JP2010008335A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、高性能なプローブカードを提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係るプローブカード２０は、外部から信号が入力されるメイン基板３０と、複数の垂直型のプローブ２２が設けられ、メイン基板３０と導通している配線基板２１を備え、垂直型のプローブ２２は、配線基板２１に固定された接続部２３と、接続部２３から延在し、配線基板２１から開放されていて弾性を有する支持部２５と、支持部２５の末端に設けられた接触部２４を有し、支持部２５は、平面視で接続部２３に内包されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プローブカードに関する。

半導体装置の製造工程において、半導体装置の実装前に半導体基板に形成されたチップ状の半導体装置の電気的な検査が行われる。このような電気的検査では、電極パッドの配置に応じて複数のプローブが実装されたプローブカードが用いられる。半導体装置に設けられている電極パッドに対してプローブを接触させ、プローブを介して半導体装置に通電して、電気的検査が行われる。近年の半導体装置の高集積化に伴い、プローブカードに形成するプローブの数も増加している。すなわち、テストデバイスの狭ピッチ化によって、プローブ寸法を小さくする必要がある。

このようなプローブには、カンチレバー型（片持ち梁型）のものと、垂直ピン型のものがある。カンチレバー型のプローブは、横方向に伸びている。図９に示すように、配線基板２１に実装されたプローブ２２は、プローブカード２０の配線基板２１の主面に沿って延びている（特許文献１）。そして、プローブカード２０を縦方向（矢印方向）に移動して、プローブ２２の突出部分を半導体チップ１１の電極パッド１２に接触させる。

カンチレバー型プローブには、導電性のほか、電極パッド１２に対してプローブ２２を矢印方向に押し付けるための弾性や、押し付けた際に塑性変形しないための剛性が要求される。プローブ２２に弾性を持たせることで、電極パッド１２に対してプローブをオーバードライブで押し付けることが可能になる。オーバードライブで押し付けることによって、プローブ２２が矢印と反対方向に押し上げられて変形する。プローブ２２が変形した際の弾性力によって、電極パッド１２との接触性を向上することができる。また、プローブ２２に剛性を持たせることで、オーバードライブで押し付けた際のプローブ２２の塑性変形を抑制して、耐久性を向上することができ、検査を繰り返し行うことが可能となる。

さらに、特許文献１のプローブには、接触部を電極パッド１２の表面に接触させた際に、電極パッド１２に形成されている表面酸化膜を削り取ることができるように、先端に突起部が設けられている。このようにすることで、絶縁性の表面酸化膜を削り取るスクラブ効果を得ることができ、電極パッド１２との接触性を向上することができる。

このような、プローブ２２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して生産される（特許文献２）。フォトリソグラフィー法を用いて所望のパターン形状を有する導電層や犠牲層を形成した後、犠牲層を除去することにより、所望の形状のプローブが得られる。
特開２００４−１５０８７４号公報 特開２００３−２２７８４９号公報

半導体装置の高集積化が進むにつれて、プローブをさらに小型化する必要が生じている。図９に示すカンチレバー型のプローブ２２では、プローブ２２を小型化するためにフレーム長を短くすることが考えられる。しかしながら、フレーム長を短くすると、オーバードライブで押し付けた場合に、弾性限界を越えて塑性変形が生じることが考えられる。

このように、フレーム長を短くしてプローブを小型化する場合、オーバードライブ量が制限され、プローブと電極パッドとの接触性が低下する。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、高性能なプローブカードを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るプローブカードは、外部から信号が入力されるメイン基板と、複数の垂直型のプローブが設けられ、前記メイン基板と導通している配線基板を備えたプローブカードであって、前記垂直型のプローブは、前記配線基板に固定された接続部と、前記接続部から延在し、前記配線基板から開放されていて弾性を有する支持部と、前記支持部の末端に設けられた接触部を有し、前記支持部は、平面視で前記接続部に内包されていることを特徴とするものである。これにより、プローブを小型化することができる。

本発明の第２の態様に係るプローブカードは、上記のプローブカードにおいて、前記支持部は、前記接触部を前記電極パッド側に付勢する付勢部を有するものである。これにより、プローブを電極パッドに対して確実に接触させることができ、安定した検査が可能になる。また、プローブの塑性変形を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

本発明の第３の態様に係るプローブカードは、上記のプローブカードにおいて、前記支持部は、Ｚ字型形状を有していることを特徴とするものである。これにより、簡易な構造でプローブを電極パッドに対して確実に接触させることができ、安定した検査が可能になる。

本発明の第４の態様に係るプローブカードは、上記のプローブカードにおいて、前記支持部は、格子構造、網目構造又は多孔構造を有する導電性材料からなるものである。これにより、プローブを電極パッドに対して確実に接触させることができ、安定した検査が可能になる。また、導電性を向上させることができる。

