JP4915792B2 - ピッチ変換ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ピッチ変換ユニットに関し、より詳しくは、半導体ウェハを検査する場合に使用されるプローブカードのピッチ変換を行うためのピッチ変換ユニットに関する。
尚、本発明は、半導体ウェハに用いられるプローブカードにおいて最も効果を奏するが、プローブカードに適用するのみならず、微細な間隔で形成される複数の電極端子を粗い間隔で形成される電極端子の配列に変換する場合に用いることができる。

近年、電子機器の小型化及び低価格化の要求から、半導体集積回路装置を半導体ウェハから切り出したままのベアチップ状態で回路基板に実装する方法が開発されている。この場合、ベアチップにおける品質の保証を行うために、この一の半導体ウェハ上に形成された複数の半導体集積回路素子に対して一括で検査を行う方法が行われている。
このような検査としては、半導体ウェハ上に形成された複数の半導体集積回路素子の複数の検査用電極に所定の電圧を印加することによって、各検査用電極に関する電気的特性を求める方法を例示することができる。この方法では、たとえば、求められた電気的特性を良品時の電気的特性と比較することによって、その検査用電極の半導体集積回路素子の良／不良を判断している。

上記の如き検査を行う場合には、半導体ウェハに設けられる半導体集積回路素子の複数の検査用電極に同時に接触する導電性の複数の接触素子（プローブ）を有するプローブカードが用いられる。
このようなプローブカードでは、検査用電極と導通接触させるためのプローブは、検査用電極と同じ微細な間隔で設けられている。このため、良／不良（良否）を判定する検査装置に直接的に電気接続することは困難であるため、プローブ電極の微細な間隔を粗い間隔の電極端子に変換するためのピッチ変換装置が提案されている。
たとえば、特許文献１に開示されるピッチ変換装置では、高さのバラツキを吸収することができる弾性材を基材としたコンタクトフィルムを介して電気的接続をとる構成としたため、大面積の半導体ウェハに対して一度に多数のコンタクトを信頼性良く短いパスにて行うことを可能としている。

特開平８−３０４４５９号公報

近年に至り、半導体集積回路素子がさらに微細化されると、その微細化に追従するようにプローブカードのプローブの配列間隔も微細化されるようになった。また、半導体集積回路素子の複雑化に伴って、所定の間隔で複数のプローブが配列され、半導体集積回路素子の検査用電極と接触した場所のみを検査に利用するプローブカード（ユニバーサルタイプのプローブカード）が用いられるようになった。
このようなプローブカードでは、プローブカード自体にピッチ変換機能を持たせると複雑な作業が伴うため、検査装置と電気的に接続させるため、別のピッチ変換ユニットを利用されている。

図６には、従来型の検査装置のブロック図を示す。この検査装置１００では、載置台１０１に半導体ウェハＵを載置している。この半導体ウェハＵの上方には、この半導体ウェハＵの検査用電極に導通接触するプローブカード１０２が上下動可能に設けられている。
プローブカード１０２は、複数の検査用電極に導通接触するための複数のプローブ１０３を有している。このプローブカード１０２は、電気信号を受信して電気的特性を算出して、この算出結果から半導体集積回路素子の良不良を判定する判定手段１０５と、このプローブカード１０２を電気的に接続するためのピッチ変換ユニット１０４と接続されている。

しかしながら、近年の半導体集積回路素子では、プローブカード１０２が極めて微細化されているため、従来型のピッチ変換ユニット１０４では、電気信号を解析するための判定手段１０５と電気的に接続することが困難となる問題点を有している。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、微細加工されたプローブカードと検査装置を電気的に接続するためのピッチ変換ユニットを提供する。

請求項１記載の発明は、半導体ウェハに形成される半導体集積回路素子上に設けられる複数の検査点に夫々導通接触する複数の接触子を有する接触部と、該半導体集積回路素子の良否を判定する判定部を備える検査装置とを電気的に接続するピッチ変換ユニットであって、一端が前記接触部の接触子と導通接触するとともに、所定群毎に予め設定された長さを有する複数の接触端子と、前記複数の接触端子を保持する保持体を有する接続体と、一端が前記接触端子の他端と導通接触するとともに、他端が該一端の配列ピッチよりも広い配列ピッチで形成され且つ前記検査装置の電極と導通接触し、同一の群に所属する他端が同一平面に配置されている変換部を有することを特徴とするピッチ変換ユニットを提供する。
請求項２記載の発明は、前記所定群は、前記複数の接触子が設けられる前記接触部の表面を所定の領域に区分けして形成されている区分に対応するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のピッチ変換ユニットを提供する。
請求項３記載の発明は、前記変換部は、前記所定群の数と同数の板状部材から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のピッチ変換ユニットを提供する。
これらの発明を提供することによって、上記課題を悉く解決する。

