JP2010175507A - 電気的接続装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】中央部が上方に凸になるようにプローブ基板が大きく湾曲しても、被検査体から針先までの距離の差が小さい電気的接続装置を提供する。
【解決手段】電気的接続装置16は、プローブ基板34と、被検査体12の電極に押圧される針先を備えかつプローブ基板に下面に配置された複数の接触子36とを含む。プローブ基板と平行の仮想面から針先までの距離寸法は、プローブ基板の中心の側に位置する接触子ほど大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、集積回路のような平板状被検査体の電気的試験に用いるプローブカードのような電気的接続装置に関する。
半導体ウエーハに形成された集積回路は、一般に、所定の電気的特性を有するか否かの電気的試験(すなわち、集積回路の良否の判定)をされる。そのような試験は、集積回路の電極と試験装置の電気回路とを電気的に接続するプローブカードのような電気的接続装置を用いて、1つのウエーハの全ての集積回路を、同時に一回で又は複数回に分けて行われる。
そのような試験に用いる接続装置は、試験装置の電気回路に電気的に接続される複数の接続部を有する配線基板と、該配線基板の下側に配置されかつ前記接続部に電気的に接続された複数の内部配線を有するプローブ基板と、該プローブ基板の下面に取り付けられて前記内部配線に電気的に接続された複数の接触子(すなわち、プローブ)とを備える。この接続装置は、配線基板又は該配線基板の上面に取り付けられた補強部材の外周縁部において、試験装置に取り付けられる。
上記の接続装置において、各接触子の針先は、集積回路の電極に押圧されて弾性変形し、集積回路の電極に対し滑る。これにより、集積回路の電極の表面に形成されている酸化膜が針先により擦り取られて、接触子と集積回路の電極とが良好に接触する。この状態で、接触子と集積回路の電極との間における試験のための電気信号の受け渡しが行われる。
近年、ウエーハの大型化にともなって、直径寸法が300mmを超えるウエーハが製造されている。そのような大型のウエーハの試験のために、一回で同時に試験可能の集積回路数が多い大型の接続装置の要求が高まり、それにともなってプローブ基板の大型化が進み、より多くの接触子をプローブ基板に取り付けて、より多くの集積回路を一回で同時に試験可能にしている。
現在では、直径寸法が300mmを超えるウエーハが製造されており、そのようなウエーハの集積回路の試験に用いる電気的接続装置の配線基板やプローブ基板の直径寸法は400mmを超える。
上記のことから、接触子と集積回路の電極との間の電気的接触状態(すなわち、導通性)を安定化する目的で、プローブ基板を平坦化して、集積回路に対する接触子の針先の高さ位置を均一にする技術(特許文献1)や、接触子の針先を集積回路の電極に押圧したときに起きるプローブ基板の湾曲を強制的に防止して、プローブ基板を強制的に平坦にする技術(特許文献2)等が提案されている。
しかし、プローブ基板の大型化や、プローブ基板に取り付ける接触子数の増加等の傾向から、接触子数が多くなるほど、接続装置全体の押圧力(総押圧力)が大きくなることは避けることができない。例えば、1つの接触子につき5gの押圧力が必要な場合、2万の接触子を備える接続装置においては、接続装置全体の総押圧力は100kgにもなる。
このため、上記の従来技術では、いずれも、接触子の針先を集積回路の電極に押圧したときの接続装置の配線基板やプローブ基板のような構成部材の撓みに起因して、中央部が上方に凸になるようにプローブ基板が大きく湾曲してしまう。
プローブ基板が上記のように撓むと、集積回路に対する接触子(特に、針先)の高さ位置が、プローブ基板の中心側に位置する接触子と、周縁側に位置する接触子とで大きく異なってしまう。その結果、接触子の針先を集積回路の電極に押圧したときの集積回路の電極に対する針先の滑り量に大きな差が生じる。
