JP2025540468A - 改良型垂直プローブヘッド - Google Patents

Abstract

半導体ウェハー（Ｗ）上に集積された被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するためのプローブヘッド（２０）が記載され、当該プローブヘッドは、第１の端部（２１ａ）と第２の端部（２１ｂ）との間の長手軸（Ｈ－Ｈ）に沿って延在する本体（２１’）を備えた複数のコンタクトプローブ（２１）であって、第１の端部（２１ａ）が被試験デバイス（ＤＵＴ）のコンタクトパッド（２５）に接触するように構成され、第２の端部（２１ｂ）は、それぞれのコンタクトパッド（３０）に接触するように構成される、複数のコンタクトプローブ（２１）と、コンタクトプローブ（２１）の一部分を収容するように構成された複数のガイド穴（２２ｈ）を備える、水平面（α）に置かれる少なくとも１つのガイド（２２）と、を備え、コンタクトプローブ（２１）の第１の端部（２１ａ）と第２の端部（２１ｂ）が、長手軸（Ｈ－Ｈ）に対してオフセット方向（Ｄｉｒ）に沿って、相互にオフセットしていることによって、それぞれのガイド穴（２２ｈ）から突出する第１の端部（２１ａ）のスクラブ方向（Ｄｓｃｒｕｂ）が画定され。上記ガイド（２２）は、長手軸（Ｈ－Ｈ）に対して傾斜した、少なくとも１組の相対する壁（Ｗｈ）を有するガイド穴（２２ｈ）を備え、ガイド穴（２２ｈ）は、ガイド（２２）の水平面（α）に対して垂直ではない対称軸を有し、コンタクトプローブ（２１）の対応する相対する壁（Ｗ）が当接するように構成されている当接点（Ｐ）を画定し、傾斜した相対する壁は、傾斜によって、被試験デバイス（ＤＵＴ）と接触している間のコンタクトプローブ（２１）の変形を画定して、ガイド穴（２２ｈ）の内部に収容されたコンタクトプローブ（２１）の一部分の動作を制御することによって、コンタクトプローブ（２１）の第１の端部（２１ａ）のスクラブ方向（Ｄｓｃｒｕｂ）の動作を制御するように構成される。

Description

本発明は、半導体ウェハー上に集積された電子デバイスを試験するための、複数の垂直プローブを備えたプローブヘッドに関し、以下の説明は、本発明の説明を簡略化することのみを目的として、その応用分野を参照して記載される。

周知のように、プローブヘッドは、集積デバイスなどの微細構造の複数の接触パッドを、その機能試験、特に電気的試験、または一般的に試験を実施する測定機器の対応するチャネルに電気的に接続するように構成された電子デバイスである。

集積されたデバイスに対して行われる試験は、特に、生産段階で欠陥のあるデバイスを検出して分離するために有用である。通常、プローブヘッドは、ウェハー上に集積されたデバイスを切り出し、これらをチップ封入パッケージの内部で組み立てる前に、電気的試験を行うために使用される。

プローブヘッドは、本質的に、実質的に板状で互いに平行である少なくとも一対の支持体またはガイドによって保持された、複数の可動接触要素またはコンタクトプローブを備える。ガイドには適切なガイド穴が設けられ、コンタクトプローブの移動および可能性のある変形のための自由領域または空隙を残すように互いにある一定の距離をあけて位置し、ガイド穴内に摺動可能に収容される。特に、上記の一対のガイドは、いずれもガイド穴が設けられた上部ガイドおよび下部ガイドを備え、当該ガイド穴内では、通常は良好な電気的特性および機械的特性を有する特殊合金のワイヤで作製される、コンタクトプローブが軸方向に摺動する。

コンタクトプローブと被試験デバイスのコンタクトパッドとの良好な接続は、プローブヘッドが被試験デバイスに加える圧力によって保証され、この圧接中、コンタクトプローブはガイド間の空隙の内部での屈曲と、それぞれのガイド穴の内部での摺動を受ける。このタイプのプローブヘッドは、一般に「垂直プローブヘッド（vertical probe head）」と呼ばれる。

本質的には、垂直プローブヘッドは、コンタクトプローブの屈曲が生じる空隙があり、図１に概略的に示すように、コンタクトプローブまたはそのガイドの適切な構成によって上記の屈曲が補助され得る。

特に、図１は、プローブヘッド１を概略的に示しており、当該プローブヘッドは、通常は「上部ダイ（upper die）」と表記される、少なくとも１つの板状の支持体または上部ガイド２と、通常は「下部ダイ（lower die）」と表記される、板状の支持体または下部ガイド３とを備え、当該ガイドはそれぞれのガイド穴４および５を有し、当該ガイド穴の内部では、複数のコンタクトプローブ６が摺動する。

各コンタクトプローブ６は、被試験デバイスと試験装置（図示せず）との間の機械的および電気的接触を実現するように、一端において、ウェハー９上に集積された被試験デバイスのコンタクトパッド８に当接するように意図される、コンタクトチップ７で終端している。

本明細書および以下において、「コンタクトチップ（contact tip）」という用語は、コンタクトパッドに接触することが意図されるコンタクトプローブの端部エリアまたは端部領域を指し、当該端部領域またはエリアは必ずしも尖っている必要はない。

場合によっては、コンタクトプローブは、上部の板状の支持部においてプローブヘッドに固定的に押し付けられ（fixedly constrained）、「ブロックされた（blocked）」プローブヘッドとなる。

しかし、固定的にブロックされているのではなく、複数のコンタクトパッドが設けられた、場合によってはマイクロコンタクタによって、いわゆるボードとインターフェースされたままになっているプローブヘッドの方が、より頻繁に使用されており、これらは「ブロックされていない（non-blocked）」プローブヘッドと呼ばれる。マイクロコンタクタは、プローブとの接触に加えて、被試験デバイス上に存在するコンタクトパッドに対して、自身の上に形成されたコンタクトパッドを、特に、同じパッドの中心間の距離的な拘束を緩和することによって、空間的に再分配することができるため、通常「スペーストランスフォーマ（space transformer）」と呼ばれる。

