JP3616236B2

JP3616236B2 - プローブカードおよびそれを用いたウエハテスト方法

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Publication number: JP3616236B2
Application number: JP26230597A
Authority: JP
Inventors: 正治水田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: US6100708A; JPH11101820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に、プローブカードに関するものであり、より特定的には、プローブ針の高さにばらつきがあっても、適正な針圧を得ることができるように改良されたプローブカードに関する。この発明は、また、そのようなプローブカードを用いたウエハテスト方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣ、ＬＳＩなどを製造する工程において、１枚の基板上に多数個のウエハチップを製造した後、これらをチップごとに切断する前に、個々のチップが良品であるか、不良品であるかをテストする、ウエハテスト工程がある。このようなウエハテストは、通常、プローバと呼ばれる装置にプローブカードを接続し、プローブカードのプローブ針を半導体チップの所定の電極（パッド）上に接触させた状態で行なわれる。プローブ針を半導体チップに接触させた後、さらにプローブ針とパッド間に一定の圧力（針圧と呼ぶ）を加える（この動作をオーバドライブと呼ぶ）。オーバドライブにより、プローブ針がパッド表面を滑りながら移動し、パッド表面の酸化アルミニウムが除去される。こうして、酸化アルミニウムの下のアルミニウムと、プローブ針が、電気的に接続される。
【０００３】
図１４は、実開昭５７−１４６３４０号公報に開示されている、従来のカンチレバー型（片持ち型）プローブ針を用いたプローブカードの断面図である。プローブカードは、１枚のプリント配線板１（以下、基板という）を備える。基板１の中央部に開孔部２が設けられている。開孔部内の所定の位置に、先端が合致するように、基板１の下面に多数のプローブ針３が放射状に設けられている。プローブ針３の根元と、プリント配線板の端部に設けられたコネクタ接続用接触部（図示せず）とは、プリント配線またはワイヤで接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、カンチレバー型のプローブ針の変位と力（Ｆ）との関係を示す。本明細書で、プローブ針の変位とは、図１６を参照して、プローブ針３の先端の、基板１の表面からの高さをいう。本明細書で力（Ｆ）とは、オーバドライブ時に、プローブ針に、高さ方向に加えられる針圧（Ｆ）をいう。
【０００５】
図１５を参照して、プローブ針の変位と力とは、直線関係にある。一般的には、約１００μｍのオーバドライブでは、数ｇ（たとえば、７ｇ）程度の針圧がプローブ針にかかる。これによって、パッドとプローブ針とが電気的に接続し、ウエハのテストが行なわれる。
【０００６】
プローブ針３とパッドとの位置関係は、縦、横、高さの各方向において重要であり、それぞれ、約±１０μｍの精度が必要である。これから開発される高密度ＩＣでは、さらに、精度が厳しく要求される。現在、プローブ針とパッドとの位置関係の調整は、手作業で行なっている。この場合、プローブ針の高さ（プローブ針の先端の、基板の下面からの距離）の調整が困難である。
【０００７】
図１７は、現在用いられているカンチレバー型プローブ針の概念図である。プローブ針の全体の長さは、小さなプローブ針で、約５〜１０ｍｍである。折れ曲がった針先部分の長さは約２００μｍである。プローブ針の根元の径は、約２００μｍφである。プローブ針の先端の径は約３５μｍφである。プローブ針は、根元から先端に向かって、連続的に細くなっている。折り曲げ点におけるプローブ針の径は、約８０μｍφである。
【０００８】
ところで、プローブ針は基板に多数取付けられるものであり、プローブ針の高さのばらつきの許容範囲は、約±１５μｍを目標にしているが、実際には、手作業の調整が複雑であり、約±３０μｍ程度になっている。
【０００９】
プローブ針の高さのばらつきが大きいと、適正な針圧が得られない。また、プローブ針の高さのばらつきが大きいと、ＩＣにダメージを与えたり、ＩＣの良否の正しい判定ができなくなる。また、今後、パッドがより小さくなると、プローブ針をパッドにコンタクトさせ、約１００μｍのオーバドライブをかけてパッド表面を滑らせたとき、針先がパッドの表面からはみ出し、ＩＣの信頼性に問題を与える可能性が高くなる。
【００１０】
また、プローブ針の調整作業の簡素化をすることにより、プローブカードを安価に製造することが要望されている。このような背景において、プローブ針の高さ方向のばらつきの解消は、大きな課題となっている。
【００１１】
それゆえに、この発明の目的は、プローブ針の高さのばらつきを従来の許容範囲の数倍にすることができるように改良されたプローブカードを提供することを目的とする。
【００１２】
