JP2013079892A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 各プローブの針先の挙動量の差を小さくするプローブカードを提供する。
【解決手段】半導体回路の電気的検査のために、テスタと半導体回路の複数の電極とを接続するプローブカード。テスタに接続される配線路が形成され、半導体回路の電極に対向して該電極から間隔をおいて配置される回路基板と、多数のプローブであってそれぞれが対応する配線路に接続される基端及び半導体回路の対応する電極に接続可能な針先を有し、各プローブが、半導体回路へ向けての所定の侵入角度を有するように回路基板に関して傾斜配置されかつ多段に配置された多数のプローブと、各プローブの基端と針先を含む自由端部分との間で、プローブを回路基板に保持する保持部材とを含む。少なくとも一部のプローブは、保持部材内を伸長する第１の直線部分及び該第１の直線部分に所定の角度をなして保持部内を伸長し該保持部材の外方で自由端部分に連なる第２の直線部分を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハに集合的に作り込まれた多数の半導体回路の電気特性試験を用いるのに好適なプローブカードに関する。

多数の半導体集積回路は、半導体ウエハに集合的に作り込まれた後、各集積回路毎でチップに分離されるが、一般的に、各チップに分離前の半導体ウエハの状態で、電気特性試験を受ける。このような半導体ウエハの電気試験では、一般的に、半導体ウエハの各チップ領域の電極と、テスタとを電気的に接続するために、ウエハ試験用プローブカード（特許文献１参照）が用いられる。

この種のプローブカードでは、半導体ウエハの集積度の増大に伴う電極配列ピッチの狭小化に対応すべく、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示されているように、プローブ基板１からその下方に配置された半導体ウエハ２の電極３へ向けて多数のプローブ４が侵入角θで傾斜配置されている。多数のプローブ４（４ａ〜４ｊ）は、図３（ａ）で見て上下方向へ多段となるように相互に間隔をおいて配置され、プローブ基板１に支持された樹脂製の保持部材５により、プローブ４の基端と針先との中間部を覆われて保持されている。各プローブ４は保持部材５内を直線に沿って伸びる。

図３（ａ）は従来のプローブカードの一部を拡大して示す断面図であり、図３（ｂ）は半導体ウエハ２の各プローブ４に対応するチップ領域（２ａ〜２ｃ）の平面図であり、図３（ｃ）は、各チップ領域２ａに設けられた多数の電極６のうち、図３（ａ）に見えるプローブ４ａ〜４ｊ（それぞれに対応する他のプローブが紙背方向にさらに並列的に配置されている。）に対応する電極６ａ〜６ｊの平面図である。図３（ｂ）で見て横方向に電極６ａ、６ｃ、６ｅ、６ｇ、６ｉが一行に整列し、それぞれにプローブ４ａ、４ｃ、４ｅ、４ｇ、４ｉが対応する。また二行目の電極６ｂ、６ｄ、６ｆ、６ｈ、６ｊにそれぞれプローブ４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈ、４ｊが対応する。各プローブ４の基端はプローブ基板１の図示しない配線路に接続され、各プローブ４（４ａ〜４ｉ）は、針先を含む自由端部分７（７ａ〜７ｉ）を保持部材５の前縁部５ａ〜５ｃから突出させて配置されている。プローブ４の針先が対応する電極６に押し付けられ、オーバドライブ力が各プローブ４に作用すると、該プローブは、その針先が対応する電極６の表面を削りながら摺動するように、前縁部５ａ〜５ｃから突出する部分に撓みを伴なって弾性変形する。この摺動による針先の挙動量（スクライブ量）がほぼ等しくなるように、前記突出する部分の長さ（前縁部５ａ〜５ｃから針先に至る水平自由端長L）をほぼ等しく設定することが望ましい。

実開平４−２８４４２号公報

しかしながら、多数のプローブ４を干渉することなく多数の段に配置するために、各プローブ４の侵入角度θは、下方のプローブ４ｊから上方のプローブ４ａへ向けて漸増するように、設定されている。そのため、プローブ４の配置段数が増大すると、この侵入角度の差が増大することとなる。侵入角度θの増大は針圧の増大を招くことから、図１（ｃ）に示すように、プローブ４ｉ、４ｊの針先に対応する電極６ｉ、６ｊの挙動量と、プローブ４ａ、４ｂの針先に対応する電極６ａ、６ｂの挙動量との間に、挙動跡７ｉ、７ｊ、７ａ、７ｂで示されているような大きな差が生じる。良好な電気特性の測定を可能とする上で、各針先の挙動量の差を小さくすることが望ましい。

