JP2013130559A - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プローブカード及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明によるプローブカードは、複数のシグナル導体が形成された絶縁基板と、上記シグナル導体を囲むように上記絶縁基板に形成された溝と、を含むことを特徴とする。本発明によると、漏洩電流による信号の外乱が発生しないプローブカードが得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカード及びその製造方法に関し、より具体的には、漏洩電流特性に優れたプローブカード及びその製造方法に関する。

一般的な半導体テスト装置は、テスター（Ｔｅｓｔｅｒ）、パフォーマンスボード（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂｏａｒｄ）、プローブカード（Ｐｒｏｂｅ Ｃａｒｄ）を備えてウエハに製造されたチップの電気的な特性をテストする。

半導体ＩＣ等のテスト装置に用いられるプローブカード（ｐｒｏｂｅ ｃａｒｄ）は、所定の基板及び基板上に配列されたプローブを含む装置で、半導体装置のような微細電子装置の電気的特性を測定するために用いられる。

半導体テスト装置のプローブカードは、テスターで発生した信号をパフォーマンスボードを介して受けてこれをウエハ内のチップのパッドに伝達する役割、及びチップのパッドから出力される信号をパフォーマンスボードを介してテスターに伝達する役割を行う。

プローブカードは、半導体装置と外部電子装置（例えば、テスト装置）との間の電気的経路を形成することにより、半導体装置に対する電気的テストを可能にする。

半導体ウエハ工程後に基板の収率及び工程正確度を検査するために半導体ウエハの空いた空間やスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）空間にテストパターンを挿入して工程を進行する。この際、このようなテストパターンを検査するために一般のウエハと同様にプローブカードを用いてテストを進行する。

このようなテストを進行する時には非常に微細な電流を通じてウエハ上に設けられたテストパターンを検査するため、検査装備やプローブカードも優れた電気的特性を有しなければならない。

従来はウエハ上のテストパターンを検査するためにプローブステーションにプローブカードを連結し半導体検査装備を介して信号をウエハに入力し、ウエハから出力される信号がプローブカードを介して再び検査装備に入力される構造であった。

この際、プローブカードを構成する構成品は、ウエハと接触される面を基準とすると、プローブチップ（探針棒）、スペーストランスフォーマー（ｓｐａｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、インターポーザピン（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ ｐｉｎ）、印刷回路基板（ＰＣＢ、ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）、ジップコネクター（ＺＩＰ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）の順になっている。

このようなプローブカードは、メモリＩＣをテストするのに用いられ、全体的なタイミング性能と簡単な読み書きの性能、及びＤＣ特性をチェックしてＩＣを選別する。

しかしながら、メモリＩＣではなく直接的な演算を担当するロジックＩＣの場合、テスト項目が主にＤＣパラメーター及び周波数特性であり、特に、ＤＣパラメーターを測定する場合は、プローブカードの外乱要素が殆どあってはならない。

特に、測定項目のうち漏洩電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）項目の場合、数百フェムトアンペア（ｆＡ）水準の電流を測定しなければならないため、プローブカード上での漏洩電流が殆どなくてはじめて実際のＩＣの漏洩電流を測定することができる。

本発明の目的は、漏洩電流特性に優れたプローブカード及びその製造方法を提供することである。

本発明の一側面によるプローブカードは、複数のシグナル導体が形成された絶縁基板と、上記シグナル導体を囲むように上記絶縁基板に形成された溝と、を含むことができる。

一実施例において、上記絶縁基板は、セラミック基板を含むことができる。

一実施例において、上記セラミック基板は、低温同時焼成セラミック基板であることができる。

一実施例において、上記溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形であることができる。

一実施例において、上記溝は、微細溝をさらに含むことができる。

一実施例において、上記微細溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形であることができる。

一実施例において、上記溝は、絶縁基板上に格子状に形成されることができる。

一実施例において、上記シグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上であることができる。

一実施例において、上記シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含むことができる。

本発明の他の側面によるプローブカードの製造方法は、シグナル導体が形成された絶縁基板を製造する段階と、上記シグナル導体の間に溝を形成する段階と、上記溝の一部に微細溝を形成する段階と、を含むことができる。

一実施例において、上記絶縁基板は、セラミック基板を含むことができる。

一実施例において、上記セラミック基板は、低温同時焼成セラミック基板であることができる。

一実施例において、上記溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形であることができる。

一実施例において、上記微細溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形であることができる。

一実施例において、上記溝は、絶縁基板上に格子状に形成されることができる。

一実施例において、上記シグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上であることができる。

一実施例において、上記シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含むことができる。

本発明によるプローブカードは、漏洩電流特性に優れる。

本発明の一側面によるプローブカードの斜視図である。 図１の平面図である。 図１のＸ−Ｘ’線に沿う断面図である。 図３のＺ部分の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