この場合、図１に示すように、各コンタクトプローブ６は、スペーストランスフォーマ９Ａの複数のコンタクトパッドのうちのコンタクトパッド８Ａに向かって、いわゆるコンタクトヘッド７Ａで終端するさらなる端部エリアまたは領域を有する。プローブ６とスペーストランスフォーマ９Ａとの間の良好な電気的接触は、コンタクトプローブ６のコンタクトヘッド７Ａの、スペーストランスフォーマ９Ａのコンタクトパッド８Ａへの圧接によって保証されるが、これは、コンタクトチップ７がウェハー９上に集積された供試デバイスのコンタクトパッド８に接触するのと類似している。

図１に示すように、上部ガイド２と下部ガイド３の間は、コンタクトプローブ６を変形可能にする空隙１０によって適切に離間している。最後に、ガイド穴４および５は、コンタクトプローブ６が当該ガイドの内部で摺動可能となるように寸法決めされている。

上述したタイプの垂直プローブヘッドの適正な動作は、実質的に２つのパラメータ、すなわち、コンタクトプローブの垂直方向のシフトまたはオーバートラベル（overtravel）と、被試験デバイスのコンタクトパッド上のコンタクトプローブのコンタクトチップの、水平方向のシフトまたはスクラブとリンクしている。

プローブと被試験デバイス間の良好な電気的接続を常に保証する必要があることから、プローブヘッドの製造中に、これらすべての特性が評価および較正される必要がある。

公知の方法によれば、コンタクトプローブ６は、接触端、特に、図１に示すように、コンタクトチップ７およびコンタクトヘッド７Ａをそれぞれ形成するように、まず、その全長に亘ってある一定の横断面を有する直線形状で、場合によっては矩形で、一般的には薄く、場合によっては端部が尖った形状に製造される。次に、上部ガイド２と下部ガイド３をそれぞれのガイド穴に合うように重ね合わせた後、すなわち、ガイドに直交する方向にそれぞれの中心を位置合わせした後、コンタクトプローブ６をガイド穴に挿入し、空隙１０を形成するために上部ガイド２と下部ガイド３との間を離間させ、次いでガイドをシフトさせることにより、図１に示すように、コンタクトプローブ６の本体をほぼ中央の位置で変形させ、プローブヘッドが形成される。この場合、それらはシフトされたプレートを有するプローブヘッドであり、コンタクトプローブ６は「バックリングビーム（buckling beam）」とも呼ばれる。

さらに、上部ガイド２と下部ガイド３の相対的なシフトが、コンタクトプローブ６の変形方向を決定し、したがって、図１にスクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂとして示されているように、ウェハー９上に集積された被試験デバイスのコンタクトパッド８上のそれぞれのコンタクトチップ７の移動方向を決定する。

既に予変形されたプローブを使用することもできるが、その場合、ガイド間のシフトにより、当該予変形が強調（accentuate）される。

また、図１に示すようなシフトしたプレートを有する垂直プローブヘッドの場合、コンタクトプローブ６のコンタクトチップ７とウェハー９上に集積された被試験デバイスのコンタクトパッド８との間の接触の瞬間に、プローブ６の変形は、図１の矢印で示すように、各コンタクトチップ７がコンタクトパッド８に対して方向Ｄｓｃｒｕｂのスクラブを与えるように、すべてのコンタクトプローブ６に実質的に同一の屈曲を生じることも公知である。

しかしながら、プローブヘッド１に含まれる複数のコンタクトプローブ６の全てのコンタクトチップ７が被試験デバイスのコンタクトパッド８上で同時にスクラブする機構は、複数の被試験デバイスを含むウェハー９に横方向の力（ウェハー９が位置する平面に対して平行な力）を発生させ、特に、この横方向の力は、全てのコンタクトプローブ６（全て同じ方向Ｄｓｃｒｕｂに作用する）が全てのコンタクトパッド８上で発生する力の合計に等しい、Ｄｓｃｒｕｂ方向に作用する力であり、これによりウェハー９に対する切削力は高い値に達する可能性がある。特に、切削力とは、プローブヘッド１のガイドが位置する平面に対して略平行な平面を画定するウェハー９に対して略平行な力を意味し、この力は、プローブヘッド１に面するウェハー９の面、すなわちコンタクトパッド８が形成され、コンタクトプローブ６のコンタクトチップ７が当接する面に作用する。

プローブヘッドは通常、多数のプローブを備えることから、被試験デバイスのコンタクトパッドに当接するすべてのコンタクトプローブのスクラブに起因する切削力は、（特に、そのコンタクトプローブの）プローブヘッドがウェハー９に圧接されている間に、ウェハー９の無視できない横方向のシフトを引き起こす可能性がある。この問題は、半導体ウェハー全体ほどの抵抗と慣性を有さない単一ダイの試験においても重要となる。

このため、垂直プローブヘッドによって実行される試験を改善するためには、コンタクトチップの横方向のシフトとプローブの変形を制御可能とすることが望ましい。

本発明の技術的課題は、従来技術で製造されたプローブヘッドに依然として存在する制限および欠点を克服すること、特に、被試験デバイスに接触する際にコンタクトプローブのコンタクトチップの動きを簡単かつ効率的に制御することを可能にする、機能的および構造的特徴を有するプローブヘッドを考案することである。

本発明の基礎となる第１の解決方法は、少なくとも１つのガイド、特に下部ガイドを備えたプローブヘッドを提供することであり、当該下部ガイドには、垂直軸に対して傾斜したガイド穴が設けられ、当該ガイド穴は、自身の内部に収容されたコンタクトプローブの対応する壁に対して固定された当接点（または当接ポイント）を提供するように、また、当該固定された当接点を通じてコンタクトプローブの屈曲に影響を与える（所望のように制御する）ように設けられている。

