JP2010197306A - プローブカード、プローブカードの製造方法、プローバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に応じ、プローブ先端の位置ずれを補償し、広い温度範囲のウェーハ試験が可能なプローブカードを提供する。
【解決手段】電子デバイスの試験に使用するプローブカード１０であって、基板１１と、第１の熱膨張係数を有する第１の金属材料から構成され、基端部１２２が基板１１に接合され、先端部１２１が電子デバイスの接続端子と接触するプローブ１２と、基端部１３２が基板１１に固定され、先端部１３１がプローブ１２の基端部１２２とプローブ１２の先端部１２１との中間部においてプローブ１２と接触し、第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の金属材料から構成される熱補償部材１３と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブカード等に関し、より詳しくは、半導体チップの試験を行う試験装置に使用されるプローブカード等に関する。

従来、半導体デバイス等の電子デバイスを試験する場合、複数のプローブを有するプローブカードを備えた試験装置が用いられる。その際、電子デバイスを試験装置のプローブステーションに固定し、プローブカードのプローブをプローブステーションの近傍まで近づけ、プローブの先端を被試験電子デバイスの端子と接触させる。電子デバイスの試験では、通常、電子デバイスの温度変化に対する耐性試験が行われる。このため、プローブの正確な位置を保つ手法が報告されている。

例えば、特許文献１には、湾曲部を形成したプローブを薄板に絶縁樹脂により固定し、湾曲部の内側に熱膨張率の大きい金属リングを位置させ、プローブを絶縁樹脂により絶縁させながら固定することにより、温度に応じてプローブ先端位置を変化させて単一のカードで広い温度範囲の温度試験を可能とするプローブカードが記載されている。

また、特許文献２には、プローブカードを温度変化が激しい試験モードに用いる場合、プローブの基端が固定されるプローブカード基板とプローブの中間節点を固定する固定リングとの接着固定部に弾性体を介在させると共に、プローブ自体にその基端と中間節点との間に可撓屈折部を設けることにより、熱膨張係数の差によるプローブの先端の位置ずれを防止した耐温プローブカードが記載されている。

また、特許文献３には、基板と、電子デバイスの複数の端子と接触する複数のプローブと、複数の信号線とを備え、少なくとも１つのプローブは第１の熱膨張係数を有し、対応する電子デバイスの端子の表面に対して斜行して設けられた第１の部材と、第１の熱膨張係数より小さい第２の熱膨張係数を有し、第１の部材に接合して設けられた第２の部材を有するバイモルフピンであることにより電子デバイスとの接触を良好に保つことのできるプローブカードが記載されている。

特開平５−０１１０１８号公報 特開平６−１７４７４６号公報 特開２００４−０４５２８５号公報

ところで、半導体のウェーハ試験（ｗａｆｅｒ ｔｅｓｔ）で使用するプローブカードは、通常、プローブの先端が、規定温度で集積回路（ＬＳＩ）のチップパッド（ｃｈｉｐ ｐａｄ）の中心にくるように設計・製作される。プローブは、例えば、熱膨張係数が小さいタングステン（熱膨張係数：４．５ｐｐｍ／Ｋ）等を用いて形成される。ＬＳＩの微細化とともにパッドサイズも小型化し、熱膨張によるプローブ位置の変化は無視できない。

図１１は、従来のプローブの熱膨張による先端位置の変化を説明する図である。図１１（ａ）に示す、プローブカード１０ａは、基板１１と、先端部がフック状に屈曲し基端部が半田１４により基板１１に接合したプローブ１２ａとを有している。プローブカード１０ａは、通常、固定部１１１をネジ止めによりプローバ（図示せず）と言われる試験装置に固定される。また、プローブ１２ａは、例えば、エポキシ樹脂等の有機材料からなる支持部材１５により、基端部の近傍で基板１１に固定されている。

プローブ１２ａがタングステン製の場合、８５℃においてボンディングパッド（ｂｏｎｄｉｎｇ ｐａｄ）の中心に位置するように設計され、その温度近辺で使用される。このとき、プローブ１２ａの長さが２０ｍｍであれば、使用温度が１００℃上昇した場合、プローブ１２ａの長さは熱膨張により約１１μｍ程度伸びる。そのため、プローブ１２ａの先端は、矢印Ｃの方向に移動し、ボンディングパッドの中心からはずれる。また、プローブの長さが３０ｍｍであれば、使用温度が２５℃の場合、約８μｍ以上収縮し、この場合もボンディングパッドの中心からはずれてしまう。