本発明は、半導体回路の電気的検査のために、テスタと前記半導体回路の複数の電極とを接続するプローブカードであって、前記テスタに接続される複数の配線路が形成され、前記半導体回路の電極に対向して該電極から間隔をおいて配置される回路基板と、多数のプローブであってそれぞれが対応する前記配線路に接続される基端及び前記半導体回路の対応する電極に接続可能な針先を有し、各プローブが、前記半導体回路へ向けての所定の侵入角度を有するように前記回路基板に関して傾斜配置されかつ前記回路基板から離れる方向へ相互に間隔をおいて多段に配置された多数のプローブと、各プローブの貫通を許し、該プローブの前記基端と前記針先を含む自由端部分との間で前記プローブを前記回路基板に保持する保持部材とを含み、少なくとも一部の前記プローブは、前記基端を有し前記保持部材内を伸長する第１の直線部分及び該第１の直線部分に所定の角度をなして前記保持部内を伸長しかつ前記保持部材の外方で前記自由端部分に連なる第２の直線部分を備える。

本発明に係る前記プローブカードでは、少なくとも一部の前記プローブの前記保持部材を貫通する本体を第１の直線部分と該第１の直線部分に角度をなす第２の直線部分で構成することにより、多段に配置された前記プローブの針侵入角度を段毎に増大させることなくプローブ相互の干渉を防止することができるので、前記プローブの最大侵入角と最小侵入角の差の増大を抑制することができる。したがって、プローブの侵入角の増大に伴う針圧の増大を抑制することができる。

前記プローブの前記第２の直線部分を突出させる前記保持部材の前縁は、該前縁から各プローブの針先位置までの各プローブの水平自由端長を所定の値に設定すべく、前記回路基板から離れるに伴って後退すべく段状に形成することができる。前記プローブは前記前縁の対応する段状の前縁部から前記第２の直線部分を突出すべくグループ毎に分けることができる。少なくとも２つのグループは、各グループ内で前記回路基板から最も離れて配置されたプローブから最も近接して配置された第１ないし第４のプローブへそれぞれの侵入角を漸増させることができ、かつ当該両グループの第１のプローブ、第２のプローブ、第３のプローブ及び第４のプローブはそれぞれ等しい侵入角θ１〜θ４に設定することができる。

前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点は、前記回路基板とほぼ直角な方向に整列して配置することができる。

前記プローブの前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応するプローブの針先までの水平距離を相異ならせることができる。

これに代えて、前記プローブの前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応するプローブの針先までの水平距離をグループ毎で異ならせることができる。

また、これらに代えて、前記プローブの前記第１の直線部分と該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応する針先までの距離を相等しく設定することができる。

前記多数のプローブは、前記半導体回路上でそれぞれ互いに直角方向に配列された電極配列に対応させることができる。

前記回路基板の中央部に開口を設けることができる。この場合、前記プローブは、前記開口の縁の外方で前記基端を前記配線路に接続され、前記プローブは、前記開口の縁を越えて前記半導体回路へ向けて伸長する。

前記プローブの前記自由端部分の前記針先は、前記自由端部分を規定する屈曲部により、前記基板と反対側へ向けることができる。

本発明によれば、前記したように、多段に配置された前記プローブの針侵入角度を段毎に増大させることなく、したがって、前記プローブの最大侵入角と最小侵入角の差の増大を抑制することができるので、プローブの侵入角の増大に伴う針圧の増大を抑制することができる。その結果、針圧のばらつきによる測定誤差を小さくし、測定精度の向上を図ることができる。

本発明に係るプローブカードと被検査体である半導体回路とを示し、図１（ａ）は前記プローブカードの断面図であり、図１（ｂ）は前記半導体回路の一部を示す平面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部を拡大して示す平面図である。 図１（ａ）の一部を拡大して示す断面図である。 従来のプローブカードと被検査体である半導体回路とを示し、図３（ａ）は従来のプローブカードの一部を拡大して示す断面図であり、図３（ｂ）は前記半導体回路の一部を示す平面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の一部を拡大して示す平面図である。