上記のような接続装置では、所望の滑り量が得られない接触子、試験時に針先が集積回路の電極に押圧されない接触子等が存在することになる。そのような場合、接続装置を試験装置に取り付け、接触子による電極の擦り取り跡をマークとする接触位置の確認を正確に行うことができなくなり、また正確な試験が不能になる。
本発明は、中央部が上方に凸になるようにプローブ基板が大きく湾曲してしも、被検査体から針先までの距離の差を小さくすることにある。
本発明に係る電気的接続装置は、プローブ基板と、被検査体の電極に押圧される針先を備えかつ前記プローブ基板に下面に配置された複数の接触子とを含む。前記プローブ基板と平行の仮想面から前記針先までの距離寸法は、前記プローブ基板の中心の側に位置する接触子ほど大きい。
前記複数の接触子は、前記中心の周りを同心的に伸びる複数の領域のいずれかに位置されており、前記距離寸法は前記中心の側の領域に位置する接触子ほど大きくされていてもよい。
前記複数の領域は、前記中心の側に位置する第1の領域と、該第1の領域の周りの第2の領域とを含み、前記最も外側に位置する領域の半径をRとしたとき、前記第1及び第2の領域は、それぞれ、前記中心からR/2及びR/2からRの範囲を含むことができる。
上記の代わりに、前記複数の領域は、前記中心の側に位置する第1の領域と、該第1の領域の周りの第2の領域と、該第2の領域の周りの第3の領域とを含み、前記最も外側に位置する領域の半径をRとしたとき、前記第1、第2及び第3の領域は、それぞれ、前記中心からR/3、前記第2の領域の範囲はR/3から2R/3及び前記第3の領域の範囲は2R/3からRの範囲を含むことができる。
前記プローブ基板への前記接触子の取付位置から前記針先までの寸法は、前記中心の側に位置する接触子ほど大きくされていてもよい。
前記プローブ基板は、前記接触子が取り付けられた複数のプローブランドを前記下面に備え、該プローブランドの厚さ寸法は前記中心の側に位置するプローブランドほど大きくされていてもよい。
前記プローブ基板は、それぞれに前記接触子が取り付けられた複数のプローブランドを前記下面に備え、前記プローブランドの厚さ寸法は前記中心の側に位置するプローブランドほど大きく、前記プローブ基板への前記接触子の取付位置から前記針先までの寸法は前記中心の側に位置する接触子ほど大きくされていてもよい。
最外周に位置する前記領域の半径寸法は200mm以上を有することができる。また、各接触子は前記プローブ基板に片持ち梁状に取り付けられていてもよい。
各接触子は、前記プローブ基板から下方へ伸びる状態に前記プローブ基板に取り付けられた取付領域と、該取付領域の下部から該取付領域の延在方向と交差する方向へ伸びるアーム領域と、該アーム領域の先端部から下方へ伸びる針先領域とを含み、前記針先は前記針先領域の下端とされていてもよい。
本発明においては、針先の下方の仮想面から針先までの高さ位置は、プローブ基板の中心の側に位置する接触子ほど、漸次又は段階的に低くされている。このため、中央部が上方に凸になるようにプローブ基板が大きく湾曲すると、中心の側に位置する接触子ほど、上方に変位されるから、被検査体から針先までの距離の差が小さくなる。
上記の結果、接触子の針先が被検査体の電極に確実に押圧されて、被検査体の電極に対する滑り量の差が著しく低減する。これにより、接続装置を試験装置に取り付けた際の擦り取り跡をマークとする接触位置の確認を正確に行うことができ、また正確な試験が可能になる。
本発明に係る電気的接続装置を用いた試験装置の一実施例を示す図である。 本発明に係る電気的接続装置の第1の実施例を示す図である。 本発明に係る電気的接続装置で用いる接触子の一実施例を示す図である。 接触子の配置領域の第1の実施例を説明するための図である。 図1及び2に示す電気的接続装置において、プローブ基板が湾曲した状態を示す図である。 (A)は本発明に係る電気的接続装置による擦り取り跡を示す図であり、(B)は従来の電気的接続装置による擦り取り跡を示す図である。 接触子の配置領域の第2の実施例を説明するための図である。 本発明に係る電気的接続装置の第2の実施例を示す図である。
図1を参照するに、試験装置10は、半導体ウエーハ12に形成された複数の集積回路を平板状被検査体とする試験に用いられる。試験のための信号は、応答信号を得るべくウエーハ12(特に、集積回路)に供給する電気信号(電圧、電流)、その電気信号に対するウエーハ12(特に、集積回路)からの応答信号等の試験信号を含む。
