JP2010127852A - プローブピン、および、それを備えるテストヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】少数の部品でケルビンプローブを構成することができ、しかも、複数個のケルビンプローブを比較的細かい間隔で配置できること。
【解決手段】ケルビンプローブを構成する一対のプローブ２８ａｉが、互いに略平行に配される支持基板２６Ａおよび２６Ｂ相互間であって、プラスチックで筒状に成形されたハウジング部材３０ａｉにおける隣接して形成される円形断面を有する貫通孔３０ａ内に、それぞれ、配されているもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケルビンプローブを構成することができるプローブピン、および、それを備えるテストヘッドに関する。

半導体装置の抵抗値の測定において、精度よく再現性のある抵抗値の測定を行うことを目的としてケルビン法が、用いられる場合がある。ケルビン法においては、例えば、特許文献１にも示されるような、ケルビンプローブが使用される。そのケルビンプローブは、耐久性および信頼性の観点から絶縁材シートを介して対向配置された一対の金属線状体と、一対の金属線状体を挟持する一対の長尺部材と、一対の長尺部材の外周部を覆う熱収縮チューブおよび金属板とを含んで構成されている。

特開２００５−６２１００号公報

上述の特許文献１に示されるケルビンプローブにおいては、一対の金属線状体を支持する構成が、一対の長尺部材、熱収縮チューブおよび金属板を含んで構成されるので組み立て作業が煩雑となる。また、例えば、プローブカード内にそのようなケルビンプローブを多数個、比較的細かい間隔で配置する場合、一対の長尺部材、熱収縮チューブおよび金属板の厚みにより、隣接するケルビンプローブの相互間隔をさらに細かくすることにも限界がある。

以上の問題点を考慮し、本発明は、ケルビンプローブを構成することができるプローブピン、および、それを備えるテストヘッドであって、少数の部品でケルビンプローブを構成することができ、しかも、複数個のケルビンプローブを比較的細かい間隔で配置できるプローブピン、および、それを備えるテストヘッドを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るプローブピンは、互いに略平行に配置される一対の支持基板の相互間に支持され、絶縁性材料で成形されたハウジング部材における少なくとも一つの貫通孔に移動可能に配され、貫通孔に対向して形成される支持基板の細孔を介して突出する接点部をそれぞれ有する一対のコンタクト端子と、貫通孔における一対のコンタクト端子相互間に配され、一対のコンタクト端子を互いに離隔する方向に付勢する付勢部材と、を備えて構成される。

また、本発明に係るプローブピンを備えるテストヘッドは、上述のプローブピンを縦横に複数個備える。

以上の説明から明らかなように、本発明に係るプローブピン、および、それを備えるテストヘッドによれば、絶縁性材料で成形されたハウジング部材における少なくとも一つの貫通孔に移動可能に配され、貫通孔に対向して形成される支持基板の細孔を介して突出する接点部をそれぞれ有する一対のコンタクト端子と、貫通孔における一対のコンタクト端子相互間に配され、一対のコンタクト端子を互いに離隔する方向に付勢する付勢部材と、を備えて構成されるので少数の部品でケルビンプローブを構成することができ、しかも、複数個のケルビンプローブを比較的細かい間隔で配置できる。

図２は、本発明に係るプローブピンを備えるテストヘッドの一例が内蔵されるプローブカードを備える半導体装置用検査装置の一例の要部を概略的に示す。

図２において、半導体装置用検査装置は、着脱される被検査物としてのシリコンウェー
ハＳＷを支持する被検査物用ステージを含んでなる移動テーブル部２２と、プローブカード１４を含んでなるプローブカード用ステージ１０と、プローブカード用ステージ１０を被検査物用ステージに対しＺ座標軸に沿って昇降動させるプローブカード用ステージ駆動機構部（不図示）と、移動テーブル部２２およびプローブカード用ステージ駆動機構部を支持するベース部（不図示）と、を主な構成要素として含んで構成されている。