本発明によれば、小型で、高性能なプローブカードを提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。

実施の形態に係るプローブ（接触子）を用いたプローブカードの構成について、図１を用いて説明する。図１は、半導体装置に対して電気特性検査（プロービング）を行うためのプローブカードの構成を模式的に示す側面図である。図１はプローブカードの全体を現している。プローブカード２０はプローバーに水平に装着され、テスター装置（不図示）と繋がれる。プローブ２２は配線基板２１に設けられ、配線基板２１とメイン基板３０はＩＣ（Inter Connection）ピン３１で接続されている。メイン基板３０は、通常円形状で、テスター装置との間で信号入出力を行うための外部端子３２を有している。例えばガラスエポキシを主成分とする多層プリント回路基板（ＰＣＢ：Print Circuit Board）が用いられる。補強板３３は例えばステンレス製の構造物で、メイン基板３０の片面に密着している。

配線基板２１は例えばスペーストランスフォーマ（ＳＴ基板２１ａ）と積層基板２１ｂから構成されている。ＳＴ基板２１ａは例えばセラミックから形成されており、表面には多数のパッド２７が形成されている。ＳＴ基板２１ａとメイン基板３０の間隔は調節可能に構成されていて、配線基板２１とメイン基板３０に形成されているパッド２７をＩＣピン３１が連絡する。積層基板２１ｂは例えばポイリミドと銅泊が交互に積層されたもので、ＳＴ基板２１ａと密着配置されている。プローブ２２は検査対象物上に形成されている微小な電極パッドに対して弾性的に当接するもので、配線（積層）基板２１の上に多数のプローブ２２が整列配置されている。各プローブ２２は配線基板２１とメイン基板３０を介して外部端子３２と導通しており、プローブ２２を当接させることによって検査対象物をテスター装置と導通させることができる。

プローブカード２０は、ウエハ１０に対して対向配置されている。プローブカード２０は、配線基板２１とプローブ２２とを有している。配線基板２１には、複数のプローブ２２が実装されている。プローブ２２は、半田付けなどによって配線基板２１に固着されている。プローブ２２の接続部（バンプ）が、配線基板２１の配線に半田付けされる。

プローブカード２０には、電極パッド１２の配置に応じて、複数のプローブ２２が配列されている。そして、それぞれのプローブ２２が対応する電極パッド１２に接触する。配線基板２１には、それぞれプローブ２２と接続される配線が形成されている。従って、配線基板２１の配線が、プローブ２２を介して、電極パッド１２と接続される。これにより、プローバからの検査信号が配線基板２１の配線を介してプローブ２２に供給される。なお、以下の説明において、配線基板２１の主面（下面）と平行な方向を横方向とし、垂直な方向を縦方向とする。

検査（プロービング）を行う際は、電極パッド１２に対してプローブ２２の先端が当接する。すなわち、図１の矢印方向（縦方向）にプローブ２２を有するプローブカード２０を移動させる。そして、プローブ２２と電極パッド１２が近づいていき、プローブ２２の先端が電極パッド１２の表面に接触する。これにより、電極パッド１２がプローブ２２と導通する。プローブカード２０を矢印方向にさらに移動させると、オーバードライブでの押し付けが可能となる。これにより、電極パッド１２との接触性を向上することができ、確実な検査が可能となる。

本実施の形態に係るプローブ２２は、垂直ピン型のものである。従って、プローブ２２は、縦方向（矢印方向）に沿って延びている。すなわち、プローブ２２は、配線基板２１の主面に対して垂直な方向に沿って設けられている。垂直ピン型のプローブ２２は、半導体チップ１１の電極パッド１２に対し垂直に接触するものである。そして、オーバードライブで押し付けた際に生じる弾性力によって、プローブ２２の先端が電極パッド１２に押し付けられる。これにより、接触部２４と電極パッド１２とを確実に接触させることができる。

次に、プローブ２２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、プローブ２２の構成を模式的に示す図である。プローブ２２は、接続部２３、接触部２４、支持部２５を備えている。なお、図２では、図１に示すプローブ２２を横にした状態を示しており、右側が電極パッド１２側、左側が配線基板２１側になっている。従って、接触部２４が電極パッド１２側に突出して配置され、接続部２３が配線基板２１側に配置される。プローブ２２は、導電性を有する金属材料などによって構成されている。例えば、支持部２５としてニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）を用い、接触部２４としてパラジウムコバルト（ＰｄＣｏ）を用いることができる。また、バンプである接続部２３は、導電固着あるいはハンダ付けがしやすいよう支持部２５等と異なる材料により形成されていることが望ましい。

