JP4823667B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードに関する。

半導体の検査工程では、ダイシングする前の半導体ウェハの状態で導電性を有するプローブ（導電性接触子）をコンタクトさせることによって導通検査を行い、不良品を検出することがある（ＷＬＴ：Wafer Level Test）。このＷＬＴを行う際には、検査装置（テスター）によって生成、送出される検査用の信号を半導体ウェハに伝えるために、多数のプローブを収容するプローブカードが用いられる。ＷＬＴでは、半導体ウェハ上のダイをプローブカードでスキャニングしながらプローブをダイごとに個別にコンタクトさせるが、半導体ウェハ上には数百〜数万というダイが形成されているので、一つの半導体ウェハをテストするにはかなりの時間を要し、ダイの数が増加するとともにコストの上昇を招いていた。

上述したＷＬＴの問題点を解消するために、最近では、半導体ウェハ上の全てのダイ、または半導体ウェハ上の少なくとも１／４〜１／２程度のダイに数百〜数万のプローブを一括してコンタクトさせるＦＷＬＴ（Full Wafer Level Test）という手法も用いられている。この手法では、プローブを半導体ウェハに対して正確にコンタクトさせるため、所定の基準面に対するプローブカードの平行度や平面度を精度よく保つことによってプローブの先端位置精度を保持する技術や、半導体ウェハを高精度でアライメントする技術が必要とされる。

図１０は、上述したＦＷＬＴにおいて適用されるプローブカードの一構成例を示す図である。同図に示すプローブカード７１は、半導体ウェハ上の電極パッドの配置パターンに対応して設けられた複数のプローブ７２と、この複数のプローブ７２を収容するプローブヘッド７３と、プローブヘッド７３における微細な配線パターンの間隔を変換するスペーストランスフォーマ７４と、スペーストランスフォーマ７４から出た配線を中継するインターポーザ７５と、インターポーザ７５で中継された配線７６を検査装置へ接続する基板７７と、基板７７に設けられて検査装置側に設けられるメスコネクタと接続されるオスコネクタ７８と、基板７７を補強する補強部材７９と、を備える。

このうち、インターポーザ７５としては、例えばセラミックス等の絶縁性材料から成る薄膜状の基材と、この基材の両面に所定のパターンで配設され、片持ち梁状をなす板ばね式の複数の接続端子とを有するものが知られている。この場合には、インターポーザ７５の一方の表面に設けられた接続端子がスペーストランスフォーマ７４の電極パッドに接触するとともに、他方の表面に設けられた接続端子が基板７７の電極パッドに接触することによって両者の電気的な接続を図っている（例えば、特許文献１を参照）。

また、インターポーザ７５を薄板状のシリコンゴム内部の板厚方向に金属粒子を配列させた加圧導電ゴム（ラバーコネクタ）によって構成する技術も知られている。加圧導電ゴムは、板厚方向に圧力を加えると、シリコンゴム内部で隣接する金属粒子が互いに接触することによって異方導電性を示す。このような性質を有する加圧導電ゴムをインターポーザ７５として適用することにより、スペーストランスフォーマ７４と基板７７が電気的に接続される。

特許第３３８６０７７号公報

しかしながら、上述した従来のインターポーザのうち、板ばね式の接続端子を適用した場合には、一つの接続端子に不具合が生じると、その接続端子のみを交換することができず、インターポーザ全体を交換することになるので、修理等のメインテナンスが大変でコストもかかるという問題があった。

また、インターポーザに加圧導電ゴムを適用した場合には、その加圧導電ゴムに対して十分な圧力を加えないと安定した接触抵抗が得られないという問題があった。特に、基板やスペーストランスフォーマに反り、波打ち、凹凸等の変形が生じている場合には、そのような変形を適切に補正することができず、電気的に接続できない箇所が生じてしまう場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板とスペーストランスフォーマとの電気的な接続を確実に行うことができ、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができるプローブカードを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプローブカードは、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、前記回路構造に対応する配線パターンを有する基板と、前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材と、導電性材料から成り、軸線方向に伸縮自在な複数の接続端子、および絶縁性材料から成り、前記複数の接続端子を個別に収容する複数の孔部が形成されたハウジングを有し、前記基板に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザと、前記インターポーザおよび前記プローブヘッドの間に介在して積層され、前記インターポーザによって中継された配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記接続端子は、先細の先端形状をそれぞれ有する第１および第２の針状部材と、前記第１および第２の針状部材の各軸線方向を一致させて伸縮自在に連結するコイル状のばね部材と、を有することを特徴とする。

