局所的な加熱を容易に行うことができる。さらに、コンタクトプローブのプローブ基板への取り付け又は取り外し時に溶融させた低融点金属が隣接する電極パッドを短絡させるのを抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態によるプローブカード１００の一構成例を示した図であり、図中の（ａ）は検査対象物側から見た平面図であり、図中の（ｂ）は側面図である。プローブカード１００は、外部装置との接続を行うメイン基板１０と、検査対象物との接触を行うプローブ基板１１とによって構成され、メイン基板１０にはテスター装置（図示せず）との間で電源および信号の入出力を行うための外部端子１３が設けられている。そして、メイン基板１０とプローブ基板１１との間は連結部材１２およびコネクタ１４によって電気的接続が行われている。プローブ基板１１には、シリコンなどの単結晶基板を用いることができ、この基板上に多数のコンタクトプローブ１５が設けられている。

このコンタクトプローブ１５の先端は、検査対象となる半導体デバイスの電極パッド（図示せず）に対応するように位置決めされており、電極パッドに対し、弾性的に当接させる探査針であり、プローブ基板１１上には、多数のコンタクトプローブ１５が整列配置されている。

図２は、図１のコンタクトプローブ１５及びその周辺のプローブ基板１１を拡大した図であり、検査対象物側から見た平面図である。また、図３は、コンタクトプローブ１５及びプローブ基板１１を図２のＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。

図２に示すように、コンタクトプローブ１５は、薄板形状であって、その端面がプローブ基板１１上のプローブ取付け用パッド３２に固着されることによってプローブ基板１１上に立設されており、プローブ取付け用パッド３２を介して外部端子１３に接続されている。また、図３に示すように、コンタクトプローブ１５は、プローブ基板１１に固着されるベース部２１と、一端がベース部２１に支持されているビーム部２２と、ビーム部２２の他端に形成されたコンタクト部２３とによって構成され、ビーム部２２の上記一端が固定端、上記他端が自由端となるカンチレバーとして機能する。

ベース部２１は、２つの脚部２１ａ及び２１ｂを有し、これらの脚部２１ａ及び２１ｂの先端が、低融点金属層３３によってプローブ基板１１上のプローブ取付け用パッド３２に固着されている。

ビーム部２２は、プローブ基板１１に概ね平行に延びる細長い形状からなり、その一端がベース部２１に連結され、ベース部２１よりもプローブ基板１１から離れた位置において支持されている。ベース部２１及びビーム部２２には、弾性特性の良好な導電性金属材料、例えばニッケルコバルトＮｉ−Ｃｏ合金が用いられており、ベース部２１及びビーム部２２は一体的に成形することができる。また、ビーム部２２に貫通孔２２ｈを形成して肉抜きをすることによって所望の弾性特性を実現することができる。

コンタクト部２３は、検査対象物の電極パッドに接触する部分で、ビーム部２２の他端付近からプローブ基板１１とは反対側に突出している。このコンタクト部２３には、ベース部２１及びビーム部２２よりも耐摩耗特性の良好な導電性金属材料、例えばロジウムＲｈが用いられる。

一方、プローブ基板１１上のプローブ取付け用パッド３２の下には、絶縁膜３１および抵抗領域３０が形成されている。絶縁膜３１には、加熱用電流供給のための開口部３１ａ及び３１ｂが形成され、抵抗領域３０の一部を露出させている。

抵抗領域３０は、プローブ基板１１上に形成された抵抗層であり、コンタクトプローブ１５やプローブ取付け用パッド３２に比べて電気抵抗の大きな導電性材料、例えばタングステンＷを用いて形成される。抵抗領域３０上には、絶縁膜３１が形成されているが、抵抗領域３０の一部は、絶縁膜３１の開口部３１ａ及び３１ｂを介して露出させている。このため、図示しない電源供給端子を抵抗領域３０に接触させて外部から電流を供給すれば、開口部３１ａ及び３１ｂ間の抵抗領域３０を発熱させることができ、そのジュール熱が絶縁膜３１及びプローブ取付け用パッド３２を伝わって抵抗領域３０上の低融点金属層３３を溶融させることができる。従って、コンタクトプローブ１５のプローブ基板１１への取り付けや、取り外しを容易に行うことができる。