図1及び図2を参照するに、試験装置10は、検査ステージ14と、電気的接続装置16と、ウエーハ12の集積回路に対する試験信号の受け渡しを、接続装置16を介して、行うテストヘッド18と、接続装置16を試験装置10に取り付ける環状のカードホルダ20とを含む。
検査ステージ14は、ウエーハ12を上面に受けて、真空的に解除可能に吸着するチャックトップ22と、チャックトップ22を移動させるステージ移動機構24とを備える。ステージ移動機構24は、チャックトップ22を、水平面内のX、Y及びZの三方向に三次元的に移動させると共に、Z方向へ伸びるθ軸線の周りに角度的に回転させる既知の移動機構である。
図1及び図2に示すように、接続装置16は、平坦な下面を有する補強部材30と、補強部材30の下面に保持された円形平板状の配線基板32と、配線基板32の下面に配置されたプローブ基板34と、プローブ基板34の下面に配置された複数の接触子36(36a,36b,36c)とを含む。
補強部材30は、ステンレス板のような金属材料で製作された公知のものである(例えば、特開2008−145238号公報参照)。
そのような補強部材30は、外側の環状部30a(図2参照)と、環状部30aの内側を周方向に伸びる内側の取付部(図示せず)と、環状部30a及び取付部を一体的に連結する複数の連結部(図示せず)と、環状部から半径方向外方へ延びる複数の延長部30d(図2参照)とを有する。
環状部30a又は環状部30aより内側の箇所の厚さ寸法は、延長部30dのそれより大きい。このため、補強部材30は、プローブ基板34とほぼ同じ直径寸法を有する環状部30aから内側の箇所が上方に突出した状態に示されている。
例えば、特開2008−145238号公報に記載されているように、補強部材30の上側に補強部材30の熱変形を抑制する環状の熱変形抑制部材、又は配線基板の上方の空間を覆うカバーを配置してもよいし、その熱変形抑制部材の上に前記したカバーを配置してもよい。
配線基板32は、図示の例では、ガラス入りエポキシ樹脂のような電気絶縁樹脂により円板状に製作された公知のものである。そのような配線基板32は、テストヘッド18に対する試験信号の受け渡をするようにテストヘッド18に電気的に接続される複数の端子(図示せず)を上面外周縁部に有し、それら端子に接続された複数の導電路を内部に有する。端子及び導電路は、接触子36と同数設けられている。
プローブ基板34は、セラミック基板、ポリイミド樹脂のような電気絶縁性樹脂により形成されたフレキシブル多層シート、及び多層シートを多層のセラミック基板(図示せず)の下面に設けた併用基板のいずれかである。
上記のようなプローブ基板34は、配線基板32の導電路に電気的に接続された複数の内部配線を有すると共に、それら内部配線に電気的に接続された複数のプローブランド38(図2参照)を下面に備える。内部配線及びプローブランド38も、接触子36と同数設けられている。
補強部材30と配線基板32とは、補強部材30の下面と配線基板32の上面とを互いに当接させた状態に、複数のねじ部材(図示せず)により同軸的に結合されている。これに対し、プローブ基板34は、接触子36が下方となるように、適宜な取付部材と複数のねじ部材とを用いて配線基板32の下面に取り付けられている。
配線基板32とプローブ基板34との間に電気接続器を配置し、配線基板32の導電路とプローブ基板34の内部配線とを電気接続器により電気的に接続してもよい。そのような電気接続器は、例えば、特開2008−145238号公報に記載されている公知のものを用いることができる。
各接触子36は、図3に示すように、上下方向へ伸びる取付領域40と、取付領域40の下部から取付領域40の延在方向と交差する水平方向へ伸びるアーム領域42と、アーム領域42の先端部から下方へ伸びる針先領域44とを含む。