本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記ばね部材は、前記孔部において湾曲可能であり、当該湾曲を生じることによって前記第１および第２の針状部材のいずれかと接触する密着巻き部を有することを特徴とする。

本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記接続端子はコイル状をなし、前記軸線方向の両端側に向けて先細となるように各々密着巻きされた一対の電極ピン部と、前記一対の電極ピン部の間に介在して前記一対の電極ピン部を連結するコイルばね部と、を有することを特徴とする。

本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記コイルばね部は、当該接続端子の軸線方向の中間に設けられた密着巻き部と、前記密着巻き部の一端側に設けられた定常巻き部と、前記密着巻き部の一端側であって前記定常巻き部が設けられた側とは異なる端部側に設けられ、前記定常巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、から成ることを特徴とする。

本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記基板に固着され、前記インタポーザおよび前記スペーストランスフォーマに圧力を加えて保持する保持部材と、前記保持部材に固着され、前記プローブヘッドの表面であって前記複数のプローブが突出する表面の縁端部近傍を全周に渡って前記基板の方向へ押さえ付けるリーフスプリングと、をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係るプローブカードよれば、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、前記回路構造に対応する配線パターンを有する基板と、前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材と、導電性材料から成り、軸線方向に伸縮自在な複数の接続端子、および絶縁性材料から成り、前記複数の接続端子を個別に収容する複数の孔部が形成されたハウジングを有し、前記基板に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザと、前記インターポーザおよび前記プローブヘッドの間に介在して積層され、前記インターポーザによって中継された配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、を備えることにより、基板とスペーストランスフォーマとの電気的な接続を確実に行うことができ、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブカード要部の構成を示す分解斜視図である。また、図２は、本実施の形態１に係るプローブカードの上面図である。さらに、図３は、プローブカード１を用いた検査の概要を示す図であり、プローブカード１については図２のＡ−Ａ線断面を模式的に示す図である。これらの図１〜図３に示すプローブカード１は、複数のプローブを用いて検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造を備える検査装置とを電気的に接続するものである。

プローブカード１は、薄い円盤状をなし、検査装置との電気的な接続を図る基板１１と、基板１１の一方の面に装着され、基板１１を補強する補強部材１２と、基板１１からの配線を中継するインターポーザ１３と、インターポーザ１３によって中継された配線の間隔を変換するスペーストランスフォーマ１４と、基板１１よりも径が小さい円盤状をなしてスペーストランスフォーマ１４に積層され、検査対象の配線パターンに対応して複数のプローブを収容保持するプローブヘッド１５と、を備える。また、プローブカード１は、基板１１に固着され、インターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４を積層した状態で一括して保持する保持部材１６と、保持部材１６に固着されてプローブヘッド１５の端部を固定するリーフスプリング１７と、を備える。

以下、プローブカード１のより詳細な構成を説明する。基板１１は、ベークライトやエポキシ樹脂等の絶縁性物質を用いて形成され、複数のプローブと検査装置とを電気的に接続するための配線層（配線パターン）がビアホール等によって立体的に形成されている。

補強部材１２は、基板１１と略同径を有する円形の外周部１２１と、外周部１２１のなす円と同じ中心を有し、インターポーザ１３の表面よりも若干表面積が大きい円盤状をなす中心部１２２と、中心部１２２の外周方向から外周部１２１に達するまで延出し、外周部１２１と中心部１２２とを連結する複数の連結部１２３（図１では４個）とを備える。かかる補強部材１２は、アルマイト仕上げを行ったアルミニウム、ステンレス、インバー材、コバール材（登録商標）、ジュラルミンなど剛性の高い材料によって実現される。

インターポーザ１３は、正８角形の表面を有し、薄板状をなす。図４は、インターポーザ１３の詳細な内部構成を示す拡大部分断面図である。この図４に示すように、インターポーザ１３は、ハウジング１３１に複数の接続端子１３２が収容保持されて成る。接続端子１３２は、組み付け時に基板１１と接触する針状部材１３３と、組み付け時にスペーストランスフォーマ１４と接触する針状部材１３４と、針状部材１３３と針状部材１３４との間に設けられて二つの針状部材１３３および１３４を伸縮自在に連結するばね部材１３５とを備える。互いに連結される針状部材１３３および１３４、ならびにばね部材１３５は同一の軸線を有している。

針状部材１３３は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部１３３ａと、針状部１３３ａの先端と反対側の基端部に設けられ、針状部１３３ａの径よりも大きい径を有するフランジ部１３３ｂと、フランジ部１３３ｂの針状部１３３ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部１３３ｂの径よりも小さい径を有するボス部１３３ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。