この抵抗領域３０は、フォトリソグラフィ技術を用いて、コンタクトプローブ１５と並行となるようにパターニングされている。各抵抗領域３０は、コンタクトプローブ１５に対応づけて形成されており、その幅がコンタクトプローブ１５のピッチより短くなる細長い形状として形成されている。ここでは、プローブ基板１１上で隣接して配置されているプローブ取付け用パッド３２であって、異なるコンタクトプローブ１５が取付けられる２つのプローブ取付け用パッド３２について、その間隔の中点を跨がないように抵抗領域３０が配置されている。つまり、抵抗領域３０上の発熱する任意の点から、対応するコンタクトプローブ１５のプローブ取付け用パッド３２までの距離が、隣接するコンタクトプローブ１５のプローブ取付け用パッド３２までの距離よりも短くなるように配置されている。このため、隣接するコンタクトプローブ１５を固着している低融点金属３３を溶融させることなく、対応するコンタクトプローブ１５を固着するための低融点金属３３のみを溶融させることができる。

また、抵抗領域３０は、コンタクトプローブ１５の長手方向の長さよりも長く、コンタクトプローブ１５よりも外側に位置する開口部３１ａ及び３１ｂから、抵抗領域３０の一部を露出させている。ここでは、抵抗領域３０の端部を開口部３１ａ及び３１ｂ内において露出させている。

さらに、図示した例では、１つのコンタクトプローブ１５が、２つの脚部２１ａ及び２１ｂを有し、各脚部２１ａ及び２１ｂの先端が、異なるプローブ取付け用パッド３２に固着されるように構成されている。これらのプローブ取付け用パッド３２は、同一の抵抗領域３０上であって、開口部３１ａ及び３１ｂの間に形成されており、当該抵抗領域３０に加熱用電源を供給することによって同時に加熱することができる。このため、コンタクトプローブ１５の取り付け又は取り外しを容易に行うことができる。

プローブ取付け用パッド３２は、抵抗領域３０上の導電層として形成された電極であり、図示しないプローブ基板１１上の配線に接続され、連結部材１２及びメイン基板１０を介して、テスター装置と電気的に接続される。従って、導電性の低融点金属層３３を用いて、このプローブ取付け用パッド３２にコンタクトプローブ１５を固着すれば、コンタクトプローブ１５をテスター装置と導通させることができる。

なお、抵抗領域３０及びプローブ取付け用パッド３２を比較した場合、両者の幅は同一であってもよいし、いずれか一方の幅が他方の幅よりも狭くなるように形成してもよい。抵抗領域３０の熱をプローブ取付け用パッド３２へ効率的に伝達するためには、両者の幅が同一の場合であれば、両者が幅方向において一致するように配置されることが望ましい。また、両者の幅が異なる場合には、幅の狭い上記一方が、上記他方によって完全に包含されるように配置されていることが望ましい。

絶縁膜３１は、プローブ基板１１上に形成された絶縁性材料からなる薄膜である。ここでは、抵抗領域３０の大部分を覆うように形成されている。この絶縁膜３１は、抵抗領域３０及びプローブ取付け用パッド３２間に形成され、両者の電気的絶縁を行っている。また、隣接するプローブ取付け用パッド３２間においてプローブ基板１１の最表層として露出するように形成されている。さらに、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされ、抵抗領域３０を露出させるための開口部３１ａ及び３１ｂが形成されている。このような絶縁膜３１には、例えばシリコン酸化膜やフォトレジスト膜を利用することができる。上記絶縁膜３１は、隣接するコンタクトプローブ１５間に形成され、当該コンタクトプローブ１５とそれぞれ導通させるプローブ取付け用パッド３２を互いに分離している。このため、溶融した低融点金属がプローブ基板１１上を流れ、隣接するプローブ取付け用パッド３２を電気的に短絡させるのを抑制することができる。ここでは、プローブ取付け用パッド３２を取り囲むように、絶縁膜３４がプローブ基板１１上に形成され、隣接するプローブ取付け用パッド３２を分離している。