これにより、ガイド穴内のプローブの部分の移動は、クリアランスが制限された状態で、または存在しない状態で、プローブがガイド穴内の当接点に当接することにより、たとえばブロックされるなどして、適切に制御され、したがって、プローブのコンタクトチップのスクラブが所望のように制御される。

しかしながら、プローブの長手方向軸に対してガイド穴を傾斜させ得ることは、大きな柔軟性をもたらし、したがって、他の実施形態では、特に、これまで見てきたものとは反対の傾斜を創出することによって、プローブのコンタクトチップの動きを増大させることも可能である。

したがって、一般に、本発明は、傾斜した（ガイドに対して傾斜した非垂直の対称軸を有する）ガイド穴を提供し、これにより、コンタクトプローブのコンタクトチップのスクラブ動作の微調整を簡単に得ることができる。

上記解決策に基づいて、上述の技術的課題は、半導体ウェハー上に集積された被試験デバイスを試験するためのプローブヘッドによって解決され、当該プローブヘッドは、第１の端部と第２の端部との間の長手軸に沿って延在する本体を備えた複数のコンタクトプローブであって、第１の端部は、被試験デバイスのコンタクトパッドに接触するように構成され、第２の端部がそれぞれのコンタクトパッドに接触するように構成される、複数のコンタクトプローブと、コンタクトプローブの一部分を収容するように構成された複数のガイド穴を備える、水平面に置かれる少なくとも１つのガイドと、を備え、コンタクトプローブの第１の端部と第２の端部が、長手軸に対してオフセット方向に沿って、相互にオフセットしていることによって、それぞれのガイド穴から突出する第１の端部のスクラブ方向が画定され、ガイドは、長手軸に対して（実質的に同様に）傾斜した、少なくとも１組の相対する壁を有するガイド穴を備え、ガイド穴は、ガイドの水平面に対して垂直ではない対称軸を有し、コンタクトプローブの対応する相対する壁が当接するように構成されている当接点を画定し、傾斜した相対する壁は、傾斜によって、被試験デバイスと接触している間のコンタクトプローブの変形を画定して、ガイド穴の内部に収容された前記コンタクトプローブ（２１）の一部分の動作を制御することによってコンタクトプローブの第１の端部の（特に、スクラブ方向の）動作を制御するように構成される。

より詳細には、本発明は、必要に応じて、単独でまたは組み合わせて採用される以下の追加の任意の特徴を備える。

本発明の一態様によると、上記傾斜した相対する壁は、コンタクトプローブが被試験デバイスと接触して屈曲している間、当接点が、ガイド穴内のコンタクトプローブの一部分の動作に相対する反力を働かせるように構成される。

特に、傾斜した相対する壁は、ガイド穴内のコンタクトプローブの一部分のクリアランスをなくすまたは少なくとも縮小させ、コンタクトプローブの相対する壁を常に同一の当接点に押し付けるように構成され得る。

代替的に、本発明の別の態様によると、傾斜した相対する壁は、コンタクトプローブが被試験デバイスと接触して屈曲している間、静止位置において近接する（それらが当接している）当接点とは反対側の当接点に向かって付勢されるように（当接するように）構成され得る。

特に、上記相対する壁は、ガイド穴内のコンタクトプローブの一部分のクリアランスを拡大させ、動作を案内し、したがってそれぞれの第１の端部のスクラブ動作を増大させるように構成され得る。

本発明の一態様によると、ガイド穴の傾斜した相対する壁は、相互に対して略平行であり得る。

本発明の一態様によると、ガイドはプローブヘッドの下部ガイドであり得、したがって、ガイド穴は、コンタクトプローブの下側部分を収容し得、下部ガイドは被試験デバイスに最も近いガイドであり得る。

本発明の一態様によると、プローブヘッドは、少なくとも１つの上部ガイドであって、空隙によって下部ガイドから分離されており、コンタクトプローブの少なくとも１つの対応する上側部分を収容するように構成された複数のガイド穴を含む、少なくとも１つの上部ガイドをさらに備え得、当該上部ガイドのガイド穴は、下部ガイドのガイド穴に対してオフセット方向にシフトされ、それによってコンタクトプローブの第１の端部のスクラブ方向が画定される。

本発明の一態様によると、上部ガイドのガイド穴には、長手軸に対して傾斜した相対する壁も設けられ得、すなわち、ガイドに対して直交しない対称軸を有する（ある一定の角度で傾斜している）穴が設けられ得る。

本発明の一態様によると、各コンタクトプローブは、プローブヘッド内への組付け前は変形されていない直線形状を有し得、下部ガイドおよび上部ガイドのガイド穴間のシフトが、オフセット方向に沿った端部のオフセットが結果として生じる、コンタクトプローブの変形をもたらすように構成される。

本発明の一態様によると、オフセット方向に沿った上記オフセットは、実質的に５～３０μｍであり得る。

本発明の一態様によると、ガイドは、コンタクトプローブの第１のグループを収容する第１のガイド穴と、コンタクトプローブの第２のグループを収容する第２のガイド穴とを有し得、上記第１および第２のガイド穴は、（たとえば、それぞれの相対する反力または相対するスクラブ動作を得るための）長手軸に対して鏡面対称に傾斜した相対する壁を備える。

本発明の一態様によると、第１のガイド穴は、ガイドの少なくとも１つの第１の領域内でグループ化され得、第２のガイド穴は、ガイドの少なくとも１つの第２の領域内でグループ化され得、第１の領域内の、コンタクトプローブの第１のグループのコンタクトプローブの端部は、第２の領域内の、コンタクトプローブの第２のグループのコンタクトプローブの端部に対して、相対するスクラブを有し、半導体ウェハー上での相対する力を伴ったプローブヘッドの個別の領域を形成する。