この発明の他の目的は、プローブ針の適正な針圧を得ることができるように改良されたプローブカードを提供することにある。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、ＩＣにダメージを与えることがないように改良されたプローブカードを提供することにある。
【００１４】
この発明のさらに他の目的は、プローブ針とパッドとの接触抵抗が低くなるように改良されたプローブカードを提供することを目的とする。
【００１５】
この発明のさらに他の目的は、ＩＣの良・不良の判定が正しく行なわれるように改良されたプローブカードを提供することにある。
【００１６】
この発明のさらに他の目的は、そのようなプローブカードを用いたウエハテスト方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るプローブカードは、基板とプローブ針とを備える。プローブ針は一端と他端を有する。プローブ針は、その一端が上記基板の下面に固定され、該基板と所定の角度をなして延びる。当該プローブカードは、上記プローブ針の、上記一端と上記他端との間に位置する部分を、上記基板に向けて押圧する押圧手段を備える。
【００１８】
請求項２に係るプローブカードによれば、上記押圧手段は、上記基板の下面に互いに離されて設けられた１対の柱と、上記１対の柱に、橋渡すように取付けられた棒とを含む。
【００１９】
請求項３に係るプローブカードによれば、上記プローブ針は、上記基板の下面に複数個取付けられている。上記プローブ針は、該プローブ針の、上記他端を含む先端部が、上記基板の下面から離れる方向に折り曲げられている。いずれのプローブ針においても、上記他端の、上記基板の下面からの距離は等しくされている。
【００２０】
請求項４に記載のプローブカードによれば、プローブ針は、基板と２°〜３°の角度をなして延びている。
【００２１】
請求項５に係るプローブカードによれば、プローブ針は、プローブ針の先端部が、チップ上に設けられたパッドにコンタクトするとき、パッド表面に対して、上記先端部がほぼ９０°の角度で接触するように折り曲げられている。
【００２２】
請求項６に記載のプローブカードによれば、上記棒は、非伝導性の材料で形成されている。
【００２３】
請求項７に係るプローブカードによれば、上記プローブ針の径は、上記一端から上記他端に向かって細くなっている。折り曲げ点における上記プローブ針の径は、８０μｍφよりも小さくされている。
【００２４】
請求項８に係るウエハテスト方法によれば、まず、基板と、一端と他端を有し、かつその一端が前記基板の下面に固定され、該基板と所定の角度をなして延びるプローブ針と、前記プローブ針の、前記一端と前記他端との間に位置する部分を、前記基板に向けて押圧する押圧手段とを備えたプローブカードを準備する。上記プローブ針をチップ上のパッドに接触させる。上記プローブ針と上記パッド間に一定の圧力を加える。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るプローブカードを、側方から見た図である。図２は、本発明に係るプローブカードを下面側から見た図である。
【００２７】
これらの図を参照して、実施の形態に係るプローブカードは、プリント配線基板１（以下基板１という）と、プローブ針３とを備える。プローブ針３は、一端と他端を有する。プローブ針３は、その一端が基板１の下面に半田１５で固定され、該基板と２°〜３°の角度をもたせて、延びている。プローブカードは、プローブ針３の、一端と他端との間に位置する部分を、基板１に向けて押圧する押圧手段４を備える。押圧手段４は、基板１の下面に互いに離されて設けられた柱５と、柱５に橋渡すように取付けられた棒６とを含む。棒６は、図３に示すような枠が好ましい。
【００２８】
プローブ針３は、基板１の下面に複数個設けられている。プローブ針３は、プローブ針３の、他端を含む先端部７が、基板１の下面から離れる方向に折り曲げられている。いずれのプローブ針３においても、他端７ａの基板１の下面からの距離は、等しくされている。
【００２９】
すなわち、図４（ａ）を参照して、従来のプローブカードにおいては、プローブ針３の高さ方向の距離はばらついていた。実施の形態にかかるプローブカードでは、図４（ｂ）に示されるように、プローブ針３の高さ方向のばらつきはなくなり、プローブ針３の他端７ａの基板１の下面からの距離は、いずれのプローブ針３においても等しくされている。
【００３０】
図５を参照して、プローブ針３は、プローブ針３の先端部７が、チップ８上のパッド９にコンタクトするとき、先端部７がパッド９の表面に対してほぼ９０°の角度で接触するように、折り曲げられている。
【００３１】
次に、実施の形態に係るプローブカードの動作について説明する。
図６は、実施の形態に係るプローブカードが目標とするべき、プローブ針の変位と力との関係を示す図である。横軸の「変位」は、針先にかけるオーバドライブの長さであり、基板から針の先端までの高さである。縦軸の力「Ｆ」は、オーバドライブ時にかける針先への針圧である。
【００３２】