異なるコンタクトプローブが取付けられる隣接するプローブ取付け用パッド３２間において最表層として形成される絶縁膜３１が、溶融した低融点金属を弾き易い素材、つまり、濡れ性の悪い素材で形成されていれば、溶融した低融点金属がプローブ基板１１上で広がるのを抑制することができ、隣接するプローブ取付け用パッド３２間の短絡を効果的に抑制することができる。従って、絶縁膜３１は、当該絶縁膜３１を形成しない場合のプローブ基板１１の表面、つまり、絶縁膜３１の直下の層に比べ、濡れ性をより低下させる層として形成されていることが望ましい。このような絶縁膜３１の素材としては、例えば樹脂からなるフォトレジストが好適である。

低融点金属層３３は、低融点金属からなる導電層であり、少なくとも抵抗領域３０、プローブ取付け用パッド３２、コンタクトプローブ１５よりも融点の低い導電性の良好な材料、例えば半田や金などにより構成される。また、プローブ取付け用パッド３２上に形成されている。この低融点金属層３３は、抵抗領域３０のジュール熱によって容易に溶融し、コンタクトプローブ１５のプローブ基板１１への取り付け又は取り外しは、低融点金属層３３を加熱溶融することにより行われる。なお、低融点金属層３３は、コンタクトプローブ１５又はプローブ基板１１のいずれか一方又は両方に予め形成されている。

図４は、プローブ基板１１にコンタクトプローブ１５を取り付ける際の様子を示した図である。図中の（ａ）には、プローブ基板１１上に低融点金属層３３が予め形成されている場合が示されている。また、図中の（ｂ）には、コンタクトプローブ１５に低融点金属層３３が予め形成されている場合が示されている。

電源供給端子４ａ及び４ｂは、抵抗領域３０に加熱用電源を供給するための電極端子である。絶縁膜３１の開口部３１ａ及び３１ｂを介して、電源供給端子４ａ及び４ｂの先端を抵抗領域３０の両端に接触させることにより、抵抗領域３０に電流を流してジュール熱を発生させることができる。このジュール熱が、プローブ取付け用パッド３２を介して低融点金属層３３に伝導し、低融点金属を溶融させることができる。

図中の（ａ）では、プローブ取付け用パッド３２上に低融点金属層３３が形成されている。このコンタクトプローブ１５をプローブ基板１１に取り付ける場合、まず、電源供給端子４ａ及び４ｂから抵抗領域３０に加熱用電源を供給し、低融点金属層３３を溶融させる。この状態で、プローブ基板１１に対するアライメントが完了しているコンタクトプローブ１５をプローブ基板１１に近づけ、その脚部２１ａ及び２１ｂをプローブ取付け用パッド３２上の低融点金属層３３に当接させる。その後に加熱用電源の供給を停止すれば、低融点金属が凝固し、コンタクトプローブ１５及びプローブ取付け用パッド３２を電気的に導通させた状態で、コンタクトプローブ１５をプローブ基板１１上に固着することができる。