このように、チップサイズが小型化し、さらにボンディングパッドも小さくなる状況では、試験温度の変化によりプローブが膨張又は収縮する。特に、プローブ先端が水平方向にずれると、以下の問題が発生する。例えば、プローブ先端がボンディングパッド上を傷つける、あるいは、プローブ跡が実際のチップボンディングに使用されるボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）位置と重なり、ボンディングの不具合が生じる、等である。従って、現状のプローブカードでは、試験温度毎にプローブの先端位置を最適化しなければならないという課題がある。

本発明の目的は、温度変化に応じ、プローブ先端の位置ずれを補償し、広い温度範囲のウェーハ試験が可能なプローブカードを提供することにある。

本発明によれば、電子デバイスの試験に使用するプローブカードであって、基板と、第１の熱膨張係数を有する第１の金属材料から構成され、基端部が基板に接合され、先端部が電子デバイスの接続端子と接触するプローブと、基端部が基板に固定され、先端部がプローブの基端部とプローブの先端部との中間部においてプローブと接触し、第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の金属材料から構成される熱補償部材と、を有することを特徴とするプローブカードが提供される。

ここで、本発明が適用されるプローブカードにおいて、熱補償部材は、温度の上昇によりプローブの先端位置を下方に押し下げるように熱膨張し、プローブの熱膨張による水平方向の位置ずれを補償するものである。

また、本発明が適用されるプローブカードにおいて、第２の金属材料の第２の熱膨張係数は、第１の金属材料の第１の熱膨張係数より３倍以上大きいことが好ましい。
また、第２の金属材料の第２の熱膨張係数は、第１の金属材料の第１の熱膨張係数の１０倍より小さいことが好ましい。
さらに、プローブの先端部において、熱膨張による水平方向の位置ずれが±５μｍ以内であることが好ましい。

また、本発明が適用されるプローブカードにおいて、熱補償部材の先端部は、プローブが接線として熱補償部材の先端部に接触するように球面形状を有することが好ましい。
さらに、プローブがタングステンにより構成され、熱補償部材がアルミニウムにより構成されることが好ましい。
また、プローブは、基板に対し角度１５°〜３０°の範囲をなすように基板と接合することが好ましい。
さらに、プローブの基端部と熱補償部材の基端部との距離の異なる、２つの熱補償部材を交互に千鳥状に配列することが好ましい。

次に、本発明によれば、基板と基板に接合したプローブを有するプローブカードの製造方法であって、金属材料からなる金属棒に絶縁処理を施す絶縁処理工程と、絶縁処理工程において絶縁処理を施された金属棒の表面に接着シールを貼着するシール貼着工程と、シール貼着工程において接着シールが貼着された金属棒を、接着シールを残し複数の金属片に切断する切断工程と、切断工程において切断された複数の金属片を基板上に固定する金属片固定工程と、金属片固定工程により基板上に固定された金属片と接触するように、金属片の熱膨張係数に対し（１／３）以下の熱膨張係数を有する金属材料からなるプローブを基板に接合するプローブ接合工程と、を有することを特徴とするプローブカードの製造方法が提供される。

ここで、本発明が適用されるプローブカードの製造方法において、金属棒がアルミニウムからなることが好ましい。
また、接着シールが両面テープであることが好ましい。
さらに、本発明が適用されるプローブカードの製造方法において、金属片固定工程を繰りかえし行い、複数の金属片の各々を交互に千鳥状に固定することが好ましい。

また、本発明によれば、電子デバイスを試験するためのプローバ装置であって、前記のプローブカードと、半導体ウェーハを搭載するステージと、ステージをＸＹＺ方向に移動するための駆動機構と、を含むことを特徴とするプローバ装置が提供される。

本発明のプローブカードによれば、温度変化に応じ、プローブ先端の位置ずれを補償し、広い温度範囲のウェーハ試験が可能となる。
本発明のプローブカードの製造方法によれば、比較的簡便に広い温度範囲のウェーハ試験が可能なプローブカードが得られる。