本発明はまた、電子デバイスの試験装置用プローブカードであって、当該プローブカードは、少なくとも１つの上記プローブヘッドと、当該プローブヘッドに対向する面上に形成されたコンタクトパッド間の距離の間隔変換（space transformation）を行うように構成されたスペーストランスフォーマ、および／または、プローブカードと試験装置とをインターフェースするように構成されたプリント回路基板と、を備える、プローブカードにも関する。

本発明によるプローブヘッドの特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示的かつ非限定的な例として示す、本発明の実施形態の例についての以下の説明から明らかになるであろう。

従来技術に従ったプローブヘッドの概略図である。 本発明に従ったプローブヘッドの一部分の概略図である。 本発明の実施形態に従ったプローブヘッドの、異なる使用条件におけるコンタクトプローブである。 本発明の実施形態に従ったプローブヘッドの、異なる使用条件におけるコンタクトプローブである。 本発明の一実施形態に従ったプローブヘッドの概略図である。 本発明の別の実施形態に従ったプローブヘッドである。

上記図面を参照すると、２０は、本発明に従って作製された、半導体ウェハー上に集積された電子デバイスを試験するための垂直プローブヘッドを全体的に概略的に示す。

図面は概略図であり、縮尺通りに描かれているのではなく、本発明の重要な特徴を強調するために描かれていることに留意されたい。さらに、図面ではさまざまな要素が概略的に示されているが、その形状は所望の用途に応じて変更可能である。また、図中、同一の参照番号は形状または機能が同一の項目を指していることにも留意されたい。最後に、ある図面に示されている実施形態に関連して説明されている特定の特徴は、他の図面に示されている他の実施形態にも適用可能である。

また、明示的に示されていない限り、必要に応じてプロセスのステップを逆にできることにも留意されたい。

プローブヘッド２０は、半導体ウェハーＷ上に集積された電子デバイスの試験を実施する装置（図示せず）に接続されるように構成されており、それぞれのコンタクトチップのスクラブは、以下の説明で詳述するように、適切に制御される。

図２に示すように、本発明のプローブヘッド２０は複数のコンタクトプローブ２１を備え、各コンタクトプローブ２１には、第１の端部２１ａと第２の端部２１ｂとの間の長手方向軸Ｈ－Ｈに沿って延在する、好ましくは棒状の本体２１’が設けられ、この本体２１’は、以下でより詳細に示すように、変形を有する。

図２では、図示の簡略化のため、ひとつのコンタクトプローブ２１のみを示しているが、図面は、本発明の範囲を限定するものではない例として示されており、明らかなように、コンタクトプローブの数は、必要性および状況に応じて変更可能である。一般に、プローブヘッド２０は、非常に多数のコンタクトプローブ２１を備え得る。

コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａは、半導体ウェハーＷ上に集積された被試験デバイスのコンタクトパッド２５に接触するように構成されており、当該技術分野では「コンタクトチップ（contact tip）」とも呼ばれる。一方、第２の端部２１ｂ（当該技術分野では「コンタクトヘッド（contact head）」とも呼ばれる）は、スペーストランスフォーマ２９またはプリント回路基板（以下、ＰＣＢとも称する）のコンタクトパッド３０に接触するように構成され得、また、後述するように、上部支持体に溶接することも可能である。なお、端部２１ａおよび２１ｂは必ずしも尖っている必要はなく、その形状は必要および／または状況に応じて変更可能である。

さらに、コンタクトプローブ２１の縦軸Ｈ－Ｈは、図２の座標参照系（reference system）の軸ｚ（垂直軸）によって示される方向に実質的に延びることにも留意されたい。

プローブヘッド２０は、コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａに配置された下部ガイド２２を備える。下部ガイド２２には、コンタクトプローブ２１をスライド可能に収容するための複数のガイド穴２２ｈが設けられる。言い換えれば、ガイド２２はプローブヘッドの下部ガイドであり、そのガイド穴２２ｈはコンタクトプローブ２１の下部を収容し、下部ガイド２２は被試験デバイスＤＵＴに最も近いガイドである。

下部ガイド２２は、実質的に板状の支持体であり、図２の座標参照系の軸ｘおよびｙ（水平軸）によって特定される平面内で、コンタクトプローブ２１の長手方向展開軸Ｈ－Ｈに直交して長手方向展開軸が伸びる任意の適切な形状（たとえば、矩形または正方形）を有し得る。

本発明の好ましい実施形態では、プローブヘッド２０は、コンタクトプローブ２１の第２の端部２１ｂに配置され、下部ガイド２２と略平行である上部ガイド２３も備え、上部ガイド２３には、コンタクトプローブ２１を摺動可能に収容するための、特に、少なくともコンタクトプローブの対応する上部を収容するための、対応する複数のガイド穴２３ｈが設けられる。

図２に示すように、上部ガイド２３は、空隙（またはギャップ）Ｇによって下部ガイド２２から分離されており、実質的に、下部ガイド２２と同じ形状および拡がりを有する板状の支持体である。

本発明によれば、一般的に、コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａと第２の端部２１ｂは、長手軸Ｈ－Ｈを基準として、オフセット方向（ここでは矢印「Ｄｉｒ」で示す）に沿って互いにオフセットされている。これにより、プローブの変形（屈曲）と、下部ガイド２２のそれぞれのガイド穴２２ｈから突出する第１の端部２１ａの対応するスクラブ方向（「Ｄｓｃｒｕｂ」で示し、図面ではそれぞれ矢印で表す）が画定される。

たとえば、図示のように、上部ガイド２３のガイド穴２３ｈを下部ガイド２２のガイド穴２２ｈに対してオフセット方向Ｄｉｒにシフトさせることにより、コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａのスクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂを画定することができる。