図中の（ｂ）では、プローブ基板１１に当接させるコンタクトプローブ１５の端面、つまり、脚部２１ａ及び２１ｂの先端に低融点金属層３３が形成されている。このコンタクトプローブ１５をプローブ基板１１に取り付ける場合、まず、電源供給端子４ａ及び４ｂから抵抗領域３０に加熱用電源を供給し、プローブ取付け用パッド３２を加熱する。この状態で、プローブ基板１１に対するアライメントが完了しているコンタクトプローブ１５をプローブ基板１１に近づけ、脚部２１ａ及び２１ｂの先端に形成された低融点金属層３３をプローブ取付け用パッド３２に当接させる。このとき、プローブ取付け用パッド３３からの熱伝導によって低融点金属層３３が溶融する。その後、加熱用電源の供給を停止すれば、低融点金属が凝固し、コンタクトプローブ１５及びプローブ取付け用パッド３２を電気的に導通させた状態で、コンタクトプローブ１５をプローブ基板１１上に固着することができる。なお、（ａ）及び（ｂ）いずれの場合であっても、先にコンタクトプローブ１５をプローブ取付け用パッド３２に当接させ、その後に抵抗領域３０への電源供給を開始してもよいことは言うまでもない。

図５は、本発明の実施の形態によるプローブカード１００の他の構成例を示した図である。この図は、図２の場合と同様、図１のプローブカード１００を検査対象物側から見た平面図であり、コンタクトプローブ１５及びその周辺のプローブ基板１１を拡大して示したものである。このプローブカード１００では、コンタクトプローブ１５が交互に配置されており、異なるコンタクトプローブ１５に対応する隣接するプローブ取付け用パッド３２の間隔が、図２の場合に比べて広くなっている。このため、隣接するプローブ取付け用パッド３２が短絡されにくくなっている。

プローブ基板１１上には、多数のコンタクトプローブ１５が、互いの主面を対向させて等間隔で配置されている。これらの各コンタクトプローブ１５は、図２では、その主面に平行な方向に関して同じ位置に配置されていたが、図５では、隣接するコンタクトプローブ１５が、その主面に平行な方向に関して異なる位置に配置され、コンタクトプローブ１５がいわゆる千鳥状に配列されている。これらのコンタクトプローブ１５は、いずれも同一形状からなることから、プローブ取付け用パッド３２も、コンタクトプローブ１５と全く同様にして、プローブ基板１１上で千鳥状に配置される。この様にして、隣接するプローブ取付け用パッド３２をコンタクトプローブ１５の配列方向と交差する方向に交互に位置をずらして配置することによって、隣接するプローブ取付け用パッド３２の間隔を広げることができる。従って、低融点金属を加熱溶融した際、隣接するプローブ取付け用パッド３２が、溶融した低融点金属によって短絡されにくくなる。

なお、図５では、同じ形状からなるコンタクトプローブ１５を千鳥状に配置することによって、プローブ取付け用パッド３２を千鳥状に配置させる場合の例について説明したが、隣接するコンタクトプローブ１５の形状を異ならせることによって、プローブ基板１１上においてプローブ取付け用パッド３２を千鳥状に配置させることもできる。例えば、脚部２１ａ及び２１ｂが異なる位置に形成されているコンタクトプローブ１５を使用すれば、コンタクト部２３を直線上に配列したままで、プローブ取付け用パッド３２を千鳥状に配置することもできる。

図６は、本実施の形態によるプローブカード１００の更に他の構成例を示した図である。この図は、図２の場合と同様、図１のプローブカード１００を検査対象物側から見た平面図であり、コンタクトプローブ１５及びその周辺のプローブ基板１１を拡大して示したものである。このプローブカード１００では、絶縁膜３１がプローブ取付け用パッド３２の下部及び周辺部のみに形成されている。図２及び図５では、絶縁膜３１がプローブ基板１１の大部分を覆うように形成されていたが、絶縁膜３１は、異なるコンタクトプローブ１５が取付けられる隣接するプローブ取付けパッド３２間において、最表層として露出していれば、これらのプローブ取付けパッド３２の短絡防止に有効である。このため、図６に示したように、絶縁層３１は、最表層としてプローブ取付け用パッド３２の周囲を取り囲むように形成されていればよい。

本発明の実施の形態によれば、プローブ基板１１上に抵抗領域３０が形成されている。このため、この抵抗領域３０に対し外部から加熱用電源を供給すれば、そのジュール熱によって低融点金属層３３を溶融し、プローブ基板１１に対し、コンタクトプローブ１５を取り付けたり、あるいは、取り外したりすることができる。