本発明に係るプローブカード１０は、図１（ａ）〜（ｃ）に示されているように、半導体ウエハ１２に集合的に作り込まれた多数の電気回路の電気試験に用いられる。プローブカード１０は、被検査体である半導体ウエハ１２を検査位置に供給し保持する従来よく知られたウエハプローバの上方に位置するテストヘッド（図示せず）に設置され、半導体ウエハ１２の各電気回路と、図示しないテスタとを電気的に接続する。

プローブカード１０は、例えば円形の回路基板１４と、該回路基板に設けられる多数のプローブ１６とを含む。図１（ａ）に示す例では、回路基板１２はその中央に矩形の開口１８が設けられ、該開口の外方領域には、各プローブ１６に対応する配線路（図示せず）が形成されている。各配線路は、従来よく知られているように、各プローブ１６に対応して回路基板１４の外縁部に設けられ該外縁部に沿って配列された多数のソケット１４ａを経て前記テスタに接続される。

多数のプローブ１６は、図１（ａ）に示すように、開口１８の相対する一対の開口辺１８ａ、１８ａのそれぞれと交差するように、開口１８の中心線１８ｂを含む仮想面に関して対称的に配置されている。

図１（ａ）には、多数のプローブ１６が２つの群として、矢印により一括的に符号１６、１６で示されている。また、図１（ｂ）には、各プローブ１６に対応する電極２０（１２ｂ、１２ｃ）が設けられた半導体ウエハ１２の６つのチップ領域（１２ａ〜１２ｆ）が示されている。半導体ウエハ１２の表面上で直交に配列された多数の電極２０のために、図１（ａ）の紙背方向にも多数のプローブ１６が互いに並列的に配置されている。

図１（ａ）を参照するに、各プローブ１６は、その基端が、回路基板１４の一方の面で、対応する前記配線路に接続されており、またそれぞれの先端が、回路基板１４の前記一方の面に間隔をおいて配置される半導体ウエハ１２の電極１２ａに対向すべく、回路基板１４に関して傾斜配置されている。図１（ａ）に示された各群の針先の列がＡ〜Ｆ、Ａ′〜Ｆ′で示されており、針先の列Ｃ及びＢは、図１（ｃ）に拡大して示されたチップ領域１２ｄ及び１２ｅを区画するスクライブ線２２に沿って配置された電極２０ｃ及び２０ｂの列に対応する。

プローブ１６は、開口１８の縁部に沿って配置される従来よく知られた環状の絶縁体からなる保持部材２４により、前記基端と前記針先との間で回路基板１４に保持されている。図１（ａ）に示す例では、保持部材２４は、回路基板１４の他方の面に配置された補強板２６から開口１８を貫通して配置された支持台２８の下面２８ａに固着して保持されている。下面２８ａは、支持台２８の中央部からその外縁へ向けてプローブ１６の傾斜配置にほぼ対応した傾斜を有する。

図１（ａ）の破線Iで囲む領域が拡大して図２に示されている。以下、図２を参照してプローブ１６と、保持部材２４とを詳細に説明する。

矩形又は円形の環状を呈する保持部材２４の内縁すなわち前縁は、従来におけると同様に、回路基板１４から遠ざかるに伴って保持部材２４の外縁へ向けて後退するように段状に形成されている。これにより、保持部材２４の前記前縁には、下方に位置するものほど後退位置に位置する垂直な前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが段状に形成されている。

図示の例では、最上部及び最下部に位置する前縁部２４ａ、２４ｄには、第１のプローブ１６ａ１及び第２のプローブ１６ａ２からなる２本のプローブ１６が図２で見て上下方向へ間隔をおくように、並行して配列されている。両前縁部２４ａ、２４ｄ間の中間前縁部２４ｂ、２４ｃには、図２で見て上方から下方へ上下方向に間隔をおいて、第１のプローブ１６ａ１、第２のプローブ１６ａ２、第３のプローブ１６ｂ１及び第４のプローブ１６ｂ２からなる４本のプローブ１６が並行して配列されている。