これに対して、針状部材１３４は、複数の爪が突出した先端形状（クラウン形状）をなす針状部１３４ａと、針状部１３４ａの先端と反対側の基端部に設けられ、針状部１３４ａの径よりも大きい径を有するフランジ部１３４ｂと、フランジ部１３４ｂの針状部１３４ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部１３４ｂの径よりも小さい径を有するボス部１３４ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。なお、フランジ部１３４ｂの径はフランジ部１３３ｂの径と同じであり、ボス部１３４ｃの径はボス部１３３ｃの径と同じである。

ばね部材１３５は、針状部材１３３側が粗巻き部１３５ａである一方、針状部材１３４側が密着巻き部１３５ｂであり、粗巻き部１３５ａの端部はボス部１３３ｃに巻き付けられ、密着巻き部１３５ｂの端部はボス部１３４ｃに巻き付けられている。粗巻き部１３５ａとフランジ部１３３ｂとの間および密着巻き部１３５ｂとフランジ部１３４ｂとの間は、ばねの巻き付き力および／または半田付けによってそれぞれ接合されている。以上の構成を有する接続端子１３２は、ばね部材１３５を備えることによって針状部材１３３および１３４が図４で上下方向に弾発的に移動可能である。

以上の構成を有する接続端子１３２を収容するハウジング１３１は、第１部材１３１ａと第２部材１３１ｂとが重ね合わさって成る。第１部材１３１ａには、複数の接続端子１３２を個別に収容する孔部１３６が形成されている。この孔部１３６は、針状部１３３ａの径よりも若干大きい径を有する小径孔１３６ａと、フランジ部１３３ｂよりも若干大きい径を有する大径孔１３６ｂとを備え、これら小径孔１３６ａおよび大径孔１３６ｂが同じ軸線を有する段付き孔形状をなす。

また、第２部材１３１ｂにも複数の接続端子１３２を個別に収容する孔部１３７が形成されており、この孔部１３７は、針状部１３４ａの径よりも若干大きい径を有する小径孔１３７ａと、フランジ部１３４ｂよりも若干大きい径を有する大径孔１３７ｂとを備え、これら小径孔１３７ａおよび大径孔１３７ｂが同じ軸線を有する段付き孔形状をなす。上述したように、フランジ部１３３ｂの径とフランジ部１３４ｂの径は等しいので、大径孔１３６ｂの径と大径孔１３７ｂの径も等しく、第１部材１３１ａと第２部材１３１ｂとを組み合わせたときに孔部１３６と孔部１３７は軸線方向に滑らかに連通する。

図４に示す初期状態において、針状部材１３３のフランジ部１３３ｂは、第１部材１３１ａの孔部１３６のうち大径孔１３６ｂと小径孔１３６ａとの境界をなす階段状部分に当接することにより、針状部材１３３のハウジング１３１からの抜け止め機能を果たしている。同様に、針状部材１３４のフランジ部１３４ｂは、第２部材１３１ｂの孔部１３７のうち小径孔１３７ａと大径孔１３７ｂとの境界をなす階段部分に当接することによって針状部材１３４のハウジング１３１からの抜け止め機能を果たしている。

図５は、プローブカード１のインターポーザ１３周辺の構成を示す図である。この図５に示すように、インターポーザ１３は基板１１とスペーストランスフォーマ１４との間に介在し、針状部材１３３の先端が基板１１の電極パッド１１１に接触する一方、針状部材１３４の先端がスペーストランスフォーマ１４の電極パッド１４１に接触することにより、基板１１とスペーストランスフォーマ１４との電気的な接続を中継している。

図５に示す状態で、密着巻き部１３５ｂの一部は針状部材１３３のボス部１３３ｃに接触している。したがって、密着巻き部１３５ｂには接続端子１３２の軸線方向に沿った直線的な電気信号が流れ、粗巻き部１３５ａにコイル状に電気信号が流れることがなく、接続端子１３２のインダクタンスの増加を抑えることができる。

なお、以上の説明においては、インターポーザ１３に適用される接続端子１３２の針状部材１３３および１３４は異なる形状をなしていたが、互いに同じ形状を有する針状部材をばね部材１３５によって接続するような構成にしてもよい。

以上説明したインターポーザ１３は、コイルばねを備え、互いに平行な軸線を有する複数の接続端子１３２を適用しているため、各々の接続端子１３２が独立に動き、基板１１やスペーストランスフォーマ１４の変形にインターポーザ１３を追従させることが可能となる。この結果、基板１１および／またはスペーストランスフォーマ１４の変形によって一部の配線が断線してしまうのを防止することができるとともに、半導体ウェハの熱膨張係数と基板１１の熱膨張係数との差を吸収することもできる。