また、抵抗領域３０の形状に応じて、プローブ基板１１を局所的に加熱し、プローブ基板１１上の低融点金属を選択的に溶融することができる。従って、コンタクトプローブの取り付け作業や取り外し作業を容易化することができる。特に、抵抗領域３０をコンタクトプローブに対応づけて形成することにより、任意のコンタクトプローブ１５を固着するための低融点金属層３３のみを溶融させることができる。従って、他のコンタクトプローブ１５に影響を与えることなく、任意のコンタクトプローブ１５を取り付けたり、取り外したりすることができる。

また、隣接する２つのプローブ取付け用パッド３２間に絶縁膜３１が最表層として形成され、この絶縁膜３４が、抵抗領域３０やプローブ基板１１のような絶縁膜３１の直下の層に比べ、上記低融点金属に対する濡れ性の悪い膜として形成されていれば、溶融した低融点金属がプローブ基板１１上を流れ、隣接するプローブ取付け用パッド３２に達して、隣接する２つのプローブ取付け用パッド３２を短絡させるのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、メイン基板１０及びプローブ基板１１の２枚の基板によって構成されるプローブカード１００の例について説明したが、本発明はこのようなプローブカードに限定されない。すなわち、本発明は、基板に対するコンタクトプローブ１５の取り付け又は取り外しの容易化に関する発明であり、周知の様々なプローブ基板に適用することができる。なお、プローブ１５が形成される基板は、シリコン単結晶からなることが望ましい。

また、本実施の形態では、コンタクトプローブ１５毎に抵抗領域３０が形成されている例について説明したが、本発明は、この様な構成には限定されない。すなわち、プローブ基板１１の局所的な加熱は、基板上に複数の抵抗領域３０を形成することによって実現される。この場合、抵抗領域３０は、コンタクトプローブ１５に対応づけて形成されていることが望ましいが、一対一に対応づけられている必要は必ずしもない。例えば、１つの抵抗領域３０が、２以上のコンタクトプローブ１５に対応づけられていてもよいし、１つのコンタクトプローブ１５に、２以上の抵抗領域３０が対応づけられていてもよい。

本発明の実施の形態によるプローブカード１００の一構成例を示した図であり、図中の（ａ）は検査対象物側から見た平面図であり、図中の（ｂ）は側面図である。 図１のコンタクトプローブ１５及びその周辺のプローブ基板１１を拡大して示した図であり、検査対象物側から見た平面図である。 図２のコンタクトプローブ１５及びプローブ基板１１をＡ−Ａ切断線によって切断した場合の断面図である。 プローブ基板１１にコンタクトプローブ１５を取り付ける際の様子を示した図である。 本発明の実施の形態によるプローブカード１００の他の構成例を示した図であり、検査対象物側から見た平面図である。 本発明の実施の形態によるプローブカード１００の更に他の構成例を示した図であり、検査対象物側から見た平面図である。

符号の説明

１００ プローブカード
１０ メイン基板
１１ プローブ基板
１５ プローブピン
２１ ベース部
２１ａ，２１ｂ 脚部
２２ ビーム部
２３ コンタクト部
３０ 抵抗領域
３１ 絶縁膜
３１ａ，３１ｂ 開口部
３２ プローブ取付け用パッド
３３ 低融点金属層
４ａ，４ｂ 電源供給端子

Claims (4)

1. プローブ基板上に設けられたプローブ取付け用パッドに低融点金属によってコンタクトプローブが取付けられているプローブカードにおいて、上記プローブ基板に、上記プローブ取付け用パッドを加熱するための抵抗領域が設けられていることを特徴とするプローブカード。
2. 上記プローブ取付け用パッドと上記抵抗領域との間に絶縁膜を備えてい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. 上記抵抗領域が、上記プローブ取付け用パッドの下部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブカード。
4. 上記絶縁膜が、互いに隣接して配置された上記プローブ取付け用パッド間において最表層として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。

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