JP4745060B2

JP4745060B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP4745060B2
Application number: JP2005517125A
Authority: JP
Inventors: 久富保坂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: KR20060127938A; US20080258745A1; JPWO2005069019A1; KR100828053B1; WO2005069019A1; TWI338929B; CN1910460A; US20050156613A1; CN100422747C; CN1645589A; TW200525675A; KR20050076599A; US7663386B2

Description

本発明は、ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプローブカードに関し、更に詳しくは、熱変形があっても信頼性の高い検査を行うことができるプローブカードに関するものである。

プローブカードは、例えば、図７に示すプローブ装置に装着して用いられる。プローブ装置は、同図に示すように、ウエハＷを搬送するローダ室１と、ローダ室１から搬送されたウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２とを備え、ローダ室１においてウエハＷの搬送過程でウエハＷのプリアライメントを行った後、プローバ室２内でウエハＷの電気的特性検査を行う。

プローバ室２は、図７に示すように、プリアライメント後のウエハＷを載置し且つ温度調整可能な載置台（メインチャック）３と、メインチャック３をＸ及びＹ方向に移動させるＸＹテーブル４と、このＸＹテーブル４を介して移動するメインチャック３の上方に配置されたプローブカード５と、プローブカード５の複数のプローブ５Ａとメインチャック３上のウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせする位置合わせ機構（アライメント機構）６とを備えている。プローブカード５は、例えば図８の（ａ）に示すように、複数のプローブ５Ａと、これらのプローブ５Ａが接続されたプリント配線基板５Ｂと、このプリント配線基板５Ｂと連結部材５Ｃを介して連結され且つプリント配線基板５Ｂを補強する、ステンレス等の金属製の補強部材５Ｄとを有している。また、メインチャック３は昇降機構を内蔵し、ウエハＷを昇降させてプローブ５Ａと電気的に離接させる。

また、図７に示すようにプローバ室２のヘッドプレート７にはテスタのテストヘッドＴが旋回可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード５はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、メインチャック３上のウエハＷを例えば−２０℃〜＋１５０℃の温度範囲でウエハＷの温度を設定し、テスタから検査用信号をテストヘッドＴ及びパフォーマンスボードを介してプローブ５Ａへ送信し、プローブ５ＡからウエハＷの電極パッドに検査用信号を印加してウエハＷに形成された複数の半導体素子（デバイス）の電気的特性検査を行う。高温検査を行なう場合にはメインチャック３に内蔵された温度調節機構（加熱機構）を介してウエハＷを所定の温度（１００℃以上）まで加熱してウエハの検査を行う。

ところで、被検査体の検査時には被検査体が発熱するため、熱の影響でプローブカード５のプリント配線基板５Ｂが熱膨張して熱変形する。また、高温検査時にはメインチャック３を加熱するため、検査時の発熱と相俟ってプリント配線基板５Ｂが熱変形する。そこで、従来から補強部材５Ｄによってプリント配線基板５Ｂを補強し、プローブカード５の熱変形を抑制し、防止している。尚、特許文献１には，プローブ要素の先端の配向を、プローブカードの位置を変更することなく可能にする、半導体素子にプローブを当てるための技法が提案されている。
日本国特開２０００−６７９５３号公報

しかしながら、従来のプローブカードは、金属製の補強部材５Ｄによってプリント配線基板５Ｂの熱変形を防止しているが、補強部材５Ｄでは熱変形による応力を完全に抑えることができず、図８の（ｂ）に誇張して示すようにプローブカード５が熱変形して下方に反って湾曲し、これによってプローブ５Ａが位置ズレして被検査体との接触位置にバラツキが生じ、プローブ５Ａと被検査体との接続不良を招くという課題があった。また、検査前にプローブカード５を熱的に安定させるためにプローブカード５を予熱しているが、プローブカード５を熱的に安定させるために長時間を要し、スループットが低下するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、熱の影響を受けることなく確実にコンタクタと被検査体とを電気的に接続することができると共に予熱時間を短縮することができ、延いてはスループットを高めることができるプローブカードを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は，被検査体の電気的特性検査を行うプローブカードであって、コンタクタと、回路基板と、上記コンタクタと上記回路基板の間に、これら両者を弾力的且つ電気的に接触させる中間部材と、これらを一体化する連結部材と、この連結部材を介して一体化した上記回路基板を補強する補強部材とを備え、上記コンタクタと上記回路基板の間及び上記回路基板と上記補強部材の間にそれぞれ弾性部材を介装している。