取付領域40は、プローブ基板34の下面に取り付けられる取付部40aと、取付部40aから下方へ延びる延長部40bとを備える。針先領域42は、延長部40bの下端部から延びる一対のアーム部42a,42bを備える。針先領域44の下端部は、横断面積が下端側ほど小さくされて、下端をウエーハ12の集積回路の電極に押圧される針先46とされている。
各接触子36は、その針先46が下方に突出した状態に、取付部40aの上端部において、半田のような導電性接合材による接合、レーザによる溶接等の手法により、プローブランド38に片持ち梁状に装着されている。
各接触子36は、取付部40aの上端から針先36までの高さ寸法H0と、取付部40aの高さ寸法H1と、延在部40bの高さ寸法H2と、プローブランド38への取付部分の中心から針先36までの寸法Lとを有する。
図示の例では、10に満たない接触子36を示しているにすぎないが、実際には、例えば半導体ウエーハ12が300mmの直径寸法を有する場合、2万を超える多数の接触子36が設けられている。
テストヘッド18は、接続装置16に対し試験信号の受け渡しをする既知のものであり、配線基板34の前記した端子に電気的に接続された各種の電気回路を備えている。テストヘッド18は、接続装置16の上側に配置されている。
カードホルダ20は、試験装置10のフレームに支持されており、また接続装置16を受けるようにクランク状の断面形状を有する。接続装置16は、プローブ基板34がチャックトップ2又はチャックトップ22に受けられたウエーハ12と平行になるように、配線基板32の外周縁部においてテストヘッド18に受けられている。
上記のような接続装置16において、プローブ基板34の中央部が上方に凸になるようにプローブ基板34が大きく湾曲しても、ウエーハ12から針先46までの距離の差を小さくする目的で、以下のようにしている。
すなわち、接触子36をプローブ基板34の中心50(図4参照)を中心とする環状の領域48(図4参照)に配置し、プローブ基板34と平行の仮想面から針先46までの距離寸法を中心50の側の領域に位置する接触子ほど大きくしている。
上記の仮想面は、チャックトップ22、これに受けられたウエーハ12の上面、これら上面と平行の面等とすることができる。このため、そのような面からの針先46の高さ位置は、中心50の側の領域に位置する接触子ほど大きい。
図4に示すように、領域48は、最も外側に位置する領域の半径をRとしたとき、中心50から3分の1Rまでの、最も中心50の側に位置する第1の領域R/3と、第1の領域R/3の周りにあって、3分の1Rから3分の2Rまでの、中間に位置する第2の領域2R/3と、第2の領域2R/3の周りにあって、3分の2RからRまでの、最も外側に位置する第3の領域Rとを含む。
図2に示す例では、針先46から取付部40aの上端までの寸法H0が異なる3種類の接触子36a,36b,36cを用いている。実際には、それら接触子の取付部40aの高さ寸法H1を変えている。しかし、延長部40bの寸法H2を変えてもよい。
寸法H0が最も大きい接触子36aは第1の領域R/3に位置されており、寸法H0が次いで大きい接触子36bは第2の領域2R/3に位置されており、寸法H0が最も小さい接触子36aは第3の領域Rに位置されている。
上記の結果、図2に示すように、接触子36aの針先46は最も低い仮想面52aに位置され、接触子36bの針先46は次に低い仮想面52bに位置され、接触子36cの針先46は最も高い仮想面52cに位置されている。すなわち、前記した仮想面からの針先の高さ位置は、接触子36a,36b、36cの順に低い。
試験時、各接触子36は、その針先46をウエーハ12上の集積回路の電極に押圧されて、アーム領域42において弾性変形する。これにより、配線基板32、プローブ基板34等が撓み、それに起因して、プローブ基板34の中央部が図5に示すように上方に凸になるようにプローブ基板34が大きく湾曲してしまう。
上記のような、接続装置16においては、下方のチャックトップ22やそれ受けられたウエーハ12の上面ように、針先46の下方に位置する仮想面から針先46までの高さ位置が中心50の側に位置する接触子ほど、漸次又は段階的に低くされている。このため、中央部が上方に凸になるようにプローブ基板36が大きく湾曲すると、中心50の側に位置する接触子ほど、上方に変位されるから、ウエーハ12から針先46までの距離の差が小さくなる。