円板状のシリコンウェーハＳＷには、上述のプローブカード１４を介して検査信号群が供給される同一の回路パターンが、複数個、縦横に形成されている。各回路パターンには、後述する電極部ｓｗｐ（図４参照）が複数個、所定の間隔で形成されている。

移動テーブル部２２は、シリコンウェーハＳＷが着脱される載置部を有する被検査物用
ステージと、その検査物用ステージの下方に配され検査物用ステージを回動可能に支持する回転ステージと、その回転ステージを紙面に垂直方向、即ち、図２においてＹ座標軸方向に沿って移動可能に支持するＹ軸用ステージと、Ｙ軸用ステージを移動可能に支持するとともに、Ｙ座標軸に直交する方向、即ち、図２においてＸ座標軸方向に移動せしめられるＸ軸用ステージと、を含んで構成されている。

被検査物用ステージの載置部は、例えば、図示が省略される吸引ポンプの吸引側に接続される複数の孔からなる載置面を有している。これにより、シリコンウェーハＳＷが載置面に載置された場合、吸引ポンプが作動状態とされることにより、シリコンウェーハＳＷがその載置面に選択的に保持されることとなる。

プローブカード１４は、シリコンウェーハＳＷの各回路パターンに電気的に接続される
テストヘッド２０を有する環状の配線基板１２を含んで構成されている。

配線基板１２は、その円周方向に沿って所定の間隔で形成される接続端子部に接続される検査信号伝達路１８ｗａを介して所定のテスター２４に接続されている。

テストヘッド２０は、図３に示されるように、配線基板１２の中央部の孔１２ａに跨って配される接続基板１６における一方の表面上に配されている。これにより、テストヘッド２０は、配線基板１２の中央部の孔１２ａをシリコンウェーハＳＷに向けて貫通している。

シリコンウェーハＳＷの回路パターンと接続基板１６および配線基板１２とを電気的に接続するテストヘッド２０は、一部が図１に拡大されて示されている。図１においては、ケルビンプローブを構成する一対のプローブ２８ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）が、互いに略平行に配される支持基板２６Ａおよび２６Ｂ相互間に配置される。支持基板２６Ａおよび２６Ｂは、例えば、それぞれ、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の厚さを有している。一対のプローブ２８ａｉは、図４に示されるように、シリコンウェーハＳＷにおける回路パターンに形成される一つの共通の平坦な板状の電極部ｓｗｐに対応して配される。一対のプローブ２８ａｉは、例えば、シリコンウェーハＳＷにおける所定の領域内の回路パターンに形成される複数個の電極部にそれぞれ対応して縦横に所定の間隔で複数個、配列されている。なお、図１においては、複数の一対のプローブ２８ａｉのうちの一つを代表的に示す。

一対のプローブ２８ａｉは、図５に示されるように、それぞれ、電気的絶縁性の材料、例えば、プラスチックで筒状に成形されたハウジング部材３０ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）における隣接して形成される円形断面を有する貫通孔３０ａ内に、それぞれ、配されている。複数個のハウジング部材３０ａｉのうち隣接するハウジング部材３０ａｉの中心軸線の相互間隔は、例えば、約１５０μｍ程度に設定されている。

ハウジング部材３０ａｉの外径は、例えば、１１０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に設定されている。各貫通孔３０ａは、図１に示されるように、ハウジング部材３０ａｉの中心軸線に沿って形成されている。また、各貫通孔３０ａは、図５に示されるように、中心軸線に交差し、半径方向に延びる共通の直線上であって中心軸線を対称軸として対称的に均等な位置に形成されている。貫通孔３０ａの中心軸線の相互間隔は、例えば、約８０μｍ以上１２０μｍ以下に設定されている。これにより、各貫通孔３０ａ相互間には、隔壁３０Ｗが形成されることとなる。なお、貫通孔３０ａの内周面には、所定の膜厚を有する金メッキが施されてもよい。