プローブ２２の一端には、電極パッド１２と接触する接触部２４が設けられている。図２において、接触部２４は、支持部２５の右側の面に設けられている。接触部２４は、支持部２５に支持されている。ここでは、支持部２５中に、接触部２４の一部が埋設されている。これにより、接触部２４が支持部２５に対して固定される。接触部２４は、プローブ２２の他の部分よりも、電極パッド１２側に突出している。接触部２４の先端はとがっている。

プローブ２２の他端には、配線基板２１に固定される接続部２３が設けられている。図２において、接続部２３は、支持部２５の左側の面に設けられている。支持部２５は、平面視で接続部２３からはみ出さないように形成されている。本実施の形態では、接続部２３の大きさは、支持部２５の左側の面の大きさと略等しい。このため、プローブ２２を小型化することができる。また、プローブの塑性変形を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

図３に、本実施の形態に係るプローブ２２を配線基板２１に実装した状態を示す。ここでは、３×３本のプローブ２２をマトリクス状に配置した例を示している。図３に示すように、本実施の形態に係るプローブ２２においては、支持部２５は接続部２３からはみ出さないように形成されている。このため、隣接するプローブ２２同士の干渉を抑制することができる。これにより、プローブカード２０上のプローブ２２集積度を高めることができ、高集積化されたウエハ１０であっても、検査することが可能となる。

なお、図４〜６にそれぞれ示すように、支持部２５は、格子構造、網目構造又は多孔構造を有していてもよい。これにより、接触部２４を電極パッド１２に押し付けることができ、電極パッド１２との接触性を向上することができ、確実な検査が可能となる。また、オーバードライブで押し付けた場合でも、塑性変形が生じることがなく、耐久性を向上させることができる。

次に、プローブ２２の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態にかかるプローブ２２の製造方法を説明する工程断面図である。以下の各層におけるパターンは、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。すなわち、フォトリソグラフィーを用いることによって、所望の形状のパターンを積層していくことができる。具体的には、導電層の形成、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去などを繰り返し行うことで、基板上に、プローブ２２が形成される。また、導電層の形成には、メッキやスパッタなどの方法が用いられる。そして、犠牲層を除去することで、犠牲基板からプローブ２２が取り外される。また、各犠牲層としては、銅やフォトレジスト等を用いることができる。

まず、Ｓｉウエハなどからなる犠牲基板４０を用意する。犠牲基板４０の全面に銅（Ｃｕ）等からなる第１犠牲層４１を形成する。第１犠牲層４１を研磨して平坦化する。そして、第１犠牲層４１の上に、支持部２５を構成する第１導電層２５ａのパターンを形成する。これにより、図７（ａ）に示す構造となる。

次に、図７（ｂ）に示すように、第１導電層２５ａのパターンを囲うように、第２犠牲層３２を形成する。そして、表面を研磨して平坦化する。これにより、第２犠牲層３２の高さが第１導電層２５ａと一致する。すなわち、第２犠牲層３２の上面と第１導電層２５ａの上面とは、略同じ高さになっている。このように、第１導電層２５ａが形成されていない領域が第２犠牲層３２によって埋められる。また、接触部２４を形成するため、第２犠牲層３２上に第３犠牲層４３を形成する。

そして、図７（ｃ）に示すように、第１導電層２５ａ、第２犠牲層３２、第３犠牲層４３上に接触部２４を構成する第２導電層２４ａのパターンが形成される。第２導電層２４ａは、第１導電層２５ａ上から、第２犠牲層３２上、第３犠牲層４３上まで延在して設けられる。すなわち、第２導電層２４ａは、階段状に形成される。その後、図７（ｄ）に示すように、第１導電層２５ａ上に、支持部２５を構成する第３導電層２５ｂが形成される。これにより、接触部２４の一部は、支持部２５中に埋設される。また、第３犠牲層４３、第２導電層２４ａ、第３導電層２５ｂの上面が、略同じ高さになるようにする。

その後、図７（ｅ）に示すように、第３導電層２５ｂ上に第４導電層２５ｃを形成する。第１導電層２５ａ、第３導電層２５ｂ、第４導電層２５ｃにより、支持部２５が構成される。そして、支持部２５の接触部２４が設けられた面と反対側の面側の第２犠牲層３２の一部を除去して、開口部を形成する。

そして、図７（ｆ）に示すように、開口部内に、第４導電層２５ｃの高さと略等しくなるように、接続部２３を形成する。すなわち、接続部２３は、支持部２５の接触部２４が設けられた面と反対側の面と略同じ大きさとなる。従って、支持部２５は、接続部２３からはみ出さないように形成される。従って、小型化したプローブ２２を生産することができる。接続部２３を配線基板２１に導電固着する場合、比較的低温で行うには、接続部２３にＳｎ−Ｐｂの共晶合金を用いる。Ｐｂフリー化のためにはＰｂの代わりにＡｇ、Ｃｕ等を用いるとよい。また、熱圧着や超音波接合を用いると、固着時の熱による隣接プローブの固着不良を防ぐことができる。この場合、接続部２３は、Ａｕ又はＡｌを含む金属で構成する。

