JP2971706B2 - プローブカード及び同軸プローブ針の端末処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等
の被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置に用い
られるプローブカード及び同軸プローブ針の端末処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体製造プロセスにおい
ては、半導体ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の
回路パターンを持つ多数のチップ（半導体デバイス）が
配列して形成される。これらチップの電気的特性の検査
（試験判定）は、各チップが分割される前の半導体ウエ
ハの状態で、プローブ装置（別名：ウエハプローバ）に
より行われる。この検査結果、良品と判定された半導体
チップのみを、次のボンディングやパッケージィング工
程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図るようにして
いる。

【０００３】ここで、そのプローブ装置は、特開昭６４
−７３６３２号公報等に示されているようなもので、メ
インステージにはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に
構成されたウエハ載置台が備えられており、このウエハ
載置台の上方には、半導体ウエハのチップの電極パッド
に対応した多数のプローブ針を備えたプローブカードが
固定支持されている。

【０００４】そして、ウエハ載置台上に被検査体である
半導体ウエハを載置し、そのウエハ載置台をＸ−Ｙ−Ｚ
−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導体ウ
エハ上の各チップの電極パッドにプローブカードの各プ
ローブ針の先端を接触させ、これでそのプローブ針を介
しプローブカードの更に上方に配するテスタヘッド並び
に外部テスタとの電気的接続を行って、そのテスタによ
り該半導体チップの電気的特性の測定検査を行うように
なっている。

【０００５】このようなプローブ装置に用いられるプロ
ーブカードは、このプリント基板に対し各プローブ針の
針杆部を斜めにして取付けた斜針タイプのものが主流で
あっが、近年の半導体素子の高集積化に伴い、半導体ウ
エハ上に形成されるチップの単位面積当たりの電極パッ
ド数の増加、並びにその電極パッドの大きさ及び配置間
隔の縮小化が進み、これに対し、前述の斜針タイプのプ
ローブカードでは該プローブ針の実装本数に限界があっ
て対処できなくなって来た。

【０００６】そこで、最近では、前記斜針タイプのプロ
ーブカードに代わって、例えば特公平２−２８８２８号
公報等に開示されている垂直針タイプの多ピン用高密度
プローブカード（ＶＴＰＣ）が開発されて実用化されつ
つある。

【０００７】この垂直針タイプのプローブカードでは、
プリント基板の導電パターンに基端（端末）を半田付け
により接続固定した各プローブ針を、放物線状に彎曲し
て、該プリント基板の中央開口からその下部の針接着固
定部の小孔に挿入してエポキシ樹脂等により接着固定
し、先端側部を下側のガイド板の小孔に挿通案内させ
る。これで、各プローブ針の途中接着固定部から先端側
部が被検査体に対し略垂直状態に配列することになるの
で、前述の斜針タイプのものよりプローブ針の実装本数
の大幅な増加、即ち実装針の狭ピッチ化及び多数本化が
可能となる。

【０００８】ところで、近年の例えば１６メガＤＲＡＭ
のチップのように、電極パッドの大きさが約６０〜８０
μm 角で、その配列ピッチは約１００μm 程度のものが
対象の場合、針先を１５μm 程度に尖鋭とした外径が約
７０μm 程度の極細のプローブ針を電極パッドの配列と
対応して微細ピッチで多数本垂直に高密度実装する必要
がある。

【０００９】しかも、その各プローブ針は、接触抵抗の
低減と耐久性とを図るべく金と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金
製とし、且つ前記接着固定部から先端側（垂直に配して
オーバードライブにより座屈する部分）は前述の如く約
７０μm 程度の極細としても、それより上側の基端側部
は剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減を図るべく一
段太く（２００μm ）程度に成形する必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述した垂直針タイプ
の高密度プローブカードにおいては、プローブ針を極細
にして多数本微細ピッチで実装する場合、その各プロー
ブ針の特性インピーダンスやシールド性などを考慮する
ことにより、テスタ側とのインピーダンス不整合による
電気的反射や針相互のクロストークによる異常なリンギ
ング発生を防止する必要があり、このために、各プロー
ブ針は、導電針体（中心導体）と、この先端側を除いた
外周を覆う誘電体（内部絶縁体）と、この更に外周を覆
う外部導体（シールド等）と、この更に外周を覆うシー
ス（外部絶縁被覆）とにより、テスタ側と出来るだけマ
ッチングした特性インピーダンスを持つ同軸ケーブル状
の構成とすることを考えた。