ウェーハ試験装置の概略構成図である。 本実施の形態が適用されるプローブカードの構造を説明する図である。 ウェーハ試験を高温で行う際のプローブカードを説明する図である。 高温試験におけるプローブの先端位置の変位を説明する図である。 プローブカードの製造方法の１例を説明する図である。 ボンディングパッドの状態とプローブ痕を説明する図である。 プローブカードのシミュレーションモデルを説明する図である。 プローブにタングステン、熱補償部材にアルミニウムを使用した場合のプローブの長さＬ、プローブの接合の角度θと、プローブの先端部の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。 プローブの長さＬ＝２５ｍｍとし、熱補償部材とプローブの熱膨張係数の比と、プローブの先端部の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。 プローブの長さＬ＝２５ｍｍとし、熱補償部材にアルミニウムを用いた場合、プローブの基端部から熱補償部材の接合する位置までの長さＰの変化により、プローブの先端部の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。 従来のプローブの熱膨張による先端位置の変化を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（実施の形態）について説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを現すものではない。

（ウェーハ試験装置）
図１は、ウェーハ試験装置の概略構成図である。図１に示すウェーハ試験装置１００は、ウェーハ試験に使用するプローブカード１０を取付けるプローバ３０と、プローバ３０からケーブル９０を介して試験信号が送られるテスター８０と、から構成されている。
プローバ３０は、ウェーハ２０を真空吸着するステージ４０と、ステージ４０をＸＹＺ方向に移動するための駆動機構１６と、プローブカード１０をプローバ３０の上部で固定する固定部材５０と、プローブカード１０に試験信号を供給するインターフェース６０及びテスターヘッド７０とを有している。図１に示すように、プローブカード１０は、基板１１が固定部材５０により固定される。そして、基板１１に取付けられた複数のプローブ１２の先端がウェーハ２０上の複数のチップ（電子デバイス；図示せず）のパッド（接続端子）にそれぞれ接触する。

プローブカード１０は、ウェーハ２０上の複数のチップに設けられたパッドとプローブ１２を介して電気的に接続する。そして、インターフェース６０及びテスターヘッド７０を介して送られる信号がチップに供給される。また、プローブカード１０は、チップが試験信号に基づき出力する出力信号を受け取る。そして、受け取った出力信号は、インターフェース６０及びテスターヘッド７０を介してテスター８０に供給される。テスター８０は、チップが出力する出力信号に基づきチップの良否を判定する。

ウェーハ試験は、プローブカード１０の下で、ステージ４０のＸＹＺ方向の移動により、チップが上昇→試験→降下→ＸＹ移動→上昇の順に移動し、段階的に実行される。また、ステージ４０に組み込まれた加熱器／冷却器によりウェーハ２０の試験温度が設定され、設定された試験温度において、高温・低温試験が実行される。
ウェーハ試験中、プローブ１２はステージ４０の設定温度になり、初期状態に比べ温度変化に応じて伸縮する。このため、プローブ１２の先端位置はチップのパッド中心からずれる。後述するように、例えば、１２５℃程度の高温試験ではプローブ１２の先端位置が降下する。この場合、ステージ４０の高さはプローブ１２の先端位置が降下する長さを補正するように低く設定される。また、２５℃程度の低温試験ではプローブ１２の先端位置は上昇する。この場合、ステージ４０の高さはプローブ１２の先端位置が上昇する長さを補正するように高く設定される。

（プローブカード）
図２は、本実施の形態が適用されるプローブカード１０の構造を説明する図である。図２には、ステージ４０上に真空吸着により固定されたウェーハ２０の試験を行うプローブカード１０が示されている。
図２に示すように、プローブカード１０は、固定部１１１をネジ止めにより前述したプローバ３０（図１参照）に固定される基板１１と、基端部１２２が半田１４により基板１１に接合され、カギ状の先端部１２１がチップ（図示せず）の接続端子と接触するプローブ１２と、基端部１３２が基板１１に固定され、先端部１３１がプローブ１２の基端部１２２と先端部１２１との中間部においてプローブ１２と接触する熱補償部材１３と、から構成されている。
プローブ１２は、半田１４により基板１１に対し一定の角度θをなすように取付けられ、基板１１に設けられた伝送線路（図示せず）と電気的に接続している。プローブ１２の基板１１に対する角度θは特に限定されず、本実施の形態では、１０°〜３０°の範囲で適宜選択される。