図６中、直線１０は、約７ｇの線で、一般的に、パッド表面にかける適正な針圧である。直線４と直線５は、７ｇの一定の針圧を得る、プローブ針の高さの下限と上限を示す線である。直線１１と直線１２の幅が広いほど、プローブ針の高さの大きなばらつきが許容される。図６に示すように、力と変位の関係が、直線ではなく、飽和した曲線になれば、複数のプローブ針の間に、ある程度の高さの差があっても、ほぼ７ｇの針圧が得られ、ひいては良好なコンタクトが得られる。
【００３３】
なお実施の形態では、プローブ針として、図１７に示す従来のプローブ針よりも細いプローブ針を用いる。この理由について説明する。
【００３４】
図７は、プローブ針として太く、弾性の強いものを用いたときの、力と変位との関係図である。
【００３５】
図８は、プローブ針として細く、弾性の弱いものを用いた場合の変位と力との関係図である。参照番号１０、１１、１２については、上述したものと同じ意味である。
【００３６】
図７を参照して、太いプローブ針を用いた場合には、変位と力との関係を示す直線の勾配が大きくなり、直線１１と直線１２間が狭くなっている。一方、図８を参照して、細いプローブ針を用いた場合には、力と変位との関係を示す直線の勾配が穏やかになり、直線４と直線５との間が広くなっている。すなわち、細いプローブ針を用いると、プローブ針の高さのばらつきが多少大きくても、ほぼ７ｇの針圧が得られることを示している。
【００３７】
図９は、図１に示す実施の形態に係るプローブカードの変位と力との関係図である。押圧手段を設けることにより、横軸にオフセット領域ができる。また、細いプローブ針を用いているので、直線１１と１２間が広くなっている。図９中に示す曲線１６は、本願が目標とする図６の力−変位関係図に似ている。
【００３８】
図１０は、図９をもとに作成した、実施の形態に係るプローブカードの変位と力との関係を示す図である。
【００３９】
次に、実施の形態に係るプローブカードの製造方法について説明しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４０】
図１１を参照して、柱５を備える基板１に、従来よりも細いプローブ針３を、基板に対して角度を大きく開いて、取付ける。プローブ針の取付けは、はんだ付けにより行なわれる。図１３に示すような棒６を組合せて作った枠を準備する。図１２を参照して、この枠を、プローブ針３を基板１側に押すように柱５に固定する。こうして、図１に示すプローブカードが完成する。
【００４１】
棒６としては、非伝導性のものを用いる。また、棒６の代わりに、非伝導性の板を、プローブ針３に押し当てるようにしてもよい。実施の形態では、プローブ針が２列に並んでいるため、２列に棒６を同時に当てて、プローブ針３を基板１に向けて倒す。このため、図１３に示す四辺を有する枠を用いるのが好ましい。
【００４２】
実施の形態に係るプローブカードの利点について次にまとめる。
実施の形態に係るプローブカードによれば、従来よりも細いプローブ針を用い、押圧手段により、プローブ針の特性を図６に示すような飽和曲線（実際には図１０のようになる）が得られるようにしている。したがって、プローブ針のコンタクト動作を始めたとき、プローブ針の針先の高さのばらつきが従来のものより大きくても、パッドに良好にコンタクトさせることができる。その結果、プローブ針の高さの調整作業が簡略化される。ひいては、プローブカードの納期が短縮され、コストが低減される。また安定したコンタクトにより、チップが良品であるか不良品であるかの判定が正しく行なわれる。ひいてはウエハテストの歩留まりが向上する。
【００４３】
なお、本発明に係るプローブカードによれば、プローブ針の高さ方向の大きなばらつきが吸収される。しかし、ばらつき以上のオーバドライブをかける必要があることは従来と同様である。従来のプローブカードでは、オーバドライブの動作によって、プローブ針の先端部の、折り曲げ点から先端に向かう方向への滑りのばらつきが大きくなり、パッドが小さい場合には、パッドからプローブ針の先端がはみ出す可能性もあった。このような問題は、図５を参照してプローブ針３の先端７の長さを短くし、また、コンタクト時のパッド表面とのなす角度をほぼ９０°にすることによって解決される。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、プローブ針が２列に配列されているプローブカードについて例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、プローブ針が４列以上に配列されているプローブカードに適用しても、実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、プローブ針が基板に列状に配置されている場合を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、プローブ針が放射状に配置されている場合にも適用できる。この場合には、複数のプローブ針を、ドーナツ状の輪で基板に向けて押し付ける方法が好ましい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に係るプローブカードによれば、プローブ針の、一端と他端との間に位置する部分を、基板に向けて押圧するので、プローブ針の高さのばらつきの許容度が拡大するという効果を奏する。