【００１１】しかしながら、このプローブ針を同軸ケー
ブル状としても、前述の如く超高密度実装の場合、各プ
ローブ針の基端側端末の処理に問題が発生した。即ち、
同軸ケーブル状に構成した多数本のプローブ針は、この
導電針体（中心導体）の基端側端末をプリント基板の各
パターン電極に半田付けにより接続固定する一方、その
各プローブ針の外部導体（シールド等）のアースを取り
たいが、そのアースを取るスペースがプリント基板上に
無い。

【００１２】つまり、同軸ケーブル状に（シールド処
理）したプローブ針の外径寸法は略0.8 mm程度となる
が、通常の多ピン用高密度プローブカード（ＶＴＰＣ）
のプリント基板を用いた場合、そのスペース的な制約
で、各プローブ針の導電針体の基端側端末を半田付けす
る各パターン電極は、該プリント基板上に１mm〜1.5mm
程度の狭ピッチで配列する必要があり、その狭ピッチの
パターン電極の相互間に、該電極と同一平面上で絶縁距
離を確保して、各プローブ針の外部導体（シールド等）
の端末を半田付けするアース用導電層（ベタグランド）
を設けることはスペース的に不可能である。

【００１３】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、プリント基板の平面スペースを立体的
に活用して、多数本の同軸プローブ針端末のパターン電
極への接続とアース処理とが、相互に充分な絶縁距離を
保って非常に簡単確実に図れて、テスティング特性の一
層の向上に役立つ高密度実装のプローブカード及び同軸
プローブ針の端末処理方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、基端側端末をプリント基板に固定し先端
を被検査体に圧接して電気的接続を行う多数本のプロー
ブ針を備えたプローブカードにおいて、前記プローブ針
は、導電針体と、この先端側を除いた外周を覆う誘電体
と、この更に外周を覆う外部導体と、この更に外周を覆
うシースとにより、同軸ケーブル状に構成する一方、前
記プリント基板に導電層を有したアース基板を重設し、
このアース基板の孔に前記プローブ針の誘電体の端末を
引き込んで前記導電針体の端末を該アース基板の導電層
と絶縁状態にして貫通しプリント基板のパターン電極に
接続固定すると共に、前記外部導体の端末を該アース基
板の導電層に接続固定したことを特徴とする。

【００１５】本発明の同軸プローブ針の端末処理方法
は、前記構成のプローブカードを簡単に得るために、プ
ローブカードのプリント基板に導電層を有したアース基
板を重設し、このアース基板の孔に同軸ケーブル状のプ
ローブ針の誘電体の端末を引き込んで、その中心の導電
針体の端末を該アース基板の導電層と絶縁状態にして貫
通しプリント基板のパターン電極に接続固定すると共
に、前記外部導体の端末を該アース基板の導電層に接続
固定することを特徴とする。また、前記プローブカード
及び同軸プローブ針の端末処理方法における前記アース
基板の絶縁性の樹脂プレートに段付き孔を形成し、この
段付き孔の大径部に前記誘電体の端末を引き込んで固定
したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】前記構成のプローブカード及び同軸プローブ針
の端末処理方法であれば、プリント基板に、導電層を有
したアース基板を重設したので、該プリント基板の狭ピ
ッチで配列する多数のパターン電極とアース基板のアー
ス用導電層とを、同一平面上に無理やり存在させること
なく、上下に別けて立体的に配することができ、しか
も、そのアース基板に穿設した孔に同軸ケーブル状のプ
ローブ針の誘電体の端末を引き込むことで、その中心の
導電針体を該アース基板の孔に導電層と確実に絶縁させ
て貫通でき、その状態で導電針体の端末をプリント基板
のパターン電極に接続固定すると共に、前記外部導体の
端末を該アース基板の導電層に接続固定したので、高密
度実装の多数本の同軸プローブ針端末のパターン電極へ
の接続とアース処理が、相互に充分な絶縁距離を保って
非常に簡単確実に行い得て、優れたテスティング特性を
持つ垂直針タイプの高密度実装プローブカードとして最
適となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。まず、図２は半導体製造プロセスにおいて半導体ウ
エハＷ上に形成したチップ（半導体デバイス）の電気的
特性を検査（試験判定）するプローブ装置（別名：ウエ
ハプローバ）の一部分を断面で示している。