言い換えれば、下部ガイド２２と上部ガイド２３は、各コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａが長手方向軸Ｈ－Ｈに対して第２の端部２１ｂからオフセットされるように、すなわち、好ましくは直線形状であるコンタクトプローブ２１が、本体２１’の変形を有するように、互いに対して（特に、オフセットして）配置されている。したがって、本実施形態では、各コンタクトプローブ２１は、プローブヘッド２０に組み込む前には、変形されていない直線形状を有しており、上部ガイド２２と下部ガイド２３のガイド穴間のシフトは、結果としてオフセット方向Ｄｉｒに沿った端部のオフセットとなるコンタクトプローブ２１の変形を生じさせるように構成される。

好ましさの上では比較的劣る実施形態では、コンタクトプローブ２１が初期の予変形を有し、ガイドのオフセットによって当該予変形を増大させることも可能である。特に、上部ガイドと下部ガイドのオフセットは、そのガイド穴のオフセットに関係する。

プローブヘッド２０が上部ガイド２３を備える実施形態は好ましいとはいえ、他の解決策も可能であることに留意されたい。例として、図示されていない、好ましさの上では比較的劣る実施形態では、コンタクトプローブ２１の第２の端部２１ｂをプローブヘッド２０に付随する支持部に溶接することができる。この場合、プローブの端部間のオフセットは、下部ガイドのガイド穴の、プローブの長手方向軸Ｈ－Ｈに対する適切なシフトによって得られる。

一例として、一般に、オフセット方向Ｄｉｒに沿ったオフセットは、実質的に５～３０μｍに相当し得る。

いずれの場合も、上部ガイドおよび下部ガイドのオフセット、つまりそのガイド穴のオフセット（したがって、コンタクトプローブ２１の端部２１ａおよび２１ｂのオフセット）によって、コンタクトプローブ２１の望ましい変形方向が決まり、したがって、ウェハーＷ上に集積された被試験デバイスのコンタクトパッド２５上のそれぞれのコンタクトチップ２１ａの移動方向が決まる。図２の非限定的な例では、コンタクトプローブの特定の形状と、被試験デバイスの試験中にコンタクトプローブ内で発生する力の分布とにより、スクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂは理論的には軸ｘの負の方向を向いている。

したがって、各プローブの上述のオフセットにより、コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａのスクラブを画定することが可能となる。ただし、上述のように、このスクラブ動作により、半導体ウェハーＷにかかる全体的な横方向の力が決まり、この横方向の力が極端な値に達する可能性があるため、同一の半導体ウェハーＷのシフトなどの望ましくない影響が生じ得る。

このため、有利には、本発明によると、下部ガイド２２の少なくともいくつかのガイド穴２２ｈは、長手軸Ｈ－Ｈに対して傾斜した少なくとも一対の相対する壁（符号Ｗｈで示す）を備え、これにより、コンタクトプローブ２１の対応する相対する壁（符号Ｗで示す）が当接するように構成された当接点Ｐが画定される。好適には、ガイド穴２２ｈの傾斜壁Ｗｈは、コンタクトプローブ２１が被試験デバイスＤＵＴに接触して屈曲する間、コンタクトプローブ２１の対応する壁Ｗが当接点Ｐに当接するように構成され、これにより、穴内でのプローブの動きに対抗する反力Ｆが作用し、その結果、プローブの第１の端部２１ａのスクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂに沿った動きが制御される（すなわち、この場合、スクラブが実質的にブロックされる）。

これにより、上述の傾斜穴の存在によって、コンタクトプローブ２１が被試験デバイスと圧接する間にもたらされる変形をより精密に制御し、コンタクトチップのスクラブ動作を最適に制御することが可能となるため、プローブヘッド２０の性能が大幅に改善する。

言い換えれば、ガイド穴２２ｈ用に選択された構成により、プローブの当接点を変更する可能性を伴わず、本質的には、試験装置との接触中に、すでに配置されている点Ｐをコンタクトプローブ２１が押して当接点Ｐを変更する可能性を伴わず、コンタクトプローブ２１の下部の傾斜穴内での動きが実質的にブロックされる。

本発明の一実施例においては、傾斜穴の壁の傾斜角度がプローブのスクラブ出口角度と逆であることから、上述の有利な技術的効果が得られる。

上述のように、ガイド穴２２の傾斜した相対する壁Ｗｈによって当接点Ｐに及ぼされる反力は、穴内でのプローブの動きをブロックし、傾斜した相対する壁Ｗｈは、実際には、ガイド穴２２ｈ内のプローブの部分のクリアランスをなくすか、または少なくとも大幅に縮小するように構成されており、コンタクトプローブ２１の相対する壁Ｗを常に同じ当接点Ｐに対して押し付けることから、オーバートラベルのステップの間に、プローブがガイド穴内で自身の当接点を変えることを防止する。

これにより、各コンタクトプローブ２１の第１の端部の動きを制御して、第１の端部２１ａのスクラブ動作を打ち消す（または少なくとも所望通りに制御する）ことができ、これにより、プローブが半導体ウェハーＷに及ぼす横方向の力によって引き起こされる上述の問題を解決することができる。このように、傾斜穴の当接点Ｐは、各コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａのスクラブ動作をブロックするか、または少なくとも制御された状態で減少するように構成され、単一のプローブが及ぼす横方向の力が、当接点Ｐに付与される。

さらに、これらの利点は、試験中にガイド２２の移動が存在する場合にも得られることに留意されたい。

図に示すように、ガイド穴２２ｈの傾斜した相対する壁Ｗｈは、互いに対して略平行である。

ガイド穴２２ｈの傾斜した相対する壁Ｗｈは、特定の値によって限定されない角度で傾斜されるが、上述の効果を得るのに適した角度である。

図示されていない実施形態では、上部ガイド２３のガイド穴２３ｈには、コンタクトプローブ２１の変形をさらに精密に制御するために、長手方向軸Ｈ－Ｈに対して傾斜した相対する壁Ｗｈも設けられている。さらに、本発明はガイドの数によって限定されないため、すでに示したガイドに加えて、または代替として、同じ発想が適用され得る中間ガイドも存在可能であることに留意されたい。