また、インターポーザ１３は、板ばねを接続端子とする従来例と同一のスペースで比較した場合、接続端子に加わる荷重やストロークを大きくすることができる。この結果、板ばねを用いたインターポーザよりも省スペース化を実現することが可能である。この結果、近年の電子機器の小型化に伴う半導体ウェハ上の配線の高密度化に追従したプローブの多ピン化、狭ピッチ化にも十分対応することができる。

さらに、インターポーザ１３は、接続端子１３２がハウジング１３１に挿入されているだけであり、半田付け等によって固着されているわけではないので、仮に一つの接続端子１３２に不具合が生じたとき、その接続端子１３２のみを交換することができ、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができる。

スペーストランスフォーマ１４は、基板１１と同様、内部の配線層がビアホール等によって立体的に形成されている。このスペーストランスフォーマ１４の表面はインターポーザ１３と略合同な正８角形の表面を有し、薄板状をなしている。かかるスペーストランスフォーマ１４は、セラミックス等の絶縁性材料を母材としており、半導体ウェハの熱膨張係数と基板１１の熱膨張係数との差を緩和する機能をも果たしている。

プローブヘッド１５は、円盤形状をなし、図２に示すプローブ収容領域１５ｐにおいて複数のプローブ２を図２で紙面垂直に突出するように収容保持している。プローブ２の配列パターンは、検査対象である半導体ウェハの配線パターンに応じて定められる。

図６は、プローブヘッド１５要部の構成およびプローブ２の詳細な構成を示す拡大部分断面図である。同図に示すプローブ２は、ウェハチャック４０に載置された半導体ウェハ４の電極パッド４１の配置パターンに対応して一方の先端が突出するように配設されており、各プローブ２の先端（底面側）が半導体ウェハ４の複数の電極パッド４１の表面に対して垂直な方向から接触する。

プローブ２は、より具体的には、スペーストランスフォーマ１４と接触する針状部材２１と、この針状部材２１と相反する向きに突出し、半導体ウェハ４の電極パッド４１に接触する針状部材２２と、針状部材２１と針状部材２２との間に設けられて二つの針状部材２１および２２を伸縮自在に連結するばね部材２３とを備える。互いに連結される針状部材２１および２２、ならびにばね部材２３は同一の軸線を有している。

針状部材２１は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部２１ａと、針状部２１ａの先鋭端と反対側の基端部に設けられ、針状部２１ａの径よりも小さい径を有するボス部２１ｂと、ボス部２１ｂの針状部２１ａが接する側と反対側の表面から延出する軸部２１ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。これに対して針状部材２２は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部２２ａと、針状部２２ａの先鋭端と反対側の基端部に設けられ、針状部２２ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂの針状部２２ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部２２ｂの径よりも小さい径を有するボス部２２ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。

ばね部材２３は、針状部材２１側が粗巻き部２３ａである一方、針状部材２２側が密着巻き部２３ｂであり、粗巻き部２３ａの端部は針状部材２１のボス部２１ｂに巻き付けられ、密着巻き部２３ｂの端部は針状部材２２のボス部２２ｃに巻き付けられている。粗巻き部２３ａとボス部２１ｂとの間および密着巻き部２３ｂとボス部２２ｃとの間は、ばねの巻き付き力および／または半田付けによってそれぞれ接合されている。

以上の構成を有するプローブ２は、ばね部材２３を備えることによって針状部材２２および２３が図６で上下方向に弾発的に移動可能である。針状部材２１を電極パッド１４１に接触させた状態すなわち図６に示す状態で、密着巻き部２３ｂの少なくとも一部は針状部材２１の軸部２１ｃに接触している。換言すれば、密着巻き部２３ｂの軸線方向の長さは、上述した図６に示す状態を実現可能な長さに設定される。ばね部材２３の内径は、ボス部２１ｂやボス部２２ｃの外径よりも若干大きい。これにより、ばね部材２３の伸縮動作を円滑に行わせることができる。

なお、図３や図６では記載していないが、プローブヘッド１５が収容保持するプローブ２の中には、グランド用のプローブや、電力供給用のプローブも含まれている。このため、プローブ２に接続される配線１８の中には、グランド層や電源層に接続されるものもある。