１個のプローブ２８ａｉは、接続基板１６の電極部に当接する接点部を有するコンタクト端子２８Ａと、シリコンウェーハＳＷにおける回路パターンに形成される一つの共通の電極部ｓｗｐに当接する接点部を有するコンタクト端子２８Ｂと、コンタクト端子２８Ａとコンタクト端子２８Ｂとの間に配され互いに離隔する方向に付勢するコイルスプリング２８Ｓとを含んで構成されている。

コンタクト端子２８Ａおよび２８Ｂは、互いに同一の構成を有しているのでコンタクト端子２８Ａについて説明し、コンタクト端子２８Ｂについての説明を省略する。

コンタクト端子２８Ａは、貫通孔３０ａの直径よりも若干小さい直径である円形の外形を有し、貫通孔３０ａ内で移動可能に支持されている。また、コンタクト端子２８Ａは、コイルスプリング２８Ｓの一端が挿入される凹部を一端に有している。コイルスプリング２８Ｓの一端は、凹部の周縁がかしめられることにより、コンタクト端子２８Ａに固定されている。また、コンタクト端子２８Ａは、支持基板２６Ａの細孔２６ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）に挿入される円柱状の接点部を他端に有している。その接点部は、約６０μｍ程度の直径を有し、細孔２６ａｉから所定の長さだけ突出している。支持基板２６Ａの細孔２６ａｉは、貫通孔３０ａの直径に比して小なる直径を有し、段差のある穴ではなく貫通した均一な半径を有する細孔なので機械加工が容易となる。従って、穴の加工時間が短縮され、製造コストが大幅に低減される。

支持基板２６Ｂにおいても、細孔２６ｂｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）が、細孔２６ａｉと共通の中心軸線上に向かい合って形成されている。細孔２６ｂｉは、細孔２６ａｉの直径と同一の直径を有した同一形状の細孔とされる。

なお、上述の例においては、コイルスプリング２８Ｓが備えられているが、斯かる例に限られることなく、例えば、コイルスプリング２８Ｓの代わりに、メッキ処理が施された内周面に対し弾性体としてゴム（エラストマー）で成形された付勢部材が収容されてもよい。

斯かる構成において、ケルビン測定法に従い、シリコンウェーハＳＷにおける回路パターンの抵抗値を検査するにあたっては、先ず、被検査物用ステージに支持されるシリコンウェーハＳＷが、移動テーブル部により、所定位置まで移動せしめられる。次に、プローブカード用ステージ１０が、プローブカード用ステージ駆動機構部により、移動テーブル部２２の被検査物用ステージに支持されるシリコンウェーハＳＷにおける所定の回路パターンの真上の位置から下降せしめられる。これにより、図４に示されるように、テストヘッド２０の各プローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が電極部ｓｗｐに当接される。

続いて、テストヘッド２０における一対のプローブ２８ａｉのうち一方のプローブ２８ａｉをセンス端子として電圧（電位差）がプローブ２８ａｉに印加され、また、他方のプローブ２８ａｉをパワー端子として電流がプローブ２８ａｉに供給される状態で、検査が開始され、回路パターンにおける抵抗値がテスター２４により測定されることとなる。

さらに、一つの回路パターンの抵抗値が測定された後、隣接する回路パターンを検査するにあたっては、一旦、テストヘッド２０が、シリコンウェーハＳＷから離隔される。その後、シリンコンウェーハＳＷにおける隣接する回路パターンがテストヘッド２０の真下の位置となるように、Ｘ軸用ステージ、およびＹ軸用ステージが移動され、回転ステージが回動される。次に、テスター２４により上述と同様な測定がなされる。そして、一枚のシリコンウェーハＳＷにおけるすべての回路パターンに対し同様な検査が繰り返される。