上記中間部材は、基板と、この基板の少なくとも上記回路基板側に配設された弾性変形自在な複数の接触子を有するインターポーザであってもよい。

前記プローブカードにおいて、上記中間部材として、弾性変形自在な接触子を上記コンタクタに複数設けてもよい。

前記中間部材は、導電性ゴムから構成されていてもよい。

前記プローブカードにおいて、上記コンタクタは、セラミック基板と、このセラミック基板の上記被検査体との接触面側に設けられた複数のプローブとを有していてもよい。

本発明によれば、熱の影響を受けることなく確実にコンタクタと被検査体とを電気的に接続することができると共に予熱時間を短縮することができ、延いてはスループットを高めることができるプローブカードを提供することができる。

本発明のプローブカードの一実施形態を模式的に示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）はインターポーザを拡大して示す断面図である。図１に示すプローブカードが熱変形する様子を示す図１の（ａ）に相当する断面図である。本発明のプローブカードの更に他の実施形態を示す図１の（ａ）に相当する断面図である。プローブカードの他の実施例を示す縦断面図である。図４のプローブカードのプリント配線基板の平面図である。図４のプローブカードの補強部材の平面図である。プローブ装置の一例を部分的に破断して示す正面図である。従来のプローブカードを示す図で、（ａ）は室温時の状態を示す側面図、（ｂ）は熱変形した状態を示す側面図である。

符号の説明

１０プローブカード
１１コンタクタ
１１Ａセラミック基板
１１Ｂプローブ
１１Ｅ接触子
１２プリント配線基板（回路基板）
１３連結部材
１４補強部材
１５インターポーザ
１５Ｂ，１５Ｃ接触子

以下、図１〜図６に示す各実施例に基づいて本発明を説明する。各実施例において、同一部分または相当部分には同一符号を付してそれぞれの特徴について説明する。尚、図１は本発明のプローブカードの一実施形態を模式的に示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）はインターポーザを拡大して示す断面図、図２は本発明のプローブカードの他の実施形態を示す図１の（ａ）に相当する断面図、図３は本発明のプローブカードの更に他の実施形態を示す図１の（ａ）に相当する断面図である。

（実施例１）
本実施例のプローブカード１０は、例えば図１に示すように、コンタクタ１１と、コンタクタ１１に電気的に接続されたプリント配線基板１２と、これら両者１１、１２を連結して一体化する連結部材１３と、この連結部材１３によって一体化したプリント配線基板１２を補強する補強部材１４とを備え、ウエハ等の被検査体の電気的特性検査に用いられる。

上記コンタクタ１１は、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばセラミックによって形成されたセラミック基板１１Ａと、このセラミック基板１１Ａの下面に被検査体の複数の電極パッド（図示せず）に対応して配置された複数のプローブ１１Ｂと、これらのプローブ１１Ｂに対応させてセラミック基板１１Ａの上面に形成された端子電極１１Ｃと、これらの端子電極とプローブ１１Ｂを接続するようにセラミック基板１１Ａ内に形成された接続配線１１Ｄとを有し、複数のチップを同時に検査できるように構成されている。

上記コンタクタ１１は、例えばマイクロマシン技術等の微細加工技術を用いて形成されている。セラミック基板１１Ａの複数の端子電極１１Ｃは、それぞれ後述するインターポーザを介してプリント配線基板１２の複数の端子電極と電気的に接続されている。