本発明の実施形態は多様な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。

また、本発明の実施形態は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

図面における要素の形状及びサイズ等はより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上の同一符号で表示される要素は同一の要素である。

図１は本発明の一側面によるプローブカードの斜視図であり、図２は図１の平面図であり、図３は図１のＸ−Ｘ’線に沿う断面図であり、図４は図３のＺ部分の拡大図である。

図１から図４を参照すると、本発明の一側面によるプローブカードは、絶縁基板１０と、上記絶縁基板１０に形成された複数のシグナル導体２０と、絶縁基板１０にシグナル導体２０を囲むように形成された溝３０と、を含むことができる。

絶縁基板１０は、電気的絶縁性を有する基板を言い、セラミック材質のセラミック基板であることができる。絶縁基板には高分子樹脂等からなる基板も含まれることができるが、セラミック材質のセラミック基板が好ましい。

セラミック基板は、アルミナ、ジルコニア等の高温で焼結されるセラミック材料（ＨＴＣＣ、Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）を含むことができるが、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ、Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、以下「ＬＴＣＣ」という）基板であることが好ましい。

アルミナ基板は、電気的特性は良いが、熱膨張係数がシリコンウエハより大きいため、温度変化に応じてプローブカードとウエハ上のＩＣパッドの位置がずれることがある。

このような問題点を解決するために、熱膨張係数がシリコンウエハと類似したＬＴＣＣセラミック基板を用いることができる。

しかしながら、ＬＴＣＣセラミック基板は、結晶化構造の差異によって漏洩電流特性がアルミナ基板より悪いため、ロジックＩＣをテストするプローブカードに適用するには困難がある。

アルミナ等を主成分とする従来のセラミック多層基板（ＨＴＣＣ）は、約１５００℃以上の焼成温度が必要であるのに対し、ＬＴＣＣセラミック基板は、ガラス系材料を添加することにより１０００℃以下で「低温」焼成することができる。

ＬＴＣＣの最大の特徴は、焼成温度を低温化することにより銀（Ａｇ）系又は銅（Ｃｕ）系のようにコストが安く融点が低く電気伝導度が高い金属を内層配線用素材として用いることができるという点である。

また、ガラス系材料を添加することにより電磁気的特性は多少減少するが、高誘電率・低誘電損失・高熱伝導・シリコンと類似した熱膨張係数等、樹脂系多層基板技術では得られないＨＴＣＣ固有の特性を維持することができる。

特に、ＬＴＣＣは、熱膨張係数がシリコンと類似してベア−チップ（ｂａｒｅ−ｃｈｉｐ）の実装に効果的であり熱伝導度が高くて理想的な半導体実装基板に活用されることもできる。

ＬＴＣＣ基板を形成するためのグリーンシートは、ガラスセラミック材質を用いて形成されることができる。

例えば、上記グリーンシートは、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−Ｒ_２Ｏ系ガラス（ここで、Ｒは、Lｉ、Ｎａ、Ｋの少なくともいずれか一つ）の少なくともいずれか一つを用いて形成されることができる。

絶縁基板１０には、Ｕ字形、Ｖ字形の溝３０が形成されることができる。また、溝３０の底面には、Ｕ字形、Ｖ字形の微細溝４０がさらに形成されることができる。

しかしながら、必ずしもＵ字形、Ｖ字形に限定されるものではなく、漏洩距離の調節のためにこれを混用することもでき、半円形等のその他の形状であることもできる。

溝３０及び微細溝４０の断面形状に応じて漏洩距離が変わることができ、設計基準に応じて適切に選択するか又は混合して用いることができる。

溝３０は、シグナル導体２０の間の絶縁基板１０に形成されることができる。シグナル導体２０間の漏洩距離５０を増加させて漏洩電流を抑制して信号の外乱を防止するためのものである。

溝３０を深く形成するほど、漏洩距離５０は増加することができる。

漏洩距離５０は、シグナル導体２０とシグナル導体２０の間に存在する絶縁基板１０の表面距離を意味することができる。絶縁基板１０の表面に屈曲がある場合は、屈曲形状の表面に沿って測定した距離を意味することができる。

即ち、図４を参照すると、シグナル導体２０の間に溝３０及び微細溝４０が形成されており、その屈曲に沿って測定した距離を「漏洩距離５０」とすることができる。

絶縁基板１０の内部には電流が流れることができないため、絶縁基板１０の内部より相対的に絶縁強度が小さい絶縁基板１０の表面に沿って電流が流れる。これを「漏洩電流」という。