一般に、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、コンタクトプローブ２１は、被試験デバイスのコンタクトパッド２５との圧接中に屈曲するように構成される（図３Ｂに示すように、プローブはオーバートラベルのステップにあるが、図３Ａは静置状態にあるプローブを示している）。そのため、傾斜穴がない場合、コンタクトプローブ２１の第１の端部２１ａには相当なスクラブ運動が生じ、この運動はいかなる方法によっても制御できない。

好適には、本発明によれば、コンタクトプローブ２１の第１の壁は、第１の当接点においてガイド穴２２ｈの対応する第１の壁に接触するように構成されており、これにより、プローブによって及ぼされる横方向の力を、反対方向の反作用力を及ぼすことによって打ち消すように構成されている。さらに、コンタクトプローブ２１の第１の壁に相対する第２の壁は、第２の当接点においてガイド穴の対応する第２の壁に接触している。上述のように、ガイド穴が傾斜していない場合、コンタクトプローブ２１の第１の壁とガイド穴の第１の壁との間にクリアランスが画定される。このクリアランスの大きさは、コンタクトプローブ２１の直径（ここおよび以下では、断面が非円形のプローブの場合においても、最大横方向寸法を意図している）に対するガイド穴の大きさによって決まる。コンタクトプローブ２１の第１の壁（および穴の第１の壁）は、スクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂに対して同じプローブの縦方向展開軸Ｈ－Ｈの後方の壁であるのに対し、コンタクトプローブ２１の第２の壁（および穴の第２の壁）は、スクラブ方向Ｄｓｃｒｕｂにおいて縦方向軸Ｈ－Ｈの先方の壁であることに留意されたい。

さらに、クリアランスは、プローブの壁とガイドの穴の壁との間に、いずれにしても残る可能性があるが、いずれにしても傾斜穴によって大幅に縮小することに留意されたい。

したがって、本発明の構成は、コンタクトプローブ２１によって半導体ウェハーＷに及ぼされる横方向の力の悪影響を制限する。好適には、本発明によるプローブヘッド２０の当該利点は、ガイド穴のピッチ、したがってコンタクトプローブのピッチを変更しないことが可能になる点とともに得られる。

上述のように、傾斜穴の存在により、プローブは当接点Ｐを変更できないため、穴内でのプローブの動きが制限される。これにより、コンタクトプローブ２１の変形（屈曲）が機械的に制御され、スクラブが大幅に減少される。しかしながら、ガイド穴２２ｈ内でのコンタクトプローブ２１の残留クリアランスに起因して余剰スクラブが発生する可能性がある（この余剰スクラブを許容するように穴を寸法決めすることも可能である）。一方で、この余剰スクラブはコンタクトパッドからの不純物の除去に寄与するため好ましい（positive）が、他方では、用途によっては多数のコンタクトプローブが存在するため、上述の横方向の力が発生し、試験中に問題を生じる可能性がある（いずれにしても、当該力は、公知の解決策に対して大幅に減少される）。

このため、本発明の一実施形態では、下部ガイド２２は、互いに異なる傾斜角を有するガイド穴のグループを備え、特に、図４に概略的に示すように、第１のグループのコンタクトプローブ２１を収容する第１のガイド穴２２ｈ’と、第２のグループのコンタクトプローブ２１を収容する第２のガイド穴２２ｈ”とを備える。第１のグループのプローブの端部のオフセットは、第２のグループのプローブのオフセットと逆方向であるため、鏡面状の変形が生じ、したがって鏡面状のスクラブが生じる。好適には、第１および第２のガイド穴は、長手方向軸Ｈ－Ｈに対して鏡面状に傾斜した相対する壁を有する（すなわち、穴が鏡面状に傾斜している）ことで、それぞれ反対方向の反力が得られ、全てのスクラブの合力は実質的にゼロとなる。

本実施形態では、第１のガイド穴２２ｈ’は、下部ガイド２２の少なくとも１つの第１の領域Ａ１にグループ化されており、第２のガイド穴２２ｈ”は、下部ガイド２２の少なくとも１つの第２の領域Ａ２にグループ化されている。上述のように、第１の領域Ａ１におけるプローブの第１のグループのコンタクトプローブの端部は、ある領域のスクラブは別の領域のスクラブによって相殺され、結果として生じる横方向の力は実質的にゼロとなるように、第２の領域Ａ２における第２のグループのプローブのプローブ端部に対して反対方向のスクラブを有し、したがって、半導体ウェハーＷに対して反対方向の力がかかる、プローブヘッド２０の異なる領域、特に反対方向のスクラブを有する２つのマクロ領域が形成される。

上記は、ガイド穴の傾斜が、プローブヘッド２０の単一のコンタクトプローブのスクラブ動作が、完全に打ち消されないまでも減少されるような場合に関する。

しかしながら、本明細書の一般的な教示は、スクラブ動作を所望のように制御可能とするために、ガイド２２に少なくともいくつかの傾斜した穴、すなわち、ガイド２２が位置する面αに対して非直交（non-orthogonally）に延びる対称軸を設けることである点に留意されたい。

たとえば、ウェハーの移動の問題が存在しない場合など、スクラブが望ましい状況もあり、その場合、スクラブによってパッドから不純物が除去される。

図５に示す実施形態では、穴の反対側の壁が反対方向に傾斜している点を除いて、上述したすべての態様が依然として適用される（つまり、穴の傾斜は反対方向で、対称軸は以前の状態に対して鏡面対称になる）。

特に、傾斜した相対する壁は、コンタクトプローブ２１が被試験デバイスＤＵＴに接触して屈曲する間、コンタクトプローブ２１が静止位置において近接する当接点とは反対側の当接点に向かって付勢されるように構成されている。これにより、傾斜した相対する壁Ｗｈは、ガイド穴２２ｈにおけるコンタクトプローブ２１の一部のクリアランスを拡大し、その動きを誘導するように構成されており、したがって、それぞれの第１の端部２１ａのスクラブ動作を増大させる。