プローブヘッド１５は、例えばセラミックス等の絶縁性材料を用いて形成され、半導体ウェハ４の配列に応じてプローブ２を収容するための孔部１５１が肉厚方向（図６の鉛直方向）に貫通されている。孔部１５１は、図３や図６で下方すなわち半導体ウェハ４側の端面から、少なくとも針状部２２ａの長手方向の長さよりも小さい所定の長さに渡って形成された小径孔１５１ａと、この小径孔１５１ａと同じ中心軸を有し、小径孔１５１ａよりも径が大きい大径孔１５１ｂとを有する。また、図６からも明らかなように、小径孔１５１ａの内径は、針状部材２２の針状部２２ａの外径よりも若干大きくフランジ部２２ｂの外径よりも若干小さい。このように孔部１５１が段付き孔状に形成されることによって、プローブ２（の針状部材２２）を抜け止めしている。

プローブヘッド１５に収容されるプローブ２の数や配置パターンは、半導体ウェハ４に形成される半導体チップの数や電極パッド４１の配置パターンに応じて定まる。例えば、直径８インチ（約２００ｍｍ）の半導体ウェハ４を検査対象とする場合には、数十〜数千個のプローブ２が必要となる。また、直径１２インチ（約３００ｍｍ）の半導体ウェハ４を検査対象とする場合には、数百個〜（数千個〜）数万個のプローブ２が必要となる。このように大量のプローブ２を保持する場合、プローブヘッド１５の反り、波打ち、凹凸等の変形が問題となってくるが、本実施の形態１では、リーフスプリング１７の爪部１７１が円形表面を有するプローブヘッド１５の縁端部近傍を全周に渡って一様に押え付ける構成を有しているため、プローブヘッド１５に不規則な反りや波打ちが発生することがなく、耐久性にも優れ、安定したプローブストロークを得ることができる構成となっている。

なお、プローブヘッド１５を、図６の鉛直方向に沿って上下二つの部分に分割して構成してもよい。この場合には、ねじと位置決めピンを用いて二つの部分を締結するが、プローブ２の初期荷重で下側の板が膨らんでしまうのを防ぐため、下側に来る部分の厚みが上側に来る部分の厚みより厚くなるように設定する。このようにプローブヘッド１５を分割して構成することにより、プローブ２を容易に交換することが可能となる。

引き続き、プローブカード１の構成を説明する。保持部材１６は、補強部材１２と同様の材料によって構成され、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４を積層して保持可能な正八角柱形状の中空部を有する。この保持部材１６は、インターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４を基板１１に対して押し付けて保持することにより、基板１１とスペーストランスフォーマ１４とがインターポーザ１３を介して電気的に接続するために必要な圧力を加えている。

リーフスプリング１７は、リン青銅、ステンレス（ＳＵＳ）、ベリリウム銅などの弾性のある材料から形成され、薄肉の円環状をなし、その内周にはインターポーザ１３、スペーストランスフォーマ１４、およびプローブヘッド１５を保持するための押え用部材としての爪部１７１が全周に渡って一様に設けられている。かかる爪部１７１は、プローブヘッド１５表面の縁端部近傍を全周に渡って基板１１の方向へ均等に押さえ付けている。したがって、プローブヘッド１５で収容するプローブ２には略均一な初期荷重が発生し、プローブヘッド１５の反りを防止することができる。また、本実施の形態１においては、インターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４の各表面がプローブヘッド１５の表面のなす円と同じ程度の面積を有する正８角形をなしているため、爪部１７１が正８角形の頂点位置を押さえ付けることができ、インターポーザ１３やスペーストランスフォーマ１４の反りを防止する機能も果たしている。

基板１１と補強部材１２との間、基板１１と保持部材１６との間、および保持部材１６とリーフスプリング１７との間は、所定の位置に螺着されたねじによってそれぞれ締結されている（図１では省略）。

基板１１に形成される配線１８の一端は、検査装置（図示せず）との接続を行うために基板１１の表面であって補強部材１２が装着された側の表面に配設された複数のオスコネクタ１９に接続される一方、その配線１８の他端は、スペーストランスフォーマ１４の下端部に形成される電極パッド１４１を介してプローブヘッド１５で収容保持するプローブ２に接続されている。なお、図３では、記載を簡略にするために、一部の配線１８のみを示している。

各オスコネクタ１９は、基板１１の中心に対して放射状に配設され、検査装置のコネクタ座３で対向する位置に設けられるメスコネクタ３０の各々と対をなし、互いの端子が接触することによってプローブ２と検査装置との電気的な接続を確立する。オスコネクタ１９とメスコネクタ３０とから構成されるコネクタとして、オスコネクタを挿抜する際に外力をほとんど必要とせず、コネクタ同士を結合した後に外力によって圧接力を加えるゼロインサーションフォース（ＺＩＦ：Zero Insertion Force）型コネクタを適用することができる。このＺＩＦ型コネクタを適用すれば、プローブカード１や検査装置は、プローブ２の数が多くても接続によるストレスをほとんど受けずに済み、確実な電気的接続を得ることができ、プローブカード１の耐久性を向上させることもできる。