プローブカード１０の基板１１を構成する材料は特に限定されず、例えば、ガラスエポキシ、テフロン、アルミナ等が挙げられる。本実施の形態ではガラスエポキシを使用している。また、例えば、テフロン、アルミナ等の耐熱性樹脂も使用可能である。

プローブ１２は、ウェーハ試験が行われる試験温度の変化に対し、膨張・収縮による変化が小さい熱膨張係数（第１の熱膨張係数）を有する金属材料（第１の金属材料）から構成されている。具体的には、熱膨張係数が、１８ｐｐｍ／Ｋ以下、好ましくは、１０ｐｐｍ／Ｋ以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ／Ｋ以下である金属材料が使用される。
プローブ１２を構成する金属材料の熱膨張係数が過度に大きいと、位置補正機能の効果が低減する可能性がある。

プローブ１２を構成する材料の具体例としては、例えば、タングステン、ベリリウム−銅合金、タングステン・レニウム、パラジウム合金（Ｐａｌｉｎｅｉ７登録商標）等が挙げられる。これらの中でも、タングステン系が好ましく、タングステンが特に好ましい。
プローブ１２の長さは特に限定されず、本実施の形態では、１５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で適宜選択される。また、本実施の形態では、プローブ１２にタングステン（熱膨張係数：４．５ｐｐｍ／Ｋ）を使用している。前述したように、タングステン製のプローブ１２の長さが２０ｍｍであれば、試験温度が１００℃上昇した場合、熱膨張によるプローブ１２の長さ変化は約１３．５μｍ程度である。

熱補償部材１３は、前述したプローブ１２を構成する第１の金属材料が有する第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の金属材料から構成されている。
第１の熱膨張係数と第２の熱膨張係数との関係は特に限定されないが、本実施の形態では、第２の熱膨張係数は、通常、第１の熱膨張係数の３倍以上、好ましくは４倍以上、より好ましくは５倍以上、さらに好ましくは６倍以上の大きさを有することが必要である。
具体的には、熱補償部材１３は、熱膨張係数が、１８ｐｐｍ／Ｋ以上、好ましくは、２３ｐｐｍ／Ｋ以上、さらに好ましくは２８ｐｐｍ／Ｋ以上である金属材料が使用される。第２の熱膨張係数が過度に小さいと、位置補正機能の効果が低減する可能性がある。

熱補償部材１３を構成する金属材料としては、例えば、アルミニウム（２３ｐｐｍ／Ｋ）、マンガン（２３ｐｐｍ／Ｋ）、亜鉛（３０．２ｐｐｍ／Ｋ）、マグネシウム（２５．４ｐｐｍ／Ｋ）、スズ（２６．９ｐｐｍ／Ｋ）、ケイ素（２４ｐｐｍ／Ｋ）、カドミウム（２８．８ｐｐｍ／Ｋ）、ジュラルミン（２２．６ｐｐｍ／Ｋ）等が挙げられる。これらの中でも、アルミニウム、スズが好ましく、特にアルミニウムが好ましい。本実施の形態では、アルミニウムを用いて熱補償部材１３を構成している。また、熱補償部材１３は絶縁体であることが好ましく、アルミニウムを使用する場合、熱補償部材１３の表面を酸化し酸化アルミニウムを形成することが好ましい。また、メッキ法により熱補償部材１３の表面に絶縁膜を形成することもできる。

また、本実施の形態では、熱補償部材１３は、ヤング率が１ＧＰａ以上である金属材料から構成されることが好ましい。熱補償部材１３を構成する金属材料のヤング率は、好ましくは１０ＧＰａ以上、さらに好ましくは５０ＧＰａ以上である。
熱補償部材１３を構成する金属材料のヤング率が過度に低いと、プローブ１２が熱補償
部１３に沈み込み位置補正機能の効果が低減する可能性がある。