各プローブ１６（１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１及び１６ｂ２）は、前記基端を有する第１の直線部分３０ａ及び該第１の直線部分と所定の角度θをなす第２の直線部分３０ｂとから成る本体３０を備える。各プローブ１６（１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１及び１６ｂ２）は、それぞれの第２の直線部分３０ｂが保持部材２４の対応する前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを貫通するように、多段に配置されている。各プローブ１６の第１の直線部分３０ａと第２の直線部分３０ｂと間に形成される各屈曲点３０ｃは、保持部材２４内にあり、図示の例では、回路基板１４とほぼ直角すなわちほぼ垂直線に沿って整列する。したがって、この例では、後述するように、各プローブ１６の針先位置から屈曲点３０ｃの位置までの距離は、回路基板１４からの距離が隔たる下段のグループほど、小さく設定されている。

各プローブ１６の対応する前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから突出する第２の直線部分３０ｂは、保持部材２４の外方で各プローブ１６の自由端部分３２に連なり、各自由端部分３２を規定する第２の屈曲点３２ａによって各自由端部分３２の先端が前記針先として機能すべく下方へ向けられている。したがって、各前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから対応するプローブ１６の前記針先までの水平距離Ｌ（Ｌ１〜Ｌ２）が各プローブ１６（１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１及び１６ｂ２）の水平自由端長となる。

その結果、半導体ウエハ１２の試験のために、各プローブ１６の前記針先が半導体ウエハ１２の対応する電極２０に当接し、両者間にオーバドライブ力が作用すると、各プローブ１６は対応する前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを支点として、各第２の直線部分３０ｂの前縁部（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）から突出する部分に撓み変形を生じる。このことから、ほぼ水平に配置される回路基板１４と、プローブ１６の第２の直線部分３０ｂとでなす角度が各プローブ１６の侵入角度θとなる。

各プローブ１６（１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１及び１６ｂ２）における第１の直線部分３０ａと第２の直線部分３０ｂとの角度α１、α２、侵入角θ１〜θ４及び水平自由端長Ｌ1〜Ｌ２の関係の一例が次表に示されている。この表は、回路基板１４に関し、すべての第１の直線部分３０ａがなす角度が等しい場合の例である。第１の直線部分３０ａがなす角度の変化に応じて、角度αを適宜設定することができる。

ここで、α１＞α２、θ２＜θ１＜θ４＜θ３、Ｌ１＜Ｌ２の大小関係がある。αは例えば１７０度から１８０度の間で選択される。またθ及びＬは、各プローブ１６の針圧に実質的な影響を与えない範囲でのばらつきで、θは例えば１０度から２０度、より好ましくは１４度から１８度の間で選択され、Ｌの値は被検査体の仕様に応じて適宜選択される。

前記表に示す例では、第１中段（イ）及び第２中段（ウ）の２つのグループに属するそれぞれの第１ないし第４のプローブは、各グループ内で回路基板１４から離れて配置された第２のプローブ１６ａ２から回路基板１４の近傍に配置された第３のプローブ１６ｂ１へ向けてそれぞれの侵入角を漸増させかつ当該両グループの第１のプローブ１６ａ１、第２のプローブ１６ａ２、第３のプローブ１６ｂ１及び第４のプローブ１６ｂ２はそれぞれ等しい侵入角θ１〜θ４に設定されている。

本発明に係るプローブカード１０では、プローブ１６の本体３０の第１の直線部分３０ａと第２の直線部分３０ｂとの間に保持部材２４内に屈曲点３０ｃが存在する。この屈曲点３０ｃの存在により、前記表の侵入角θ１〜θ４で示されるように、プローブ１６の段数に応じて漸増する侵入角を各段に設定することなく、各段のプローブ１６（１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１及び１６ｂ２）の干渉を防止することができる。

すなわち、各プローブ１６の本体３０に屈曲点３０ｃを設けることなく、第２の直線部分３０ｂを直線状に延長して回路基板１４の対応する前記配線回路にプローブ１６を接続しようとすると、プローブ１６間での相互干渉を防止するために、図３に沿って説明したように、各プローブ１６の侵入角θを最下段に位置するプローブから最上段に位置するプローブへ向けて漸増させる必要があり、そのため、各プローブ１６の侵入角θに大きな差が生じる。この差は、各プローブ１６に大きな針圧差を生じる原因となる。