上記補強部材１４は、例えば線膨張係数の小さいインバー等の低膨張合金によって形成され、検査時に熱を受けても極力膨張しないように形成されている。インバーの線膨張係数は、２〜４ｐｐｍ／℃程度で樹脂製のプリント配線基板１２と比較して遥かに小さい。補強部材１４についてはその平面形状を図示してないが、この補強部材１４は、例えばプリント配線基板１２の外周縁部に沿って形成されたリングと、プリント配線基板１２の中央部に形成された円板と、リングと円板を連結する連結部とからなっている。尚、プリント配線基板１２としては、従来公知の樹脂製のプリント配線基板を用いることができる。

上記コンタクタ１１とプリント配線基板１２との間には、これら両者１１、１２を弾力的且つ電気的に接触させるインターポーザ１５が中間部材として設けられ、このインターポーザ１５によって後述のプリント配線基板１２の熱変形を吸収すると共にプローブカード１０の予熱時間を短縮している。

上記インターポーザ１５は、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばセラミックによって形成された基板１５Ａと、この基板１５Ａの上面にプリント配線基板１２の端子電極１２Ａに対応させて設けられた弾性変形自在な複数の接触子１５Ｂと、上記基板１５Ａの下面にセラミック基板１１Ａの端子電極１１Ｃに対応させて設けられた弾性変形自在な複数の接触子１５Ｃと、上下両面の接触子１５Ｂ、１５Ｃを電気的に接続するビアホール導体１５Ｄとを有し、後述の弾性部材を介して連結部材１３に固定されている。

基板１５Ａ上面の複数の接触子１５Ｂは、それぞれビアホール導体１５Ｄから斜め上方に延設され、それぞれの先端の端子１５Ｅによってプリント配線基板１２の端子電極１２Ａと電気的に接触する。また、上記基板１５Ａ下面の複数の接触子１５Ｃは、それぞれビアホール導体１５Ｄから斜め下方に延設され、それぞれの先端の端子１５Ｅによってセラミック基板１１Ａ上面の端子電極１１Ｃと電気的に接触する。これらの接触子１５Ｂ、１５Ｃは、いずれも弾性を有する金属、例えばタングステン等によって弾性変形自在に形成され、コンタクタ１１とプリント配線基板１２とを電気的に接続すると共にプリント配線基板１２の熱変形を吸収する機能を有している。

また、上下の接触子１５Ｂ、１５Ｃは、いずれもプローブカード１０が熱的に安定した状態（検査時の状態）でそれぞれに対応する端子電極１２Ａ、１１Ｃと確実に接触するように構成されている。換言すれば、上記プリント配線基板１２の端子電極１２Ａ及びコンタクタ１１の端子電極１１Ｃは、プリント配線基板１２が最大限熱変形してインターポーザ１５の接触子１５Ｂ、１５Ｃの端子１５Ｅと確実に接触する大きさに形成されている。

また、上記プリント配線基板１２の上下にはゴム等によって形成された弾性部材１６、１７が装着され、これらの弾性部材１６、１７は、それぞれコンタクタ１１とプリント配線基板１２との間及びプリント配線基板１２と補強部材１４との間にはそれぞれ介在している。これらの弾性部材１６、１７は、補強部材１４に装着された状態でプリント配線基板１２の熱変形を吸収し、プローブ１１Ｂの接触位置を安定化する。

次に、図２を参照しながらプローブカード１０の動作について説明する。本実施例のプローブカード１０を用いて被検査体の高温検査を実施する場合には、検査に先立ってメインチャックを熱的に安定させる予熱を行う。それには、メインチャック（図示せず）の内蔵温度調節機構によってメインチャックを加熱して所定温度まで昇温させながら、あるいは昇温後、メインチャックをプローブカード１０に近づけてメインチャックによってプローブカード１０を予熱する。プローブカード１０は、予熱により昇温すると、プローブカード１０の中で他の部材より線膨張係数の大きなプリント配線回板１２が熱変形して他の部材より大きく膨張する。この際、プリント配線基板１２は周囲が連結部材１３によって拘束されているため、プリント配線基板１２は熱応力の逃げ場がなく、膨張するにつれて図２に示すように徐々に下方へ反って湾曲する。一方、コンタクタ１１及び補強部材１４は，プリント配線基板１２と比較して線膨張係数が格段に小さいため、僅かな熱変形があるに過ぎないため、それぞれの平坦性を維持する。