熱補償部材１３の長さは特に限定されず、本実施の形態では、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で適宜選択される。尚、図２に示すように、本実施の形態では、熱補償部材１３のプローブ１２と接触する先端部１３１は、球面形状に形成されている。先端部１３１が球面形状に形成されることにより、先端部１３１に不要な応力集中が生じない。
また、熱補償部材１３の基端部１３２は、接着剤等により基板１１に固定されている。基端部１３２が基板１１に固定される位置は特に限定されず、熱補償部材１３の先端部１３１が、プローブ１２の基端部１２２と先端部１２１との中間部において、プローブ１２と接触するように、適宜選択される。

（高温試験）
図３は、ウェーハ試験を高温で行う際のプローブカード１０を説明する図である。図２と同様な構成には同じ符号を用い、その説明を省略する。
図３に示すように、ウェーハ２０の試験温度が１２５℃程度の高温の場合、熱補償部材１３は熱膨張によりその長さが増大する。このとき、熱補償部材１３は基板１１に固定された基端部１３２を支点とし、先端部１３１がプローブ１２を下方（矢印Ｂ方向）に押し下げる。これにより、プローブ１２は、基端部１２２を支点とし、先端部１２１が下方（矢印Ａ方向）に押し下げられ、ウェーハ２０上のチップ（図示せず）の接続端子と接触する。

このとき、ステージ４０が降下（ｄｏｗｎ）し、プローブ１２の先端位置が降下する長さを、例えば、１μｍ単位で補正している。プローブ１２の先端位置が降下する長さは、熱補償部材１３に使用する金属材料（第２の金属材料）の熱膨張係数（第２の熱膨張係数）に基づき、予め設定されている。また、２５℃程度の低温試験ではプローブ１２の先端位置は上昇する。この場合、ステージ４０が上昇（ｕｐ）し、プローブ１２の先端位置が上昇する長さを補正する。

本実施の形態では、プローブ１２を熱膨張係数（第１の熱膨張係数）が小さい金属材料（第１の金属材料）を用いて構成し、一方、第１の熱膨張係数より大きい熱膨張係数（例えば、３倍以上：第２の熱膨張係数）を有する金属材料（第２の金属材料）を用いて熱補償部材１３を構成している。これにより、高温試験において、熱補償部材１３の熱膨張により先端部１３１がプローブ１２を下方（矢印Ｂ方向）に押し下げる。そして、プローブ１２の熱膨張による先端部１２１の水平方向の位置ずれを補償している。

図４は、高温試験におけるプローブ１２の先端位置の変位を説明する図である。図４（ａ）に示すプローブカード１０は、アルミニウム製の熱補償部材１３をプローブ１２の基端部１２２の近傍に固定している。プローブ１２の基端部１２２の位置から熱補償部材１３を固定した位置までの長さＰは、本実施の形態では、１８ｍｍである。また、本実施の形態では、プローブ１２はタングステンを用いて構成され、その長さは３０ｍｍであり、基板１１に角度（θ）１５°をなすように半田１４により接合されている。
図４（ａ）に示すように、熱補償部材１３をプローブ１２の基端部１２２の近傍に固定すると、熱膨張する熱補償部材１３の矢印Ｂ方向へのわずかな長さの増大により、プローブ１２の先端部１２１を下方（矢印Ａ方向）に大きく押し下げる。

次に、図４（ｂ）は、異なる温度における先端部１２１の位置をシミュレーションにより求めた結果を示している。ウェーハ試験の試験温度は、２５℃（図４（ｂ）中の破線）と１２５℃（図４（ｂ）中の実線）である。図４（ｂ）に示すように、試験温度が２５℃から１２５℃に上昇すると、２５℃の場合に比べ、先端部１２１の位置が下方に５１μｍ程度大きく移動するのに対し、水平方向の位置ずれが５μｍ程度であることが分かる。水平方向の位置ずれが５μｍ程度であれば、許容範囲のずれとしてウェーハ試験を行うことができる。