そして、全ての犠牲層を除去することによって、プローブ２２が完成する。すなわち、犠牲層エッチングによって、第１犠牲層４１、第２犠牲層４２、第３犠牲層４３が除去される。これにより、犠牲基板４０からプローブ２２が取り外される。すなわち、犠牲基板４０に形成されている、複数のプローブ２２が一度に生産される。このように、ＭＥＭＳ技術を用いることで、犠牲基板４０上に多数のプローブ２２となる導電性の構造体を形成することができる。よって、生産性よくプローブを製造することができる。

そして、プローブ２２を配線基板２１に実装する。すなわち、プローブ２２の接続部２３を、配線基板２１の配線パターンに半田付けする。これにより、プローブ２２が配線基板２１に固定され、配線基板２１の配線とプローブ２２とが接続する。このように、小型化したプローブ２２を配線基板２１に実装することにより、高密度にプローブ２２を配置することができる。

なお、支持部２５は、接触部２４を電極パッド１２に押し付けるための付勢部を有していることが好ましい。付勢部としては、例えばバネ構造等が考えられる。図８に、本発明に係るプローブ２２の構成の他の例を示す。図８に示すように、本実施例に係る支持部２５は、Ｚ字型に形成されている。支持部２５のＺ字型の下辺には、接続部２３が設けられており、上辺には接触部２４が設けられている。接続部２３の上面と、支持部２５のＺ字型の下辺の面とは略同じ大きさになっている。

このため、この例においても、プローブ２２を小型化できる。また、オーバードライブで押し付けた際に、接触部２４がＺ字型支持部２５により付勢され、その先端がさらに電極パッド１２に押し付けられる。これにより、接触部２４と電極パッド１２とを確実に接触させることができ、検査を確実に行うことができる。また、Ｚ字型の支持部２５のバネ定数を適当な値にすれば、プローブ２２の塑性変形するのを防ぐことができる。よって、耐久性を向上することができ、繰り返しの検査を確実に行うことができる。このように、小型で高性能なプローブ２２を提供することができる。

なお、図８に示す例では、Ｚ字型の支持部２５を設けたが、その形状はＺ字型に限られるものではない。例えば、支持部２５をＳ字型や、Ｃ字型のバネ構造としてもよい。

また、上記の説明では、検査対象を半導体チップ１１としたが、半導体チップ１１以外のものに対して検査を行ってもよい。すなわち、検査対象に設けられた電極パッドに対して接触する接触子に対して上記の構成を利用することができる。上記のプローブ２２を用いて、例えば、液晶表示パネルに対して検査を行うことができる。

実施の形態に係るプローブカードの構成を示す図である。 実施の形態に係るプローブの構成を示す図である。 実施の形態に係るプローブの実装例を示す図である。 実施の形態に係るプローブの構成の他の例を示す図である。 実施の形態に係るプローブの構成の他の例を示す図である。 実施の形態に係るプローブの構成の他の例を示す図である。 実施の形態に係るプローブの製造方法を示す工程断面図である。 実施の形態に係るプローブの構成の他の例を示す図である。 従来のプローブの構成を示す図である。

符号の説明

１０ ウエハ
１１ 半導体チップ
１２ 電極パッド
２０ プローブカード
２１ 配線基板
２１ａ ＳＴ基板
２１ｂ 積層基板
２２ プローブ
２３ 接続部
２４ 接触部
２４ａ 第２導電層
２５ 支持部
２５ａ 第１導電層
２５ｂ 第３導電層
２５ｃ 第４導電層
３０ メイン基板
３１ ＩＣピン
３２ 外部端子
３３ 補強板
３４ パッド
４０ 犠牲基板
４１ 第１犠牲層
４２ 第２犠牲層
４３ 第３犠牲層

Claims (4)

1. 外部から信号が入力されるメイン基板と、複数の垂直型のプローブが設けられ、前記メイン基板と導通している配線基板を備えたプローブカードであって、
   前記垂直型のプローブは、
   前記配線基板に固定された接続部と、
   前記接続部から延在し、前記配線基板から開放されていて弾性を有する支持部と、
   前記支持部の末端に設けられた接触部を有し、
   前記支持部は、平面視で前記接続部に内包されていることを特徴とするプローブカード。
2. 前記支持部は、前記接触部を前記電極パッド側に付勢する付勢部を有する請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記支持部は、Ｚ字型形状を有し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。
4. 前記支持部は、格子構造、網目構造又は多孔構造を有する導電性材料からなる請求項１、２又は３に記載のプローブカード。

Images