【００４７】
請求項２に係るプローブカードによれば、押圧手段を、基板に設けられた１対の柱と、この１対の柱に橋渡すように取付けられた棒とで構成しているので、安価に、プローブカードを製造することができる。
【００４８】
請求項３に係るプローブカードによれば、いずれのプローブ針においても、その他端の、基板の下面からの距離が、等しくされているので、適正な針圧が得られる。
【００４９】
請求項４に係るプローブカードによれば、プローブ針と基板とのなす角度を２°〜３°にしているので、プローブ針の針先の高さのばらつきが少なくされるという効果を奏する。
【００５０】
請求項５に係るプローブカードによれば、プローブ針は、プローブ針の先端部が、チップ上に設けられたパッドにコンタクトするとき、パッド表面に対して、上記先端部がほぼ９０°の角度で接触するように、折り曲げられているので、パッドが小さくなっても、プローブ針の先端部がパッドからはみ出さないという効果を奏する。
【００５１】
請求項６に係るプローブカードによれば、押圧手段として用いる棒が、非伝導性の材料で形成されているので、電気的特性に優れたプローブカードになるという効果を奏する。
【００５２】
請求項７に係るプローブカードによれば、折り曲げ点における、プローブ針の径が８０μｍφよりも小さくされているので、プローブ針の高さのばらつきの許容範囲を従来よりも、広げることができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項８に係るウエハテスト方法によれば、上述のような特徴を有するプローブカードを用いて、ウエハのテストを行なうので、プローブ針の高さのばらつきの許容範囲を従来よりも、広げることができ、ひいては、ＩＣへダメージを与えることなく、ウエハのテストを行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るプローブカードの概念図である。
【図２】実施の形態に係るプローブカードの下面図である。
【図３】実施の形態に用いる押圧手段の一例を示す図である。
【図４】従来のプローブ針の配置の様子を示す図（ａ）と実施の形態に係るプローブ針の配置を示す図（ｂ）である。
【図５】実施の形態に係るプローブ針の先端部の構造を示す図である。
【図６】本発明が目標とするべき、プローブ針の変位と力との関係を示す図である。
【図７】太いプローブ針を用いた場合の、力と変位との関係を示す図である。
【図８】細いプローブ針を用いた場合の、力と変位との関係を示す図である。
【図９】実施の形態に係るプローブ針の、変位と力との関係を示す図であり、オフセットの意味を明らかにする図である。
【図１０】実施の形態に係るプローブカードの、針圧と変位との関係を示す図である。
【図１１】実施の形態に係るプローブカードの製造方法の順序の第１の工程における概念図である。
【図１２】実施の形態に係るプローブカードの製造方法の順序の第２の工程における概念図である。
【図１３】押圧手段の一例を示す図である。
【図１４】従来のプローブカードの断面図である。
【図１５】従来のプローブカードの、針圧と変位との関係を示す図である。
【図１６】従来のプローブカードの、針圧の方向と変位の方向を示す図である。
【図１７】従来のプローブ針の概念図である。
【符号の説明】
１基板、３プローブ針、４押圧手段。

Claims

基板と、
一端と他端を有し、かつその一端が前記基板の下面に固定され、該基板と所定の角度をなして延びるプローブ針と、
前記プローブ針の、前記一端と前記他端との間に位置する部分を、前記基板に向けて押圧する押圧手段と、を備えたプローブカード。
前記押圧手段は、
前記基板の下面に互いに離されて設けられた１対の柱と、
前記１対の柱に橋渡すように取付けられた棒と、を含む、請求項１に記載のプローブカード。
前記プローブ針は、前記基板の下面に複数個取付けられており、
前記プローブ針は、前記プローブ針の、前記他端を含む先端部が、前記基板の下面から離れる方向に、折り曲げられており、
いずれのプローブ針においても、前記他端の前記基板の下面からの距離は等しくされている、請求項１に記載のプローブカード。
前記所定の角度は、２°〜３°にされている、請求項１に記載のプローブカード。
前記プローブ針は、前記先端部が、チップ上に設けられたパッドにコンタクトするとき、パッド表面に対して、前記先端部がほぼ９０°の角度で接触するように折り曲げられている、請求項３に記載のプローブカード。
前記棒は、非伝導性の材料で形成されている、請求項２に記載のプローブカード。
前記プローブ針の径は、前記一端から前記他端へ向かって細くなっており、
前記折り曲げ点における、前記プローブ針の径は、８０μｍφよりも小さくされている、請求項３に記載のプローブカード。
基板と、一端と他端を有し、かつその一端が前記基板の下面に固定され、該基板と所定の角度をなして延びるプローブ針と、前記プローブ針の、前記一端と前記他端との間に位置する部分を、前記基板に向けて押圧する押圧手段と、を備えたプローブカードを準備する工程と、
前記プローブ針をチップ上のパッドに接触させる工程と、
前記プローブ針と前記パッド間に一定の圧力を加える工程と、を備えたウエハテスト方法。