これに対し、図１１（ｂ）は、従来のプローブ１２ａの異なる温度における先端部１２１ａの位置をシミュレーションにより求めた結果を示している。ウェーハ試験の試験温度は、２５℃（図１１（ｂ）中の破線）と１２５℃（図１１（ｂ）中の実線）である。プローブ１２ａの長さが前述した図４（ａ）の場合と同様に３０ｍｍであり、基板１１に角度（θ）１５°をなすように半田１４により接合されている。また、プローブ１２ａは、例えば、エポキシ樹脂等の有機材料からなる支持部材１５（図１１（ａ）参照）により、基端部の近傍で基板１１に固定されている。

図１１（ｂ）に示すように、試験温度が２５℃から１２５℃に上昇すると、２５℃の場合に比べ、先端部１２１ａの下方への位置ずれが２５μ程度であるのに対し、水平方向の位置ずれが１６μ程度と大きいことが分かる。このように、先端部１２１ａの水平方向の位置ずれが１６μ程度に達すると、許容範囲を逸脱しウェーハ試験を行うことができない。

次に、プローブカードの製造方法について説明する。
図５は、プローブカード１０の製造方法の１例を説明する図である。先ず、図５（ａ）に示すように、熱補償部材１３（図２参照）を構成する熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以上の金属材料からなる金属棒１３０を用意する。金属棒１３０を絶縁処理した後、接着シール１３３を貼付し、図５（ｂ）に示すように、表面に接着シール１３３を貼付した金属棒１３０を調製する。接着シール１３３としては、例えば、両面接着シールが好ましい。

次に、図５（ｃ）に示すように、ダイシング１４０により金属棒１３０を一定の幅で切れ目１３４を入れ、図５（ｄ）に示すように、表面に貼付した接着シール１３３を残し、切れ目１３４により一定の幅に切断された複数の熱補償部材（金属片）１３を得る。さらにこのとき、切断された複数の熱補償部材１３を、それぞれの表面が球面状になるように加工してもよい。

続いて、図５（ｅ）に示すように、基板１１の中央部分１１０の周囲に、接着シール１３３が貼付された面が中央部分１１０側に向くように複数の熱補償部材１３を並べる。そして、接着シール１３３の切れ端で仮止めし、さらに他の接着剤を使用し複数の熱補償部材１３を基板１１に固定する。最後に、図５（ｆ）に示すように、プローブ１２を、基板１１に固定した複数の熱補償部材１３と接触し、且つチップ２１の接続端子に接触するように基板１１と接合してプローブカード１０を得る。プローブ１２と基板１１との接合は、好ましくは半田付けで行う。本実施の形態では、プローブ１２を構成する金属材料の熱膨張係数は、熱補償部材１３を構成する金属材料の熱膨張係数の（１／３）以下であることが好ましい。

図６は、ボンディングパッドの状態とプローブ痕を説明する図である。
図６（ａ）に示すように、ボンディングパッド２１０は、金線（図示せず）が接合されるボンディング用スペース２１１と、ウェーハ試験の際にプローブカード１０のプローブ１２（図示せず）の先端が接触するプロービング用スペース２１２と、を有している。ボンディング用スペース２１１とプロービング用スペース２１２との境界には５０μｍノッチ２１４が形成されている。プロービング用スペース２１２の中央部分には、プローブ１２先端の接触により生じるプローブ痕２１３が示されている。
本実施の形態では、プロービング用スペース２１２の長さは５０μｍであり、これは、プローブ痕２１３の許容範囲を示している。

図６（ｂ）は、ボンディングパッド２１０におけるプローブ痕２１３の許容範囲と、プローブ痕２１３から求められる試験温度によるプローブ先端の位置ずれの許容範囲を説明する図である。図６（ｂ）に示すように、本実施の形態では、ボンディング用スペース２１１とプロービング用スペース２１２との合計の長さは８５μｍである。ボンディング用スペース２１１に示された直径４０μｍの円２１５は、ボンディングワイヤーのボンディング部分を示している。前述したように、プローブ痕２１３の許容範囲は５０μｍである。