【００１８】このプローブ装置は、この基台（図示せ
ず）の略中央のメインステージにＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に
移動制御可能に構成されたウエハ載置台１が備えられ、
このウエハ載置台１の上面に被検査体である半導体ウエ
ハＷを真空チャックして水平状態に位置決め保持でき
る。

【００１９】一方、そのウエハ載置台１の上方には、前
記基台と平行に設けられたヘッドプレート及びインサー
トリングにカードホルダー（いずれも図示せず）を介し
て本発明のプローブカード２が固定支持されていると共
に、その上側にコンタクトリング３並びにテストヘッド
４が設置され、外部テスタ５と接続されている。

【００２０】前記プローブカード２は、半導体ウエハＷ
の高密度・高集積化に対処すべく、プローブ針３１の実
装本数の大幅な増加、即ち実装針の狭ピッチ化及び多数
本化を図った垂直針タイプの超高密度針プローブカード
である。

【００２１】この垂直針タイプの超高密度針プローブカ
ード２の構成を以下に述べると、まず、プローブカード
本体として、中央に開口２１ａを持つプリント基板２１
と、この上側に重設された同じく中央に開口２２ａを持
つアース基板２２と、前記プリント基板２１の下側に次
々と位置決めピンや締結ねじ（図示せず）等により同心
的に固着された各々中央に開口を持つリング状の固定ブ
ロック２３，２４，２５，２６と、これら固定ブロック
内部空間の上部寄りに固定ブロック２４，２５により挟
持するかたちで水平に固定された針接着固定板２７と、
同様に固定ブロック内部空間の下端部に固定ブロック２
６に嵌着して水平に固定された上下２枚のガイド板２
８，２９とが備えられている。

【００２２】その針接着固定板２７とガイド板２８，２
９は、絶縁性の樹脂プレートで、それぞれに針挿通用の
小孔２７ａ，２８ａ，２９ａ（図１参照）が下記の針実
装本数並びに配列に対応して多数穿設されている。

【００２３】前記プリント基板２１は、中央開口２１ａ
の周囲に図１に示す如く孔開きパターン電極２１ｂが狭
ピッチ（１mm〜１．５mm程度）で多数個配設されてい
る。前記アース基板２２は、前記プリント基板２１の上
面に位置決めピンや締結ねじ等により同心的に位置決め
固定されている。このアース基板２２は、片面銅張絶縁
基板或いはベタグランドと称するもので、絶縁性の樹脂
プレート２２ｂの上面に銅箔等を貼着することで導電層
２２ｃが設けられて、この導電層２２ｃがリード端子２
２ｄを介してプリント基板２１のグランドパターンに電
気的に接続されている。

【００２４】また、このアース基板２２には、上面の導
電層２２ｃから絶縁性の樹脂プレート２２ｂに貫通して
孔２２ｅが、前記プリント基板２１の各パターン電極２
１ｂの孔と対応して多数形成されている。この孔２２ｅ
は上半部分が比較的大径な段付き孔（座ぐり孔）とされ
ている。

【００２５】こうしたプローブカード２にプローブ針３
１が多数本（図２には３本のみ示したが、実際には約１
５mm² 内に約１５００〜２０００本程度）実装されてい
る。即ち、各プローブ針３１は、先端側部を上側の針接
着固定板２７の各小孔２７ａに上方から一本ずつ垂直に
挿入して、その各針先を下側のガイド板２８，２９の小
孔２８ａ，２９ａに通して下方に僅かに突出する状態と
なし、この状態で前記針接着固定板２７上にエポキシ樹
脂等の接着剤３２を充填して該プローブ針３１の途中を
接着固定する。これで各プローブ針３１の途中の接着固
定部から先端側が被検査体であるウエハＷに対し各々略
垂直状態で微細ピッチで配列支持されている。

【００２６】一方、その各プローブ針３１の途中の接着
固定部から上側の基端側部は、前記プリント基板２１と
アース基板２２との中央開口２１ａ，２２ａを介して上
方に延出して外周方に向け放物線状に彎曲させられ、そ
の各基端側端末が後述する如く該アース基板２２とプリ
ント基板２１とに接続処理されている。