なお、基板１１にメスコネクタを配設する一方、コネクタ座３にオスコネクタを配設してもよい。また、オスコネクタの形状や基板に対する配置位置は必ずしも上述したものに限られるわけではなく、その形状や配置位置に応じて、検査装置側に設けられるメスコネクタの形状や配置位置も変更されることはいうまでもない。

また、プローブカードと検査装置との接続をコネクタによって実現する代わりに、検査装置にスプリング作用のあるポゴピン等の端子を設け、かかる端子を介してプローブカードを検査装置に接続する構成としてもよい。

以上の構成を有するプローブカード１において、図３および図６に示す状態からウェハチャック４０を上昇させることによって半導体ウェハ４の電極パッド４１を針状部２２ａの先端部に接触させると、針状部材２２は上昇し、ばね部材２３は圧縮され、さらに湾曲して蛇行するようになる。この際、密着巻き部２３ｂの一部は針状部材２１の軸部２１ｃに接触した状態を保持するため、密着巻き部２３ｂにはプローブ２の軸線方向に沿った直線的な電気信号が流れる。したがって、粗巻き部２３ａにコイル状に電気信号が流れることがなく、プローブ２のインダクタンスの増加を抑えることができる。

以上説明した本発明の実施の形態１に係るプローブカードによれば、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、前記回路構造に対応する配線パターンを有する基板と、前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材と、導電性材料から成り、軸線方向に伸縮自在な複数の接続端子、および絶縁性材料から成り、前記複数の接続端子を個別に収容する複数の孔部が形成されたハウジングを有し、前記基板に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザと、前記インターポーザおよび前記プローブヘッドの間に介在して積層され、前記インターポーザによって中継された配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、を備えることにより、基板とスペーストランスフォーマとの電気的な接続を確実に行うことができ、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができる。

また、本実施の形態１に係るプローブカードによれば、インターポーザに対して、コイルばねを備え、互いに平行な軸線を有する複数の接続端子を適用しているため、各々の接続端子が独立に動き、基板やスペーストランスフォーマの変形にインターポーザを追従させることが可能となる。この結果、基板やスペーストランスフォーマが変形することによって一部の配線が断線してしまうのを防止することができる。

さらに、本実施の形態１に係るプローブカードによればインターポーザの接続端子が板厚方向に伸縮自在なコイルばねを備えているため、板ばねを接続端子とする従来例と同一のスペースで比較した場合、接続端子に加わる荷重やストロークを大きくすることができる。この結果、板ばねを用いたインターポーザよりも省スペース化を実現することが可能となる。

さらに、本実施の形態１に係るプローブカードによれば、リーフスプリングがプローブヘッド表面の縁端部近傍を全周に渡って基板の方向へ均一に押え付ける構成を有しているため、基板以外のインターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りも抑制することが可能となり、プローブカード全体の平面度、平行度の精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るプローブカードは、インターポーザの構成を除いて同じである。すなわち、本実施の形態２に係るプローブカードは、基板１１、補強部材１２、スペーストランスフォーマ１４、プローブヘッド１５、保持部材１６、およびリーフスプリング１７を備える。また、プローブヘッド１５に収容保持されるプローブも、上記実施の形態１で説明したプローブ２である。

以下、本発明の実施の形態２に係るプローブカードに適用されるインターポーザの構成を詳細に説明する。図７は、本実施の形態２に係るプローブカードに適用されるインターポーザの構成を示す部分縦断面図である。同図に示すインターポーザ５１は、母材をなすハウジング５２と、ハウジング５２に収容保持される複数の接続端子５３とを備える。

接続端子５３は、導電性材料を巻回して形成されたものであり、円筒形状をなすように巻回されたコイルばね部５３ａと、このコイルばね部５３ａの両端から先細のテーパ状に密着巻きされた一対の電極ピン部５３ｂおよび５３ｃとから成る。コイルばね部５３ａは、定常巻き部５３ｄ、密着巻き部５３ｅ、および定常巻き部５３ｄよりも比較的粗いピッチで形成された粗巻き部５３ｆを備える。このような構成を有する接続端子５３によれば、圧縮変形したときにコイルばね部５３ａに絡みが発生するのを防止することができる。