本実施の形態では、プロービング用スペース２１２に接触するプローブ１２の針立てそのものの精度は±５μｍ程度であり、ウェーハ試験の際に最大１０μｍ程度のずれが生じると仮定している。また、プローブ痕２１３の径Ｍは、プローブ１２がプロービング用スペース２１２に接触する際の滑り（Ｓｃｒｕｂ）を考慮し、最大３０μｍ程度と考えられる。
このとき、プローブ１２がプロービング用スペース２１２に接触するプローブ１２先端の位置は、１０μｍ程度の余裕を見て、プロービング用スペース２１２における目標幅Ｎを４０μｍに設定すると、試験温度によるプローブ先端の位置ずれの許容範囲は５μｍ程度に抑え込む必要があることが分かる（４０μｍ−３０μｍ−５μｍ＝５μｍ）。

図７は、プローブカード１０のシミュレーションモデルを説明する図である。
図７（ａ）に示すように、長さＬを有するプローブ１２は、基板１１に対し一定の角度θをなして基端部１２２が基板１１に接合している。本実施の形態では、プローブ１２はタングステン（第１の金属材料）を用いて形成されている。タングステンの熱膨張係数（第１の熱膨張係数）は、４．５ｐｐｍ／Ｋである。
熱補償部材１３は、プローブ１２の基端部１２２が基板１１と接合する位置から長さＰの位置で基板１１に固定され、先端部１３１がプローブ１２と接触している。また、熱補償部材１３は、プローブ１２を構成するタングステン（第１の金属材料）の熱膨張係数（第１の熱膨張係数：４．５ｐｐｍ／Ｋ）に対し、Ｘ倍の大きさの熱膨張係数（第２の熱膨張係数）を有する金属材料（第２の金属材料）から構成されている。尚、熱補償部材１３の先端部１３１は、球面形状に形成されている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すプローブカード１０のシミュレーションモデルを使用し、プローブ１２の長さＬ、プローブ１２の基板１１に対する取付け角度θ、熱補償部材１３の固定位置までの長さＰ、第２の熱膨張係数の第１の熱膨張係数に対する倍数Ｘを変化させ、試験温度２５℃（図７（ｂ）の破線部分）と試験温度１２５℃（図７（ｂ）の実線部分）におけるプローブ１２の先端部１２１の熱膨張による位置ずれΔを示している。

（シミュレーションの結果）
以下、図７において、プローブ長Ｌ、プローブ角度θ、熱補償部材１３のプローブ１２の基端部１２２からの長さＰ、プローブ１２の熱膨張係数と熱補償部材１３の熱膨張係数の比を変化させたシミュレーションを行い、本発明の有効範囲を解析した結果について説明する。
図８は、プローブ１２にタングステン、熱補償部材１３にアルミニウムを使用した場合のプローブ１２の長さＬ、プローブ１２の接合の角度θと、プローブ１２の先端部１２１の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。

図８（ａ）に示すように、プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰは、プローブ１２の長さＬの０．８倍とした。プローブ１２の接合の角度θは、１５°，２０°，２５°，３０°とした。プローブ１２の長さＬは、１５ｍｍ，２５ｍｍ，３５ｍｍとした。
図８（ｂ）に示す解析の結果、角度θが２５°の場合、プローブ１２の長さＬに関係なく位置ズレΔが一定となり、位置ズレ許容範囲（±５μｍ）を満たすことが分かる。また、角度θが２５°以下の場合、許容範囲を満たすプローブ１２の長さは短くなることが分かる。

図９は、プローブ１２の長さＬ＝２５ｍｍとし、熱補償部材１３とプローブ１２の熱膨張係数の比と、プローブ１２の先端部１２１の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。
図９（ａ）に示すように、プローブ１２の接合の角度θは、１５°，２０°，２５°とした。プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰは、１８ｍｍである。
図９（ｂ）に示すように、プローブ１２にタングステン（熱膨張係数４．３ｐｐｍ／Ｋ）を用い、熱補償部材１３にアルミニウムを用いた場合の熱膨張係数の比は５．１３である。これは、プローブ１２の接合の角度θは、１５°から２５°の範囲で、位置ズレ許容範囲（±５μｍ）を満たすことが分かる。この結果から、タングステンとアルミニウムの組み合わせが現実的で最適な選択であることが分かる。