漏洩距離５０が大きいと、電流の経路が長くなって漏洩電流値が減少することができる。

隣り合うシグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上であることができる。

漏洩距離が３０μｍより小さいと、シグナル導体の間に流れる漏洩電流によって信号に外乱が発生することがある。

溝３０は、シグナル導体２０を囲むように形成されることができる。また、溝３０は、絶縁基板１０上に格子状に形成されることができる。各シグナル導体２０は、溝によって完全に孤立されることができる。これは、各シグナル導体２０間の漏洩距離５０を増加させて漏洩電流を減少させるためである。

絶縁基板１０は、シリコンウエハと熱膨張係数が類似した低温同時焼成セラミック基板であることができる。アルミナ等は、絶縁特性に優れるが、熱膨張係数においてシリコンウエハとかなりの差異があるため、アルミナを絶縁基板に用いることは好ましくない。

しかしながら、ＬＴＣＣセラミック基板は、結晶構造の特性上、漏洩電流特性がアルミナ等の基板より落ちることがある。よって、ＬＴＣＣセラミック基板の漏洩電流特性を補完する必要があり、本発明では、溝３０及び微細溝４０を形成してＬＴＣＣセラミック基板の漏洩電流特性を補完しようとする。

シグナル導体２０は、信号を伝達することができる導電性導体を意味することができる。即ち、半導体検査装備で発生した信号を半導体素子に伝達し再び半導体素子から出る信号を半導体検査装備に伝達することができる。

シグナル導体２０は、信号を伝達することができれば良い。具体的には、シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含むことができる。

本発明の他の側面によるプローブカードの製造方法は、シグナル導体２０が形成された絶縁基板１０を製造する段階と、上記シグナル導体２０の間に溝３０を形成する段階と、上記溝３０の底面に微細溝４０を形成する段階と、を含むことができる。

上記絶縁基板は、セラミック基板であることができる。セラミックグリーンシート上に導電性ペーストを印刷して導電性内部回路パターンを形成しこれを積層し焼結してセラミック基板を製造することができる。

セラミック基板は、低温同時焼成セラミック基板であることができる。この場合、１０００℃以下の低い温度で内部回路パターンと共に焼結することができる。セラミック基板上には、複数のシグナル導体２０が形成されることができる。

シグナル導体２０の間の絶縁基板には、溝３０を形成することができる。溝３０は、絶縁基板の一部をレーザーやその他の機械的なパンチング工程を用いて除去することにより形成されることができる。溝３０の深さを調節して漏洩距離５０を調節することができる。

溝３０の底面には、微細溝４０をさらに形成することができる。微細溝４０を用いて漏洩距離５０をより精密に調節することができる。

溝３０の断面はＵ字形又はＶ字形であることができ、上記微細溝４０の断面もＵ字形又はＶ字形であることができる。

溝３０は、絶縁基板上に格子状に形成されることができる。溝３０は、シグナル導体２０を囲むように形成されることができる。各シグナル導体２０は、溝３０によって完全に孤立されることができる。

これは、各シグナル導体２０間の漏洩距離５０を増加させて漏洩電流を減少させるためである。

シグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上であることができる。

漏洩距離が３０μｍより小さいと、シグナル導体の間に流れる漏洩電流によって信号に外乱が発生することがある。

シグナル導体２０は、信号を伝達することができれば良い。具体的には、シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含むことができる。

その他の絶縁基板、シグナル導体、溝等に関する事項は、前述した事項と同様である。

以下では、実施例及び比較例を参照して本発明に関して詳細に説明する。

実施例によるプローブカードは下記のような方法により製造した。

まず、ＬＴＣＣ用セラミック粉末、有機溶媒としてエタノール、バインダーとしてポリビニルブチラール等を混合した後、これをボールミリングしてセラミックスラリーを製造した。ボールミリングはジルコニアボールを用いて１００時間行った。