上述の例において、ハウジング部材３０ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）における貫通孔３０ａ相互間には、隔壁３０Ｗが形成されているが、斯かる例に限られることなく、図６（Ａ）に示されるように、二つの貫通孔３０’ａの形状は、その隣接する端部が互いに連結される形状であってもよい。これにより、二つの貫通孔３０’ａは、互いに連通し、上述の隔壁の代わりに空気層が一対のプローブ２８ａｉ相互間に形成されるので誘電率が低減され、従って、テストヘッド２０における周波数特性の向上がさらに図られる。なお、プローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ａおよびコンタクト端子２８Ｂの外形は、円形なので二つの貫通孔３０’ａが連結したとしても、互いに共通の貫通孔内にコンタクト端子２８Ａとコンタクト端子２８Ｂとが侵入し、ショートすることはない。

また、上述の例においては、ハウジング部材３０ａｉおよび３０’ａｉは、一対のプローブ２８ａｉを貫通孔３０ａおよび３０’ａに収容する構成とされるが、必ずしもこのようになされる必要がなく、例えば、図６（Ｂ）および（Ｃ）に示されるように、ハウジング部材が、２対のプローブ２８ａｉ、合計４本のプローブ２８ａｉを収容するものであってもよい。

図６（Ｂ）において、ハウジング部材３２ａｉは、所定の直径を有する共通の円周上に均等に貫通孔３２ａを有するものとされる。隣接する貫通孔３２ａ相互間には、隔壁が形成されることとなる。

図６（Ｃ）において、ハウジング部材３４ａｉは、貫通孔３４ａを有するものとされる。貫通孔３４ａは、所定の直径を有する共通の円周上に均等に貫通孔３４ａ１，３４ａ２，３４ａ３，および、３４ａ４により形成されている。隣接する貫通孔３４ａ１，３４ａ２，３４ａ３，および、３４ａ４は、互いに連結され、連通している。これにより、４つの貫通孔３０ａ１、３４ａ２，３４ａ３，および、３４ａ４は、互いに連通し、空気層がプローブ２８ａｉ相互間に形成されるので誘電率が低減され、従って、テストヘッド２０における周波数特性の向上がさらに図られる。

上述のシリコンウェーハＳＷにおける各回路パターンに形成される複数個の電極部は、
平坦な板状の電極部ｓｗｐであるが、斯かる例に限られることなく、例えば、図７に拡大されて示されるように、シリコンウェーハ４０における縦横に区画された所定の領域４０Ａｉ内の回路パターンに形成される複数の電極部４０Ｂｉが、半球状のバンプ電極であってもよい。電極部４０Ｂｉは、図７において、Ｘ座標軸、および、Ｘ座標軸に対し直交するＹ座標軸に沿って縦横に形成されている。斯かる場合においては、図８に拡大されて示されるように、テストヘッド２０における一対のプローブ２８ａｉは、シリコンウェーハ４０における一つの電極部４０Ｂｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）に対応して配される。その際、すべての一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部は、Ｙ座標軸に対し平行となるように配置されている。また、一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部は、一つの電極部４０Ｂｉにおける共通の半球状の外周面に隣接して当接される。

さらに、シリコンウェーハ４０における縦横に区画された所定の領域４０Ａｉ内の回路パターンに形成される複数の電極部４０Ｂｉが、半球状のバンプ電極である場合、図９に拡大されて示されるように、テストヘッド２０における任意の一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部の配置方向が、その一対のプローブ２８ａｉの二方向、三方向、または、四方向を取り囲むすべての一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部の配置方向に略直交する方向に配列されてもよい。即ち、図９において、例えば、第１番目の行における左端に位置する電極４０Ｂｉおよび左端から第３列目に位置する電極４０Ｂｉに対し一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、Ｙ座標軸に対し略平行に配置される場合、同一の行において、その相互間に隣接する一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、Ｘ座標軸に対し略平行に配置される。また、Ｘ座標軸に対し平行な第２番目の行における左端に位置する電極４０Ｂｉおよび左端から第３列目に位置する電極４０Ｂｉに対し一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、Ｘ座標軸に対し略平行に配置される場合、同一の行において、その相互間に隣接する一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、Ｙ座標軸に対し略平行に配置される。