上記の結果、接触子36の針先46が集積回路の電極に確実に押圧されて、その電極に対する滑り量の差が著しく低減し、電極の表面に形成されている酸化膜の擦り取り跡が確実に形成され、そのような擦り取り跡の大きさの差が著しく低減する。
プローブ基板34による擦り取り跡の例を図6(A)に示し、従来のプローブ基板による擦り取り跡を図6(B)に示す。図6(A)及び(B)は、中心50付近に位置する集積回路の電極54に対する擦り跡56,58の例を示す。
図6(A)に示すように、プローブ基板34による擦り取り跡56は、針先46の高さ位置が前記のような関係を有するから、プローブ基板34が上記のように湾曲されても、少なくとも擦り方向における長さ寸法が大きい。したがって、擦り跡の面積及び深さ寸法が大きく、擦り跡が明確に現れる。
これに対し、図6(A)に示す従来のプローブ基板による擦り取り跡58は、針先46が同じ高さ位置であるから、プローブ基板が上記のように湾曲されると、擦り跡に比べ、擦り方向における長さ寸法が小さい。したがって、擦り跡の面積及び深さ寸法が小さい。
これにより、プローブ基板34によれば、従来のプローブ基板に比べ、接続装置を試験装置に取り付けた際の擦り取り跡をマークとする電極に対する針先の接触位置の確認を正確に行うことができ、また正確な試験が可能になる。
上記の実施例のように、接触子36を3つの領域R/3,2R/3及びRのいずれかに位置させる代わりに、図7に示すように接触子36を中心50から2分のRまでの第1の領域R/2、及び第1の領域からRまでの第2の領域Rのいずれかに位置させてもよいし、4以上の領域のいずれかに位置させてもよい。
また、各領域内の接触子36の針先46の高さ位置は、中心50の側の領域に位置する接触子ほど大きければ、同じであってもよいし、中心50の側に位置する接触子ほど大きくしてもよい。
さらに、針先46の高さ位置を変える手法として、寸法H0を変える代わりに、又は寸法H0に加えて、プローブランド38の厚さ寸法を変えてもよい。プローブランド38の厚さ寸法は、プローブ基板34の中心50の側に位置するプローブランドほど大きくなるように選択される。
図8を参照するに、接続装置60は、寸法H0に加えて、プローブランド38の厚さ寸法を変えている。
このため、接続装置60は、厚さ寸法が異なる3種類のプローブランド38a,38b,38cと、寸法H0が異なる3種類の接触子36a,36b,36cとを用いて、針先46の高さ位置を変えている。
図8に示す実施例においては、接触子36a,36b,36cは、プローブ基板34の中心50から3分のRまでの図4に示す第1の領域R/3と、第1の領域R/3の周りにあって3分の1Rから3分の2Rまでの図4に示す第2の領域2R/3と、第2の領域2R/3の周りにあって3分の2RからRまでの図4に示す第3の領域Rとに、配置されている。
厚さ寸法が最も大きいプローブランド38a及び寸法H0が最も大きい接触子36aは第1の領域R/3に配置されている。厚さ寸法が次に大きいプローブランド38b及び法H0が次に大きい接触子36bは第3の領域2R/3に配置されている。厚さ寸法が最も小さいプローブランド38b及び法H0が最も小さい接触子36cは第3の領域Rに配置されている。
このため、最も内側の第1の領域R/3に配置された接触子36cの針先46は低い仮想面62cに位置され、中間の第2の領域2R/3に配置された接触子36bの針先46は中間の仮想面62bに位置され、最も外側の第1の領域Rに配置された接触子36aの針先46は高い仮想面62aに位置されている。
上記の結果、接続装置60は、針先46の下方に位置する仮想面から針先46までの高さ位置が中心50の側に位置する接触子36ほど、針先46の高さ位置を漸次又は段階的に低くされているから、上記した接続装置16と同様に技術的効果を奏する。
図8の実施例において、接触子36の寸法L(図2参照)は、上記のように同じであってもよいし、プローブ基板34の中心50の側に位置する接触子ほど、漸次又は段階的に大きく又は小さくしてもよい。