上述のようにプローブカード１０の中でプリント配線基板１２のみが下方へ湾曲しても、本実施例ではインターポーザ１５の上方の接触子１５Ｃによってプリント配線基板１２の湾曲を吸収すると共に連結部材１３周囲におけるプリント配線基板１２の熱変形を弾性部材１６、１７によって吸収するため、プリント配線基板１２からコンタクタ１１側にかかる熱応力を無効にしてコンタクタ１１の平坦性を保持する。また、プリント配線基板１２が熱変形してインターポーザ１５の上方の接触子１５Ｂを下方へ押し下げても、接触子１５Ｂはプリント配線基板１２の端子電極１２Ａ内に位置し、インターポーザ１５としての機能を損なうことがなく、コンタクタ１１とプリント配線基板１２との電気的接触を維持することができる。

以上説明したように本実施例によれば、コンタクタ１１と、プリント配線基板１２と、コンタクタ１１とプリント配線基板１２の間に、これら両者を弾力的且つ電気的に接触させるインターポーザ１５と、これらを一体化する連結部材１３と、この連結部材１３を介して一体化したプリント配線基板１２を補強する補強部材１４とを備えているため、プリント配線基板１２が熱変形によって下方に湾曲してコンタクタ１１側に応力がかかってもインターポーザ１５の弾力によってこの応力を無効化し、コンタクタ１１のプローブ１１Ｂの被検査体の電極パッドからの位置ズレを防止することができる。また、プローブカード１０が予熱後に検査温度まで昇温してプリント配線基板１２が徐々に熱変形してもインターポーザ１５を介してコンタクタ１１とプリント配線基板１２は確実に電気的に接触するため、プリント配線基板１２が熱的に安定するまで予熱する必要がなく、従来と比較して予熱時間を格段に短縮することができ、延いてはスループットを高めることができる。

また、本実施例によれば、インターポーザ１５が基板１５Ａの上下両面に弾性変形する接触子１５Ｂ、１５Ｃを有するため、これらの接触子１５Ｂ、１５Ｃによってプリント配線基板１２の熱変形を吸収することができる。

（実施例２）
本実施例のプローブカード１０は、図１、図２に示すインターポーザ１５に代えて例えば図３に示すように弾性変形自在な複数の接触子１１Ｅをコンタクタ１１の上面に設けた以外は上記実施例に同様に構成されている。

上記接触子１１Ｅは、図１の（ｂ）に示すインターポーザ１５の接触子１５Ｃと同様に形成されたもので、コンタクタ１１のセラミック基板１１Ａの上面に形成された端子電極１１Ｃに直接接続されている。これにより、コンタクタ１１は複数の接触子１１Ｅを介してプリント配線基板１２の端子電極１２Ａと電気的に接触する。

本実施例によれば、プリント配線基板１２が熱膨張によって変形しても、この熱変形をコンタクタ１１の接触子１１Ｅによって吸収することができるため、実施例１と同様の作用効果を期することができる。また、本実施例によれば、実施例１の場合よりもプローブカード１０の構造を簡素化することができる。