【００２７】ここで、前記各プローブ針３１は、図１に
示す如く、中心導体として実装される導電針体３３と、
この導電針体３３の座屈可能な先端側部３３ａを除いた
外周を覆う誘電体（内部絶縁体）３４と、この更に外周
を覆う外部導体（シールド等）３５と、この更に外周を
覆うシース（外部絶縁被覆）３６とから同軸ケーブル状
に構成されている。

【００２８】その導電針体３３は、接触抵抗の低減と耐
久性とを図るべく金と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金製で、且
つ電極パッドＰの大きさが約６０μm 角で、その配列ピ
ッチは約１００μm 程度の高集積化・高密度の半導体チ
ップを検査対象とすべく、途中の接着固定部付近（固定
板２７の少し上部）から先端側部（下方に略垂直に突出
する部分）３３ａが外径約７０μm 程度の極細とされ、
更にその先端の針先３３ｂが円錐形状に尖鋭化されて、
直径１５μm 程度の平坦面に成形されている。なお、そ
の先端側部３３ａは全長が略１５mm程度とされ、その途
中（固定板２７とガイド板２８との間）に略１０mm程度
の長さの座屈部３３ｃを有し、針先３３ｂが下側のガイ
ド板２９より略２５０μm 程度下方に突出されている。

【００２９】また、その導電針体３３は、剛性強度のア
ップ並びに導体抵抗の低減を図るべく、前記途中の針接
着固定部（固定板２７の少し上部）より上側に伸びる基
端側部３３ｄが、プリント基板２１のパターン電極２１
ｂに半田付け固定される基端（端末）３３ｅまでに亘
り、前記先端側部３３ａより一段太い所要の外径寸法
（略２００μm 程度）に成形されている。

【００３０】この導電針体３３の座屈可能な先端側部３
３ａを除いた基端側部３３ｄの外周を覆う誘電体（内部
絶縁体）３４は、厚さが０．１５８mmで外径が０．５７
mm程度のＦＥＰ製であり、この更に外周を覆う外部導体
（シールド等）３５は、錫めっき軟銅製の編組シールド
素線よりなり、この更に外周を覆うシース（外部絶縁被
覆）３６は、厚さ０．０２５mmの仕上げ標準外径０．８
mm程度のミレン材製である。これでテスタ５側と出来る
だけ整合する所望の特性インピーダンス（約５０Ω程
度）を持つ同軸ケーブル状に構成されている。

【００３１】この同軸ケーブル状のプローブ針３１の基
端側端末処理を述べると、図１に示す如く、その各プロ
ーブ針３１の誘電体３４の端末３４ａを前述したアース
基板２２の段付き孔２２ｅ内に上方から少し引き込み、
これでその中心の導電針体３３の端末３３ｅを該アース
基板２２の導電層２２ｃと絶縁状態としてプリント基板
２１のパターン電極２１ｂに貫通し、この状態で、該導
電針体３３の端末３３ｅをプリント基板２１のパターン
電極２１ｂ下面に半田付けにより接続固定すると共に、
その外周を覆う外部導体（シールド等）３５の端末を３
５ａを少し剥き開き、これをアース基板２２上面の導電
層（ベタグランド）２２ｃに半田付けして接続固定して
いる。

【００３２】こうした構成のプローブカード２では、プ
リント基板２１上に、導電層２２ｃを有したアース基板
２２を重設したので、該プリント基板２１の狭ピッチで
配列する多数のパターン電極２１ｂとアース基板２２の
アース用導電層２２ｃとを上下に別けて配することがで
き、即ちプリント基板２１の上面スペースを立体的に有
効活用でき、しかも、そのアース基板２２に穿設した孔
２２ｅに同軸ケーブル状のプローブ針３１の誘電体３４
の端末３４ａを少し引き込むことで、導電針体３３を該
アース基板２２の孔２２ｅに導電層２２ｃと確実に絶縁
させて貫通できる。従って、導電針体３３の端末３３ｅ
のパターン電極２１ｂへの接続固定と、外部導体３５の
端末３５ａのアース基板２２の導電層２２ｃへの接続固
定とが、相互に充分な絶縁距離を保って非常に簡単確実
に行い得るようになる。