請求項１記載の発明によれば、半導体ウェハに形成される半導体集積回路素子上に設けられる複数の検査点に夫々導通接触する複数の接触子を有する接触部と、該半導体集積回路素子の良否を判定する判定部を備える検査装置とを電気的に接続するピッチ変換ユニットであって、接続体が一端は前記接触部の接触子と導通接触するとともに、所定群毎に予め設定された長さを有する複数の接触端子と、前記複数の接触端子を保持する保持体で形成され、変換部が、一端は前記接触端子の他端と導通接触するとともに、他端は該一端の配列ピッチよりも広い配列ピッチで形成され且つ前記検査装置の電極と導通接触し、同一の群に所属する他端は同一平面に配置されているので、接触部の接触子を所定群に区分して、この群に応じるように接触端子が形成され、この接触端子に応じるように配線が配列ピッチを変換しているので、所定群毎のピッチ変換を行うことができ、ピッチ変換が行われる面積を大きくして行うことができる。このため、微細化された接触部に対しても、ピッチ変換を行うための領域を十分確保してピッチ変換を行うことができる。
請求項２記載の発明によれば、所定群は、複数の接触子が設けられる接触部の表面を所定の領域に区分けして形成されている区分に対応するように設定されているので、接触部に応じて変換することができる。
請求項３記載の発明によれば、変換部は所定群の数と同数の板状部材から形成されているので、変換部を効率良く製造することができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明にかかるピッチ変換ユニット１は、半導体ウェハＵに導通接触するプローブカード２と検査ユニット３とを電気的に接続し、プローブカード２のプローブ２１から測定される電気信号を基に、半導体ウェハＵの半導体集積回路素子（図示せず）の良否を判定することを可能とするものである。
図１は、本発明にかかる基板検査装置の概略構成図を示している。
基板検査装置１０は、半導体ウェハＵを載置する載置台１１と、プローブカード２と、制御部３１を有する検査ユニット３と、このプローブカード２と検査ユニット３を電気的に接続するピッチ変換ユニット１を有してなる。

プローブカード２について説明する。
このプローブカード２は、半導体ウェハＵの形状に応じた形状に形成されており、半導体ウェハＵに形成される全ての半導体集積回路素子の検査用電極に同時に接触することのできるようにプローブ２１が設けられている。
このプローブ２１が、半導体集積回路素子の検査用電極に導通接触することによって、検査用の電気信号を印加したり、電気的特性を検出するための電気信号を受け取ったりしたりすることができる。

このプローブカード２は、半導体ウェハＵの検査用電極が設けられる場所に対応するようにプローブ２１が配置されているように形成することもできるし、所定間隔（ピッチ）で格子状にプローブ２１を配置して、半導体ウェハＵと導通接触させることもできる。この格子状にプローブ２１を配置して用いる場合には、半導体ウェハＵに設けられる検査用電極に接触するプローブ２１だけが用いられることになる。
なお、このプローブ２１は、検査用電極に導通接触して電気信号の送受信を行うことのできる導電性素材で形成されている。

検査ユニット３は、検査用電極から検出された電気信号を基に、半導体集積回路素子の良品又は不良品の判定を行う判定部３１と、ピッチ変換ユニット１と電気的に接続される電極部３２を有している。この検査ユニット３が行う良品又は不良品の判定方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、電気信号から半導体集積回路素子の電気的特性を算出して、その電気的特性が良品の場合の電気的特性と比較することによって行う方法を挙げることができる。
なお、このような検査ユニット３が有する電極部３２は、一般的に、各プローブ２１に対応する電極が設けられており、各プローブ２１において電気信号の送受信を行うために夫々にスイッチング素子が設けられている。このため、検査ユニット３の電極部３２の間隔を短くすることが難しい。

本発明にかかるピッチ変換ユニット１は、プローブカード２のプローブ２１の間隔（短いピッチ）を、検査ユニット３の電極部３２の間隔（広いピッチ）に接続するために、電極端子間のピッチ変換を行う。
このピッチ変換ユニット１は、接続体１１と、変換部１２を有している。
図２（ａ）は接続体の一実施形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）で示される点線部分の一部透視図である。
この接続体１１は、プローブカード２のプローブ２１と導通接触が行われるとともに、実際にピッチ変換を行う変換部２２へ電気的接続が行われる。