ドクターブレード方法を用いてセラミックスラリーで約１００μｍの厚さのセラミックグリーンシートを製造した。セラミックグリーンシートを貫通するビアホールを形成した。

導電性ペーストを印刷してセラミックグリーンシート上に回路パターンを印刷した。また、ビアホールには導電性ペーストを充填してビア導体を形成した。

ビア導体は、回路パターンをセラミックグリーンシートを貫通して互いに接続させるように形成した。導電性ペーストとしては、銀（Ａｇ）を含有するものを用いた。

導体回路パターン及びビア導体が形成されたセラミックグリーンシートを５０枚積層した後、９５０℃で同時焼成してセラミック基板を製造した。

次に、焼結された基板にレーザーを用いて溝を形成した。溝はＵ字形に形成し、微細溝も形成した。

比較例も上記実施例と同様の方法で製造した。但し、溝又は微細溝を形成しないという点のみが相違する。

導体間の距離は３０μｍに一定にし、溝及び微細溝を形成した場合、溝のみを形成し微細溝は形成しない場合又は溝さえ形成しない場合に分けてプローブカードを製造した。

各プローブカードに対して漏洩電流を測定した後、切断面で漏洩距離を測定して、その結果を表１に示した。

漏洩電流はフェムトアンメーター機器を用いて測定した。漏洩距離はシグナル導体間の基板の表面距離を測定して決め、具体的には、基板の断面を高倍率の顕微鏡で撮影した後にシグナル導体間の基板の表面距離を測定した。

信号の歪曲が発生した場合を不良と判定した。

表１を参照すると、比較例１は、シグナル導体間の距離が３０μｍであり溝及び微細溝を形成しない場合で、漏洩距離は３０μｍであり、漏洩電流は１．３ｎＡであり、信号の歪曲が発生した。

漏洩距離が短くて漏洩電流が大きく、これにより、信号の歪曲が発生したと判断される。

比較例２は、シグナル導体間の距離が３０μｍであり溝を形成し微細溝は形成しない場合で、漏洩距離は７０μｍであり、漏洩電流は０．７ｎＡであり、信号の歪曲が発生した。

漏洩距離が短くて漏洩電流が大きく、これにより、信号の歪曲が発生したと判断される。

比較例３は、シグナル導体間の距離が３０μｍであり溝及び微細溝を形成した場合で、漏洩距離は７５μｍであり、漏洩電流は０．６ｎＡであり、信号の歪曲が発生した。

比較例３は、溝及び微細溝を全て形成した場合であるが、漏洩距離が短くて漏洩電流が大きく信号の歪曲が発生したと判断される。

実施例１は、シグナル導体間の距離が３０μｍであり溝と微細溝を形成し漏洩距離が１５０μｍである場合で、漏洩電流は０．２５ｎＡであり、信号の歪曲が発生しなかった。

実施例２は、シグナル導体間の距離が３０μｍであり溝と微細溝を形成し漏洩距離が１５５μｍである場合で、実施例１の場合より漏洩距離はさらに大きく漏洩電流はさらに小さく、信号の歪曲も発生しなかった。

結局、表１によると、溝及び微細溝を形成して漏洩距離を増加させることにより漏洩電流を減少させることができ、信号の歪曲を防止することができるという点を確認することができる。

本発明で用いた用語は特定の実施例を説明するためのもので、本発明を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上明白でない限り、複数の意味を含む。

「含む」又は「有する」等の用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素又はこれらを組み合わせたものが存在するということを意味するものであり、これを排除しようとするものではない。

本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されることなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。

したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当技術分野における通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

１０ セラミック基板
２０ シグナル導体
３０ 溝
４０ 微細溝
５０ 漏洩距離
６０ シグナル導体間の距離

Claims (17)

1. 複数のシグナル導体が形成された絶縁基板と、
   前記シグナル導体を囲むように前記絶縁基板に形成された溝と、
   を含む、プローブカード。
2. 前記絶縁基板は、セラミック基板である、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記セラミック基板は、低温同時焼成セラミック基板である、請求項２に記載のプローブカード。
4. 前記溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形である、請求項１に記載のプローブカード。
5. 前記溝は、微細溝をさらに含む、請求項１に記載のプローブカード。
6. 前記微細溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形である、請求項５に記載のプローブカード。
7. 前記溝は、絶縁基板上に格子状に形成される、請求項１に記載のプローブカード。
8. 前記シグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上である、請求項１に記載のプローブカード。
9. 前記シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含む、請求項１に記載のプローブカード。
10. シグナル導体が形成された絶縁基板を製造する段階と、
    前記シグナル導体の間の絶縁基板に溝を形成する段階と、
    前記溝の一部に微細溝を形成する段階と、
    を含む、プローブカードの製造方法。
11. 前記絶縁基板は、セラミック基板である、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
12. 前記セラミック基板は、低温同時焼成セラミック基板である、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
13. 前記溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形である、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
14. 前記微細溝の断面形状は、Ｕ字形又はＶ字形である、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
15. 前記溝は、絶縁基板に格子状に形成される、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
16. 前記シグナル導体間の漏洩距離は、３０μｍ以上である、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。
17. 前記シグナル導体の材料は、金、銀、錫、鉛、ニッケル、チタニウム及びこれらの合金からなる群から選択された一つ以上を含む、請求項１０に記載のプローブカードの製造方法。

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