【００３３】こうした端末処理により、同軸ケーブル状
のプローブ針３１を高密度で多数本実装して用いること
が可能となり、テスター５側とのインピーダンス整合が
図れて電気的反射が低減すると共に、微細ピッチで配列
していてもクロストークが抑えられ、異常なリンギング
の発生を防止でき、優れたテスティング特性が得られる
ようになり、なお、そのテスティングは、プローブ装置
のウエハ載置台１上に半導体ウエハＷを載置し、そのウ
エハ載置台１をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御して、こ
の上面に保持した半導体ウエハＷ上の各チップの電極パ
ッドＰにプローブカード２の各プローブ針３１の針先を
接触させ、これでそのプローブ針３１とプローブカード
２の上方に配するコンタクトリング３並びにテストヘッ
ド４を介して外部テスタ５を電気的に接続し、そのテス
タ５により該半導体チップの電気的特性の測定検査を行
うようになる。

【００３４】そのウエハ載置台１を上昇させて半導体ウ
エハＷのチップの電極パッドＰ面を各プローブ針３１の
針先に接触させた際、そこで更にオーバードライブ（ウ
エハ載置台１の上昇）をかけて、各プローブ針３１を前
記接着固定部（固定板２７）と下側ガイド板２８との間
で図示想像線で示す如く座屈させながら、それぞれ電極
パッドＰに対する所要の接触面圧を確保し、この圧接状
態で、更に前記ウエハ載置台１を水平方向に数回微細変
位させて、該電極パッドＰ面の酸化皮膜を針先で掻き取
ることで、各プローブ針３１と電極パッドＰとの確実な
電気的接続を行うようにする。

【００３５】

【発明の効果】本発明のプローブカード及び同軸プロー
ブ針の端末処理方法は、前述の如く構成したので、同軸
ケーブル状のプローブ針を多数本狭ピッチで高密度実装
しても、プリント基板とこれに重合するアース基板とに
より平面スペースを立体的に有効活用できて、各プロー
ブ針端末のパターン電極への接続とアース処理とが、相
互に充分な絶縁距離を保って非常に簡単確実に図れて、
テスティング特性の向上に役立つ効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブカードの一実施例を示す一部
省略した要部拡大断面図。

【図２】同上実施例のプローブカードを用いたプローブ
装置の一部省略した断面図。

【符号の説明】

２…プローブカード、２１…プリント基板、２１ｂ…パ
ターン電極、２２…アース基板、２２ｃ…導電層、２２
ｅ…孔、３１…プローブ針、３３…導電針体、３３ｅ…
基端側端末、３４…誘電体、３４ａ…誘電体端末、３５
…外部導体、３５ａ…外部導体端末、３６…シース、Ｗ
…被検査体（半導体ウエハ）。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端側端末をプリント基板に固定し先端
   を被検査体に圧接して電気的接続を行う多数本のプロー
   ブ針を備えたプローブカードにおいて、前記プローブ針
   は、導電針体と、この先端側を除いた外周を覆う誘電体
   と、この更に外周を覆う外部導体と、この更に外周を覆
   うシースとにより、同軸ケーブル状に構成する一方、前
   記プリント基板に導電層を有したアース基板を重設し、
   このアース基板の孔に前記プローブ針の誘電体の端末を
   引き込んで前記導電針体の端末を該アース基板の導電層
   と絶縁状態にして貫通しプリント基板のパターン電極に
   接続固定すると共に、前記外部導体の端末を該アース基
   板の導電層に接続固定したことを特徴とするプローブカ
   ード。
2. 【請求項２】 プローブカードのプリント基板に導電層
   を有したアース基板を重設し、このアース基板の孔に同
   軸ケーブル状のプローブ針の誘電体の端末を引き込ん
   で、その中心の導電針体の端末を該アース基板の導電層
   と絶縁状態にして貫通しプリント基板のパターン電極に
   接続固定すると共に、前記外部導体の端末を該アース基
   板の導電層に接続固定することを特徴とする同軸プロー
   ブ針の端末処理方法。
3. 【請求項３】 前記アース基板の絶縁性の樹脂プレート
   に段付き孔を形成し、この段付き孔の大径部に前記誘電
   体の端末を引き込んで固定したことを特徴とする請求項
   １記載のプローブカード。
4. 【請求項４】 前記アース基板の絶縁性の樹脂プレート
   に段付き孔を形成し、この段付き孔の大径部に前記誘電
   体の端末を引き込んで固定したことを特徴とする請求項
   ２記載の同軸プローブ針の端末処理方法。