この場合にも、ゼロである合力を２つのグループのプローブのスクラブが有する、図４の実施形態に必要な変更を加えた、類似の実施形態を提供し、単一のプローブのスクラブが可能である（たとえば、パッド上の不純物の除去のため）一方で、ウェハー上の横方向の力が実質的に打ち消されるという利点を有することができる。

最後に、再び図２を参照すると、上述のように、プローブヘッド２０は、好ましくは、非拘束型の垂直式であり、コンタクトプローブ２１の第２の端部２１ｂは、インターポーザまたはスペーストランスフォーマ２９のコンタクトパッド３０に当接するように構成される。

特に、スペーストランスフォーマ２９は、その相対する面に形成されたコンタクトパッドの中心間距離またはピッチの間隔変換を行うように構成されている。さらに具体的には、プローブヘッド２０に面するスペーストランスフォーマ２９の第１の面において、コンタクトパッド３０は、被試験デバイスのコンタクトパッド２５のうちの１つと等しいピッチを互いに有し得る一方、スペーストランスフォーマ２９の第２の面に形成されたコンタクトパッド（図示せず）は、スペーストランスフォーマ２９が通常接続されるプリント回路基板またはＰＣＢ（こちらも図示せず）上に形成されたコンタクトパッドのピッチと等しいピッチを有する。特に、それらのコンタクトパッドのピッチは、コンタクトパッド３０のピッチに対して高いため、所望の間隔変換を行い、第２の相対する面上にコンタクトパッドを配置することが容易になり、ＰＣＢ、したがって試験装置との接続が容易になる。

したがって、本発明は、本発明による少なくとも１つのプローブヘッド２０、プローブヘッド２０に対向するコンタクトパッド３０の面に形成された、コンタクトパッド間の距離の間隔変換を実行するように構成されたスペーストランスフォーマ２９、および／またはプローブカードを試験装置とインターフェースするように構成されたＰＣＢを備える、電子デバイスの試験装置用のプローブカードにも関する。

結論として、本発明は、技術的課題を見事に克服することを可能にし、上述のプローブヘッドを提供し、従来技術の欠点をすべて解消する。

好適には、上記をまとめると、ガイドの少なくとも一部の穴（特に下部ガイド）は、所望通りにプローブを変形させ、コンタクトチップのスクラブを所望通りに、最適に制御するために、非直線断面（non-rectilinear section）を有し、すなわち傾斜する。

したがって、有利には、各プローブのコンタクトチップのスクラブ動作は、精密に制御される。

スクラブをブロックするために穴が傾斜している場合（スクラブの角度とは反対の角度で、つまり、同様にプローブが収容されるガイド穴の中心をつなげる軸に傾斜した軸を有する穴、したがってプローブの傾斜にある程度対応する軸を有する穴）、ガイドに横方向の力が加わり、コンタクトチップの横方向の動きがブロックされる。この場合、穴の傾斜はプローブの屈曲に対して反対方向であり、当該屈曲を制御するのは、この穴の傾斜である。

鏡面状の穴（と、したがって、対応するプローブ）のグループの場合、相対する余剰スクラブは互いに打ち消し合う。これにより、好適には、コンタクトプローブが被試験デバイスおよびそれを有する半導体ウェハーに及ぼす全体的な横方向の負荷は実質的にゼロとなり、つまり、被試験デバイスの面に対して平行なプローブヘッドから及ぼされる力は実質的にゼロとなる。これにより、より正確で信頼性の高い試験が可能になり、公知の解決策で発生するような、コンタクトプローブの、補償されていない横方向の（切削）力に起因する半導体ウェハーの横方向シフトなどの現象を回避することが可能となる。

さらに、この解決策は、プローブがガイド穴に詰まるのを防ぎ、また、理解されるように、同じガイドの動作が存在する場合にも機能する。

したがって、記載のプローブヘッドは、本発明の技術的課題を効率的に解決し、特に複数のコンタクトプローブの場合に、改善された試験を可能にすることは明らかである。

明らかに、起こり得る特定の要件を満たすために、当業者は、上記のプローブヘッドにさまざまな修正および変更をもたらすことが可能であり、それらはすべて、以下の特許請求の範囲によって定められるような本発明の保護の範囲内に含まれる。

Claims (14)