接触子１１Ｅをコンタクタ１１の上面に設けた上記実施例２において，図４に示すように補強部材１４がプリント配線基板１２と同形状の円盤形状に形成され，プリント配線基板１２の上面側に配置され，補強部材１４とコンタクタ１１が連結部材１３によって互いに固定され，なおかつプリント配線基板１２は連結部材１３に対して遊動可能に取り付けられていてもよい。かかる場合，例えば連結部材１３は，上下方向に長い略四角柱形状に形成され，例えばコンタクタ１１の外周部の複数個所例えば４箇所に立設されている。各連結部材１３は，下端部側がコンタクタ１１に固定されている。プリント配線基板１２には，図４及び図５に示すように各連結部材１３が貫通する貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は，連結部材１３が隙間のある状態で貫通するように，連結部材１３よりも僅かに大きく形成されている。これにより，プリント配線基板１２は，連結部材１３に対して遊動できる。

連結部材１３の上端部には，例えば図４に示すように補強部材１４が固定部材であるボルト２１によって連結部材１３に固定されている。このとき，例えば補強部材１４とプリント配線基板１２との間には，隙間が形成されている。また，補強部材１４は，コンタクト１１と平行になるように連結部材１３に固定されている。補強部材１４には，上面側から下面側に向かって厚み方向に貫通し，プリント配線基板１２を上方から押圧できる押圧部材２２が設けられている。押圧部材２２は，例えば図６に示すように補強部材１４面内の複数個所に設けられている。押圧部材２２は，平面から見て連結部材１３よりも内周部側と外周部側に，それぞれ同一円周上に等間隔で設けられている。押圧部材２２は，例えば回転させることによって上下方向に進退するボルトによって構成されている。この押圧部材２２によって，プリント配線基板１２の上面を押して，プリント配線基板１２をコンタクタ１１側に押さえることができる。

この実施例によれば，プリント配線基板１２が連結部材１３に完全に固定されず隙間内で遊動するので，プリント配線基板１２の熱変形が隙間によって吸収される。この結果，プリント配線基板１２が熱変形してもコンタクタ１１の平坦性が維持され，コンタクタ１１のプローブ１１Ｂと被検査体の電極パッドとの位置ずれが防止される。また，押圧部材２２によってプリント配線基板１２をコンタクタ１１側に押圧できるので，プリント配線基板１２とコンタクタ１１の接触子１１Ｅとの電気的な接触を安定させることができる。さらに，複数の押圧部材２２によって，プリン配線基板１２面内の複数個所を押圧できるので，プリント配線基板１２の水平性を確保し，プリント配線基板１２と各接触子１１Ｅとの電気的な接触をさらに安定させることができる。

なお，上記実施例において，接触子１１Ｅに代えて実施例１のように，プリント配線基板１２とコンタクタ１１との間にインターポーザ１５を介在してもよい。

本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、プローブカードを構成する回路基板とコンタクタ間に回路基板の熱変形を吸収することができるインターポーザを有するプローブカードであれば、本発明に包含される。例えば、インターポーザとして導電性ゴムを用いた場合にも上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。また、接触子は弾性変形自在で導電性を有するものあれば、接触子の形態及び材料は特に制限されない。

本発明は，例えば検査装置のプローブカードとして好適に利用することができる。

Claims

被検査体の電気的特性検査を行うプローブカードであって、
コンタクタと、回路基板と、上記コンタクタと上記回路基板の間に、これら両者を弾力的且つ電気的に接触させる中間部材と、これらを一体化する連結部材と、この連結部材を介して一体化した上記回路基板を補強する補強部材とを備え、
上記コンタクタと上記回路基板の間及び上記回路基板と上記補強部材の間にそれぞれ弾性部材を介装している。
請求項１に記載のプローブカードにおいて，
上記中間部材は、基板と、この基板の少なくとも上記回路基板側に配設された弾性変形自在な複数の接触子を有するインターポーザである。
請求項１に記載のプローブカードにおいて，
上記中間部材として、弾性変形自在な接触子を上記コンタクタに複数設けている。
請求項１に記載のプローブカードにおいて，
上記中間部材は、導電性ゴムからなる。
請求項１に記載のプローブカードにおいて，
上記コンタクタは、セラミック基板と、このセラミック基板の上記被検査体との接触面側に設けられた複数のプローブとを有する。