図１０は、プローブ１２の長さＬ＝２５ｍｍとし、熱補償部材１３にアルミニウムを用いた場合、プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰの変化により、プローブ１２の先端部１２１の位置ズレΔをシミュレーションにより解析した結果を示す。
図１０（ａ）に示すように、プローブ１２の接合の角度θは、１５°，２０°，２５°とした。プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰは、１０ｍｍ，２０ｍｍとした。
図１０（ｂ）に示すように、プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰが１０ｍｍの場合、プローブ１２の先端部１２１の位置ズレΔは１．５μｍ以下である。これにより、プローブ１２の接合の角度θが一定になるように熱補償部材１３の高さを形成すれば、例えば、長さＰ＝１０ｍｍの範囲で、熱補償部材１３の設置が可能となることが分かる。

この結果から、図１０（ｃ）に示すように、例えば、プローブ１２の基端部１２２から熱補償部材１３の接合する位置までの長さＰが異なる２個のプローブ１２を、互いに重ならないように交互に配列することができる。これにより、熱補償部材１３が千鳥状に配置され、その結果、同じ面積により多くのプローブ１２を配置することが可能となり、プローブ密度を上げることができる。

１０…プローブカ−ド、１１…基板、１２…プローブ、１３…熱補償部材、２０…ウェーハ、３０…プローバ、４０…ステージ、５０…固定部材、６０…インターフェース、７０…テスターヘッド、８０…テスター、９０…ケーブル、１００…ウェーハ試験装置

Claims (14)

1. 電子デバイスの試験に使用するプローブカードであって、
   基板と、
   第１の熱膨張係数を有する第１の金属材料から構成され、基端部が前記基板に接合され、先端部が電子デバイスの接続端子と接触するプローブと、
   基端部が前記基板に固定され、先端部が前記プローブの基端部と当該プローブの先端部との中間部において当該プローブと接触し、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の金属材料から構成される熱補償部材と、
   を有することを特徴とするプローブカード。
2. 前記熱補償部材は、温度の上昇により前記プローブの先端位置を下方に押し下げるように熱膨張し、当該プローブの熱膨張による水平方向の位置ずれを補償す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. 前記第２の金属材料の第２の熱膨張係数は、前記第１の金属材料の第１の熱膨張係数より３倍以上大きい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. 前記第２の金属材料の第２の熱膨張係数は、前記第１の金属材料の第１の熱膨張係数の１０倍より小さいことを特徴とする請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記プローブの先端部において、熱膨張による水平方向の位置ずれが±５μｍ以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプローブカード。
6. 前記熱補償部材の先端部は、前記プローブが接線として当該熱補償部材の先端部に接触するように球面形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプローブカード。
7. 前記プローブがタングステンにより構成され、前記熱補償部材がアルミニウムにより構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプローブカード。
8. 前記プローブは、前記基板に対し角度１５°〜３０°の範囲をなすように当該基板と接合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプローブカード。
9. 前記プローブの基端部と前記熱補償部材の基端部との距離の異なる、２つの熱補償部材を交互に千鳥状に配列することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプローブカード。
10. 基板と当該基板に接合したプローブを有するプローブカードの製造方法であって、
    金属材料からなる金属棒に絶縁処理を施す絶縁処理工程と、
    前記絶縁処理工程において絶縁処理を施された前記金属棒の表面に接着シールを貼着するシール貼着工程と、
    前記シール貼着工程において接着シールが貼着された前記金属棒を、当該接着シールを残し複数の金属片に切断する切断工程と、
    前記切断工程において切断された複数の前記金属片を基板上に固定する金属片固定工程と、
    前記金属片固定工程により前記基板上に固定された前記金属片と接触するように、当該金属片の熱膨張係数に対し（１／３）以下の熱膨張係数を有する金属材料からなるプローブを当該基板に接合するプローブ接合工程と、
    を有することを特徴とするプローブカードの製造方法。
11. 前記金属棒がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
12. 前記接着シールが両面テープであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のプローブカードの製造方法。
13. 前記金属片固定工程を繰りかえし行い、前記複数の金属片の各々を交互に千鳥状に固定することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプローブカードの製造方法。
14. 電子デバイスを試験するためのプローバ装置であって、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプローブカードと、
    半導体ウェーハを搭載するステージと、
    前記ステージをＸＹＺ方向に移動するための駆動機構と、
    を含むことを特徴とするプローバ装置。

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