上記の実施例では、プローブ基板36を配線基板32に取り付けているが、配線基板32を省略してもよいし、プローブを配線基板32に取り付けて、プローブ基板36を省略し、配線基板12自体をプローブ基板として用いて配線基板32もよい。
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。
10 試験装置
12 ウエーハ
14 検査ステージ
16,60 電気的接続装置
30 補強部材
32 配線基板
34 プローブ基板
36,36a,36b,36c 接触子
38,38a,38b,38c プローブランド
40 取付領域
42 アーム領域
44 針先領域
46 針先
48,R,R/2,R/3,2R/3 領域
50 プローブ基板の中心
54 集積回路の電極
56,58 擦り跡
特開2006−210473号公報 特開2007−500945号公報

Claims (10)

  1. プローブ基板と、被検査体の電極に押圧される針先を備えかつ前記プローブ基板に下面に配置された複数の接触子とを含み、前記プローブ基板と平行の仮想面から前記針先までの距離寸法は、前記プローブ基板の中心の側に位置する接触子ほど大きい、電気的接続装置。
  2. 前記複数の接触子は、前記中心の周りを同心的に伸びる複数の領域のいずれかに位置されており、
    前記距離寸法は、前記中心の側の領域に位置する接触子ほど大きい、請求項1に記載の電気的接続装置。
  3. 前記複数の領域は、前記中心の側に位置する第1の領域と、該第1の領域の周りの第2の領域とを含み、
    前記最も外側に位置する領域の半径をRとしたとき、前記第1及び第2の領域は、それぞれ、前記中心からR/2及びR/2からRの範囲を含む、請求項2に記載の電気的接続装置。
  4. 前記複数の領域は、前記中心の側に位置する第1の領域と、該第1の領域の周りの第2の領域と、該第2の領域の周りの第3の領域とを含み、
    前記最も外側に位置する領域の半径をRとしたとき、前記第1、第2及び第3の領域は、それぞれ、前記中心からR/3、R/3から2R/3及び2R/3からRの範囲を含む、請求項2に記載の電気的接続装置。
  5. 前記プローブ基板への前記接触子の取付位置から前記針先までの前記接触子の寸法は、前記中心の側に位置する接触子ほど大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  6. 前記プローブ基板は、前記接触子が取り付けられた複数のプローブランドを前記下面に備え、
    該プローブランドの厚さ寸法は、前記中心の側に位置するプローブランドほど、大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  7. 前記プローブ基板は、それぞれに前記接触子が取り付けられた複数のプローブランドを前記下面に備え、
    前記プローブランドの厚さ寸法は、前記中心の側に位置するプローブランドほど大きく、
    前記プローブ基板への前記接触子の取付位置から前記針先までの寸法は、前記中心の側に位置する接触子ほど大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  8. 最も外側に位置する前記領域の半径寸法は200mm以上を有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  9. 各接触子は前記プローブ基板に片持ち梁状に取り付けられている、請求項1から8のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  10. 各接触子は、前記プローブ基板から下方へ伸びる状態に前記プローブ基板に取り付けられた取付領域と、該取付領域の下部から該取付領域の延在方向と交差する方向へ伸びるアーム領域と、該アーム領域の先端部から下方へ伸びる針先領域とを含み、
    前記針先は前記針先領域の下端とされている、請求項1から9のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
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