ハウジング５２は単一部材から成り、複数の接続端子５３を個別に収容する孔部５４が形成されている。この孔部５４は、電極ピン部５３ｂを保持して抜け止めする小径孔５４ａと、接続端子５３の中間部の径よりも若干大きい径を有する大径孔５４ｂとを備え、これら小径孔５４ａおよび大径孔５４ｂが同じ軸線を有する段付き孔形状をなす。かかる構成を有するハウジング５２に接続端子５３を挿入する際には、大径孔５４ｂの端部開口面から接続端子５３を挿入する。

図８は、インターポーザ５１を用いてプローブカードを構成したときのインターポーザ５１周辺の構成を示す図である。図８に示す状態において、コイルばね部５３ａは定常巻き部５３ｄおよび粗巻き部５３ｆが撓んで略密着状態となり、接続端子５３の電極ピン部５３ｂの先端がスペーストランスフォーマ１４の電極パッド１４１に接触する。他方、接続端子５３の電極ピン部５３ｃの先端が基板１１の電極パッド１１１に接触することによって、基板１１とスペーストランスフォーマ１４との電気的な接続を中継している。

なお、電極ピン部５３ｂおよび５３ｃは密着巻きされていることから、巻線の軸線方向に接触している部分を介して略軸線方向に電気が伝わるため、電極ピン部５３ｂおよび５３ｃにおいて電気信号がコイル状に流れることはない。このため電極ピン部５３ｂおよび５３ｃの各巻き数が接続端子５３のインピーダンスを含む電気的性能に影響を及ぼすことはない。

また、電極ピン部５３ｂおよび５３ｃは先細りの形状をなし、電極パッド１１１および１４１にそれぞれ弾発的に接触しているため、電極ピン部５３ｂおよび５３ｃの突出端の位置のばらつきを小さくすることができ、被接触体に対して均一にコンタクトすることができる。

以上説明した本発明の実施の形態２に係るプローブカードによれば、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態２によれば、インターポーザの接続端子をコイル状のばね部材単体で構成しているため、上記実施の形態１におけるインターポーザに適用される接続端子と比較して部品点数が少なくて済み、製造やメインテナンスに要するコストをさらに低減することが可能となる。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態１および２を詳述してきたが、本発明はそれら二つの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。図９は、本発明のその他の実施の形態に係るプローブカードの構成を示す上面図である。同図に示すプローブカードは６１は、円盤状の基板６２に対し、正方形の表面を有するプローブヘッド６３が、同じく正方形状の外枠を有するリーフスプリング６４によって保持されている。

このプローブカード６１においては、インターポーザおよびスペーストランスフォーマの表面も正方形をなしている。リーフスプリング６４の内周に形成された爪部６４１は、プローブヘッド６３の内周の全周に渡って一様に形成されており、プローブヘッド６３表面の縁端部近傍を基板６２の方向へ均一に押え付けている。したがって、プローブヘッド６３の反りや波打ちに加えて、インターポーザやスペーストランスフォーマの反りや波打ちも抑制することができ、上記二つの実施の形態と同様にプローブカードの平行度、平面度の精度を向上させることができる。

ところで、図９では、プローブヘッド６３がプローブを収容するプローブ収容領域６３ｐが正方形をなす場合を図示しているが、これは例えば半導体ウェハの１／２〜１／４程度の領域を一括してコンタクトする場合などに適用される。

なお、本発明に係るプローブカードにおいては、リーフスプリングがプローブヘッドの表面であってプローブが突出する側の表面の縁端部近傍を全周に渡って基板の方向へ押え付けていればよく、その形状は上述した場合に限定されるものではない。例えば、プローブヘッドの形状を、上記二つの実施の形態におけるインターポーザやスペーストランスフォーマと相似な正８角形にしてもよい。この場合には、リーフスプリングの形状もプローブヘッドに追従させて正８角形型とし、少なくとも各頂点を含む全周を均一に押えつけることができるように爪部を形成すれば、上記同様の効果を得ることができる。

また、インターポーザやスペーストランスフォーマの各表面形状をプローブヘッドに相似な円形としてもよい。この場合には、ＦＷＬＴ用のプローブカードとしては最も対称性が高くなるため、プローブカードの平面度や平行度を最優先する場合には最適である。

上記以外にも、インターポーザやスペーストランスフォーマの各表面を適当な正多角形とし、プローブヘッドをその正多角形に相似な正多角形としてもよい。また、プローブヘッドが半導体ウェハにフルコンタクトする場合にはプローブヘッドは円形としてもよい。このように、本発明に係るプローブカードは円盤以外の形状をなす基板やプローブヘッドを備えてもよく、それらの形状は検査対象の形状やその検査対象に設けられる電極パッドの配置パターンによって変更可能である。