1. 半導体ウェハー（Ｗ）上に集積された被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するためのプローブヘッド（２０）であって、
   第１の端部（２１ａ）と第２の端部（２１ｂ）との間の長手軸（Ｈ－Ｈ）に沿って延在する本体（２１’）を備えた複数のコンタクトプローブ（２１）であって、前記第１の端部（２１ａ）が被試験デバイス（ＤＵＴ）のコンタクトパッド（２５）に接触するように構成され、前記第２の端部（２１ｂ）がそれぞれのコンタクトパッド（３０）に接触するように構成される、複数のコンタクトプローブ（２１）と、
   前記コンタクトプローブ（２１）の一部分を収容するように構成された複数のガイド穴（２２ｈ）を備える、水平面（α）に置かれる少なくとも１つのガイド（２２）と、
   を備え、
   前記コンタクトプローブ（２１）の前記第１の端部（２１ａ）と前記第２の端部（２１ｂ）が、前記長手軸（Ｈ－Ｈ）に対してオフセット方向（Ｄｉｒ）に沿って、相互にオフセットしていることによって、それぞれのガイド穴（２２ｈ）から突出する前記第１の端部（２１ａ）のスクラブ方向（Ｄｓｃｒｕｂ）が画定され、
   前記ガイド（２２）は、前記長手軸（Ｈ－Ｈ）に対して傾斜した、少なくとも１組の相対する壁（Ｗｈ）を有するガイド穴（２２ｈ）を備え、
   前記ガイド穴（２２ｈ）は、前記ガイド（２２）の前記水平面（α）に対して垂直ではない対称軸を有し、前記コンタクトプローブ（２１）の対応する相対する壁（Ｗ）が当接するように構成されている当接点（Ｐ）を画定し、
   前記傾斜した相対する壁は、傾斜によって、前記被試験デバイス（ＤＵＴ）と接触している間の前記コンタクトプローブ（２１）の変形を画定して、前記ガイド穴（２２ｈ）の内部に収容された前記コンタクトプローブ（２１）の一部分の動作を制御することによって、前記コンタクトプローブ（２１）の前記第１の端部（２１ａ）の前記スクラブ方向（Ｄｓｃｒｕｂ）の動作を制御するように構成される、ことを特徴とする、プローブヘッド（２０）。
2. 前記傾斜した相対する壁（Ｗｈ）は、前記コンタクトプローブ（２１）が前記被試験デバイス（ＤＵＴ）と接触して屈曲している間、前記当接点（Ｐ）が、前記ガイド穴（２２ｈ）内の前記コンタクトプローブ（２１）の前記一部分の動作に相対する反力（Ｆ）を働かせるように構成される、請求項１記載のプローブヘッド（２０）。
3. 前記傾斜した相対する壁（Ｗｈ）は、前記ガイド穴（２２ｈ）内の前記コンタクトプローブ（２１）の前記一部分のクリアランスをなくすまたは縮小させ、前記コンタクトプローブ（２１）の前記相対する壁（Ｗ）を常に同一の前記当接点（Ｐ）に押し付けるように構成される、請求項２記載のプローブヘッド（２０）。
4. 前記傾斜した相対する壁（Ｗｈ）は、前記コンタクトプローブ（２１）が前記被試験デバイス（ＤＵＴ）と接触して屈曲している間、静止位置において近接する前記当接点とは反対側の当接点に向かって付勢されるように構成される、請求項１記載のプローブヘッド（２０）。
5. 前記傾斜した相対する壁（Ｗｈ）は、前記ガイド穴（２２ｈ）内の前記コンタクトプローブ（２１）の一部分のクリアランスを拡大し、動作を案内し、したがってそれぞれの第１の端部（２１ａ）のスクラブ動作を増大させるように構成される、請求項４記載のプローブヘッド（２０）。
6. 前記ガイド穴（２２ｈ）の前記傾斜した相対する壁（Ｗｈ）は、相互に略平行である、請求項１～５のいずれか１項に記載のプローブヘッド（２０）。
7. 前記ガイド（２２）は前記プローブヘッド（２０）の下部ガイドであり、前記ガイド穴（２２ｈ）は、前記コンタクトプローブ（２１）の下側部分を収容し、前記下部ガイドは前記被試験デバイス（ＤＵＴ）に最も近いガイドである、請求項１～６のいずれか１項に記載のプローブヘッド（２０）。
8. 前記プローブヘッド（２０）は、空隙（Ｇ）によって前記下部ガイドから分離されており、前記コンタクトプローブ（２１）の少なくとも１つの対応する上側部分を収容するように構成された複数のガイド穴（２３ｈ）を含む、少なくとも１つの上部ガイド（２３）をさらに備え、
   前記上部ガイド（２３）の前記ガイド穴（２３ｈ）は、前記下部ガイドの前記ガイド穴（２２ｈ）に対して前記オフセット方向（Ｄｉｒ）にシフトされ、それによって前記コンタクトプローブ（２１）の前記第１の端部（２１ａ）の前記スクラブ方向（Ｄｓｃｒｕｂ）を画定する、請求項７記載のプローブヘッド（２０）。
9. 前記上部ガイド（２３）の前記ガイド穴（２３ｈ）には、前記長手軸（Ｈ－Ｈ）に対して傾斜した相対する壁（Ｗｈ）が設けられる、請求項８記載のプローブヘッド（２０）。
10. 各コンタクトプローブ（２１）は、前記プローブヘッド（２０）内への組付け前は変形されていない直線形状を有し、前記下部ガイドおよび前記上部ガイドの前記ガイド穴間のシフトが、前記オフセット方向（Ｄｉｒ）に沿った前記端部の前記オフセットが結果として生じる、前記コンタクトプローブ（２１）の変形をもたらすように構成されている、請求項８または９に記載のプローブヘッド（２０）。
11. 前記オフセット方向（Ｄｉｒ）に沿った前記オフセットは、実質的に５～３０μｍである、請求項１～１０のいずれか１項に記載のプローブヘッド（２０）。
12. 前記ガイド（２２）は、前記コンタクトプローブ（２１）の第１のグループを収容する第１のガイド穴（２２ｈ’）と前記コンタクトプローブ（２１）の第２のグループを収容する第２のガイド穴（２２ｈ’’）とを有し、前記第１および第２のガイド穴（２２ｈ’、２２ｈ’’）は、前記長手軸（Ｈ－Ｈ）に対して鏡面対称に傾斜した相対する壁を備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載のプローブヘッド（２０）。
13. 前記第１のガイド穴（２２ｈ’）は、前記ガイド（２２）の少なくとも１つの第１の領域（Ａ１）内でグループ化され、前記第２のガイド穴（２２ｈ’’）は、前記ガイド（２２）の少なくとも１つの第２の領域（Ａ２）内でグループ化され、
    前記第１の領域（Ａ１）内の、コンタクトプローブの前記第１のグループの前記コンタクトプローブの端部は、前記第２の領域（Ａ２）内の、コンタクトプローブの前記第２のグループの前記コンタクトプローブの端部に対して、相対するスクラブを有し、前記半導体ウェハー（Ｗ）上での相対する力を伴った前記プローブヘッド（２０）の個別の領域を形成することを特徴とする、請求項１２記載のプローブヘッド（２０）。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つのプローブヘッド（２０）と、
    前記プローブヘッド（２０）に対向する面上に形成されたコンタクトパッド（３０）間の距離の間隔変換を行うように構成されたスペーストランスフォーマ（２９）、および／または、前記プローブカードと試験装置とをインターフェースするように構成されたプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
    を備える、電子デバイスの試験装置用プローブカード。