なお、図９においては、図７において同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

斯かる場合にあっては、一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部に対するシリコンウェーハ４０における電極部４０Ｂｉの位置ずれが抑制される。

さらにまた、図９において、第１行における第１列目、第２行における第２列目、第３行における第３列目、第４行における第４列目に配置される一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、それぞれ、図１０に示されるように、Ｘ座標軸に対し平行な第１番目の行に配置され、図９において、第２行における第１列目、第３行における第２列目、第４行における第３列目に配置される一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部が、それぞれ、図１０に示されるように、第２番目の行に配置されるように順次、配列されてもよい。なお、図１０においては、図７において同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

この場合、同一列において隣接する一対のプローブ２８ａｉは、同じ角度で同一方向に傾けられ、同一列において隣接する一対のプローブ２８ａｉは、異なる行における一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部の配置方向に対し時計回り方向に９０°だけ回転した状態で配置されることとなる。

従って、このように任意の一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部の配置方向を行毎に任意の角度に傾けても一対のプローブ２８ａｉのコンタクト端子２８Ｂの接点部に対するシリコンウェーハ４０における電極部４０Ｂｉの位置ずれが抑制できる。

本発明に係るプローブピンの一例、および、それを備えるテストヘッドの一例の要部を示す部分断面図である。 本発明に係るプローブピンの一例を備えるテストヘッドが設けられるプローブカードを備える半導体装置用検査装置の構成を概略的に示す構成図である。 図２に示される例におけるテストヘッドを備える配線基板の平面図である。 図１に示されるテストヘッドのプローブピンのコンタクト端子が電極部に当接した状態を示す部分断面図である。 図１に示される例におけるテストヘッドのプローブピンをハウジング部材とともに示す部分断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図１に示される例に用いられるハウジング部材の他の一例を示す斜視図である。 テストヘッドのプローブピンの配置の一例を電極部とともに部分的に示す図である。 図７に示される例において、テストヘッドのプローブピンのコンタクト端子が電極部に当接した状態を示す部分断面図である。 テストヘッドのプローブピンの配置の他の一例を電極部とともに部分的に示す図である。 テストヘッドのプローブピンの配置のさらなる他の一例を電極部とともに部分的に示す図である。

符号の説明

２０ テストヘッド
２６Ａ，２６Ｂ 支持基板
２８ａｉ プローブピン
３０ａｉ，３０’ａｉ，３２ａｉ，３４ａｉ ハウジング部材
３０ａ 貫通孔
ｓｗｐ 電極部
４０Ｂｉ 電極部

Claims (5)

1. 互いに略平行に配置される一対の支持基板の相互間に支持され、絶縁性材料で成形されたハウジング部材における少なくとも一つの貫通孔に移動可能に配され、該貫通孔に対向して形成される該支持基板の細孔を介して突出する接点部をそれぞれ有する一対のコンタクト端子と、
   前記貫通孔における前記一対のコンタクト端子相互間に配され、該一対のコンタクト端子を互いに離隔する方向に付勢する付勢部材と、
   を具備して構成されるプローブピン。
2. 前記ハウジング部材における２個の貫通孔が、一つの共通の電極部に対して２個の前記コンタクト端子の接点部が隣接して当接するように離隔して形成されることを特徴とする請求項１記載のプローブピン。
3. 前記ハウジング部材における前記２個の貫通孔は、空気層を介して互いに連通することを特徴とする請求項２記載のプローブピン。
4. 前記ハウジング部材における貫通孔の内周面に、メッキ処理が施されることを特徴とする請求項１記載のプローブピン。
5. 一対の請求項１記載のプローブピンを縦横に複数個備えるテストヘッド。

Images