ここまで、検査対象である半導体ウェハに接触するプローブとしてプローブ２を適用する場合について説明してきたが、本発明に係るプローブカードに適用されるプローブは、従来知られているさまざまな種類のプローブのいずれかを適用することが可能である。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明の実施の形態１に係るプローブカード要部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るプローブカードの構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係るプローブカードを用いた検査の概要を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプローブカードが備えるインターポーザの内部構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係るプローブカードにおけるインターポーザ周辺の構成を示す図である。 プローブおよびプローブヘッド要部の構成を示す拡大部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードが備えるインターポーザの内部構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードにおけるインターポーザ周辺の構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係るプローブカードの構成を示す上面図である。 従来のプローブカードの構成を示す図である。

符号の説明

１、６１、７１ プローブカード
２、７２ プローブ
３ コネクタ座
４ 半導体ウェハ
１１、６２、７７ 基板
１２、７９ 補強部材
１３、５１、７５ インターポーザ
１４、７４ スペーストランスフォーマ
１５、６３、７３ プローブヘッド
１５ｐ、６３ｐ プローブ収容領域
１６ 保持部材
１７、６４ リーフスプリング
１８、７６ 配線
１９、７８ オスコネクタ
２１、２２、１３３、１３４ 針状部材
２１ａ、２２ａ、１３３ａ、１３４ａ 針状部
２１ｂ、２２ｃ、１３３ｃ、１３４ｃ ボス部
２１ｃ 軸部
２２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ フランジ部
２３、１３５ ばね部材
２３ａ、５３ｆ、１３５ａ 粗巻き部
２３ｂ、５３ｅ、１３５ｂ 密着巻き部
３０ メスコネクタ
４０ ウェハチャック
４１、１１１、１４１ 電極パッド
５２、１３１、４３１ ハウジング
５３、１３２ 接続端子
５３ａ コイルばね部
５３ｂ、５３ｃ 電極ピン部
５３ｄ、４３２ｄ 定常巻き部
５４、１３１、１３６、１３７、１３８ 孔部
５４ａ、１３６ａ、１３７ａ、１５１ａ 小径孔
５４ｂ、１３６ｂ、１３７ｂ、１５１ｂ 大径孔
１２１ 外周部
１２２ 中心部
１２３ 連結部
１３１ａ 第１部材
１３１ｂ 第２部材
１７１、６４１ 爪部

Claims (6)

1. 検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、
   導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、
   前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、
   前記回路構造に対応する配線パターンを有する基板と、
   前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材と、
   導電性材料から成り、軸線方向に伸縮自在な複数の接続端子、および絶縁性材料から成り、前記複数の接続端子を個別に収容する複数の孔部が形成されたハウジングを有し、前記基板に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザと、
   前記インターポーザおよび前記プローブヘッドの間に介在して積層され、前記インターポーザによって中継された配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、
   前記基板に固着され、前記インタポーザおよび前記スペーストランスフォーマに圧力を加えて保持する保持部材と、
   前記保持部材に固着され、前記プローブヘッドの表面であって前記複数のプローブが突出する表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリーフスプリングと、
   を備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 前記接続端子は、
   先細の先端形状をそれぞれ有する第１および第２の針状部材と、
   前記第１および第２の針状部材の各軸線方向を一致させて伸縮自在に連結するコイル状のばね部材と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記ばね部材は、
   前記孔部において湾曲可能であり、当該湾曲を生じることによって前記第１および第２の針状部材のいずれかと接触する密着巻き部を有することを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
4. 前記接続端子はコイル状をなし、
   前記軸線方向の両端側に向けて先細となるように各々密着巻きされた一対の電極ピン部と、
   前記一対の電極ピン部の間に介在して前記一対の電極ピン部を連結するコイルばね部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
5. 前記コイルばね部は、
   当該接続端子の軸線方向の中間に設けられた密着巻き部と、
   前記密着巻き部の一端側に設けられた定常巻き部と、
   前記密着巻き部の一端側であって前記定常巻き部が設けられた側とは異なる端部側に設けられ、前記定常巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、
   から成ることを特徴とする請求項４記載のプローブカード。
6. 前記プローブヘッドは、円盤状をなし、
   前記インターポーザは、前記プローブヘッドの表面のなす円と略等しい面積の正８角形の表面を有する薄板状をなし、
   前記スペーストランスフォーマは、前記インターポーザの表面と略合同な正８角形の表面を有する薄板状をなし、
   前記保持部材は、前記インターポーザおよび前記スペーストランスフォーマを保持可能な正８角柱状の中空部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のプローブカード。

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