これに対して、本発明に係るプローブカード１０によれば、前記した例では、１２本のプローブ１６が上下方向に配置されているに拘わらず、僅かに３種類の侵入角θ１、θ２及びθ３の設定によって、プローブ１６間の干渉を防止できる。そのため、侵入角θ１、θ２及びθ３の差に起因する針圧差、この針圧差による各プローブ１６の針先の挙動差を抑制することができ、被検査体の検査精度を高めることができる。

また、各プローブ１６の本体３０に屈曲点３０ｃを設けることにより、各プローブ１６の前記基端の配置領域の広がりを抑制することにより、プローブカード１０のコンパクト化が可能となる。

前記したところでは、すべてのプローブ１６に屈曲点３０ｃを設けた例を示したが、プローブ１６間の干渉が生じない限り、例えば最上方又は最下方のグループに属するプローブ１６ａ１、１６ａ２のような一部のプローブ１６に屈曲点３０ｃを設けること無く、したがって本体３０を単一の直線部分で構成することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。例えば、保持部材２４の前縁部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの数及び各前縁部に応じたプローブ１６の配置段数を必要に応じて適宜増減することができる。また、少なくとも一本のプローブ１６に複数の屈曲部３０ｃを設けることができる。

また、前記した例では、各プローブ１６の針先位置から屈曲点３０ｃの位置までの水平距離が回路基板１４からの距離が離れるグループほど小さくなるように、グループ毎で異ならせた。これに代えて、各プローブ１６の針先位置から屈曲点３０ｃの位置までの距離を相互に異ならせることができ、これとは反対に、各プローブ１６の針先位置から屈曲点３０ｃの位置までの水平距離をすべてのプローブ１６で相等しく設定することができる。

１０ プローブカード
１２ 半導体ウエハ（被検査体）
１４ 回路基板
１６ プローブ
１８ 回路基板の開口
２０ 被検査体の電極
２４ 保持部材
３０ プローブの本体
３０ａ 本体の第１の直線部分
３０ｂ 本体の第２の直線部分
３２ プローブの自由端部分

Claims (6)

1. 半導体回路の電気的検査のために、テスタと前記半導体回路の複数の電極とを接続するプローブカードであって、
   前記テスタに接続される複数の配線路が形成され、前記半導体回路の電極に対向して該電極から間隔をおいて配置される回路基板と、
   多数のプローブであってそれぞれが対応する前記配線路に接続される基端及び前記半導体回路の対応する電極に接続可能な針先を有し、各プローブが、前記半導体回路へ向けての所定の侵入角度を有するように前記回路基板に関して傾斜配置されかつ前記回路基板から離れる方向へ相互に間隔をおいて多段に配置された多数のプローブと、
   各プローブの貫通を許し、該プローブの前記基端と前記針先を含む自由端部分との間で前記プローブを前記回路基板に保持する保持部材とを含み、
   少なくとも一部の前記プローブは、前記基端を有し前記保持部材内を伸長する第１の直線部分及び該第１の直線部分に所定の角度をなして前記保持部内を伸長しかつ前記保持部材の外方で前記自由端部分に連なる第２の直線部分を備える、プローブカード。
2. 前記プローブの前記第２の直線部分を突出させる前記保持部材の前縁は、該前縁から各プローブの針先位置までの各プローブの水平自由端長を所定の値に設定すべく、前記回路基板から離れるに伴って後退すべく段状に形成され、前記プローブは前記前縁の対応する段状の前縁部から前記第２の直線部分を突出すべくグループ毎に分けられ、少なくとも２つのグループは、各グループ内で前記回路基板から最も離れて配置されたプローブから最も近接して配置された第１ないし第４のプローブへそれぞれの侵入角を漸増させかつ当該両グループの第１のプローブ、第２のプローブ、第３のプローブ及び第４のプローブはそれぞれ等しい侵入角θ１〜θ４に設定されている、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点は、前記回路基板とほぼ直角な方向に整列して配置されている、請求項２に記載のプローブカード。
4. 前記プローブの前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応するプローブの針先までの水平距離は、相異なる、請求項２に記載のプローブカード。
5. 前記プローブの前記第１の直線部分と、該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応するプローブの針先までの水平距離はグループ毎で異なる、請求項２に記載のプローブカード。
6. 前記プローブの前記第１の直線部分と該第１の直線部分に所定の角度をなす第２の直線部分との屈曲点から対応する針先までの距離は、相等しく設定されている、請求項２に記載のプローブカード。

Images