この接続体１１は、接触端子１１１とこの接触端子１１１を保持する保持体１１２を有してなる。この接続体１１の形状は、検査対象となる半導体ウェハＵ（又はプローブカード２）の形状に応じて変更されるので、特に限定されないが、本明細書中では円柱の形状を有している場合を説明する。
接触端子１１１は、その一端がプローブカード（接触部）２のプローブ（接触子）２１と導通接触するとともに、所定群毎に予め設定された長さを有している。
接触端子１１１は、この所定群毎に予め設定された長さ（保持体１１２の厚み方向の長さ）を有している。このため、所定群が2種類あれば、2種類の長さの接触端子が存在し、所定群が3種類あれば、3種類の長さの接触端子が存在し、所定群の数に応じる種類の長さの接触端子が存在する。

この接触端子１１１の長さの相違は、後述する変換部１２の板部材の厚みｄ分だけ相違する。このため、2種類の接触端子１１１が存在する場合には、その差分は長さｄとなり、3種類の接触端子１１１が存在する場合には、長、中、短の3種類の接触端子１１１が存在し、夫々長さｄ分の差を有することになる。
図２（ａ）では、Ｂ領域の接触端子１１１は、Ａ領域の接触端子１１１よりも長さｄ分だけ長く形成されている。

接触端子１１１は、図２（ｂ）で示す如く、両端部のプランジャー１１１ａと筒状部材１１１ｂを有してなる。プランジャー１１１ａは、筒状部材１１１ｂの長軸方向に摺動可能（図２（ｂ）の矢印方向）に設けられている。また、プランジャー１１１ａが外側から押圧されることによって、プランジャー１１１ａが筒状部材１１１ｂ内部に収容されるように設けられており、筒状部材１１１ｂの長さにまで接触端子１１１が収縮するようになっている。
このように接触端子１１１が構成されているので、プローブカード２の端部と一方のプランジャー１１１ａが安定的に接触するとともに、後述する変換部１２の電極に対しても他方のプランジャー１１１ａが安定的に接触することになる。
なお、この両端部のプランジャー１１１ａは、互いに電気信号を送受信することができように形成されている。

図２（ａ）で示される接続体１１は、所定群として2つの群（Ａの群とＢの群）が示されている。この図２（ａ）で示される所定群は、プローブカード２のプローブ２１の配置に応じるように設定されている。この図２（ａ）では、円柱の表面（円）が、中心から所定半径の内部をＢ領域とし、このＢ領域から外側の領域をＡ領域として設定している。
この所定群の数は、後述する変換部１２の板状部材の枚数に応じるように設定されている。

保持体１１２は、複数の接触端子１１１を保持する。この保持体１１２は、接触端子１１１の長さに応じて、保持体１１２の厚みが形成されている。このため、長さの相違する接触端子１１１の種類に応じて、保持体１１２の厚みが相違して形成されていることになる。
たとえば、図２（ａ）では、接触端子１１１が2種類であり、Ａ領域とＢ領域が設定されている。このため、保持体１１２は、Ｂ領域の長い接触端子１１１に応じて厚みが長く形成され、Ａ領域の短い接触端子１１１に応じて厚みが短く形成されている。
なお、保持体１１２の厚みは、接触端子１１１の筒状部材１１１ｂの長さと略同じか又は僅かに短く形成されている。

図３は、本発明にかかる変換部１２の一実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を模式的に示している。
変換部１２は、一端が接触端子１１１の他端と導通接触する第一電極部１２１と、他端が第一電極部１２１の配列ピッチよりも広い配列ピッチで形成される第二電極部１２２を有している。なお、第一電極部１２１と第二電極部１２２は、夫々対応する電極同士が配線パターンなどの導体により電気的に接続されている。

この変換部１２が有する第一電極部１２１は、接続体１１の接触端子１１１の長さ（又は接触端子１１１が所属する所定群）に応じて区分される。接続体１１は、所定群に応じる所定の長さに形成される複数の接触端子１１１を有しており、第一電極部１２１はこれらの接触端子１１１と導通接触する。このため、各群に対応する第一電極部１２１が存在することになる。
また、同様に、第二電極部１２２は、夫々の第一電極部１２１と一対になっているので、第二電極部１２２も、所定群に区分される。

図３（ａ）では、変換部１２の裏面に第一電極部１２１が形成され、表面に第二電極部１２２が形成されている様子を示している。第一電極部１２１は、図３（ａ）では裏面に配置されることになるので、第一電極部１２１が設けられる場所は点線領域に示されている。この第一電極部１２１は、接続体１１の接触端子１１１の一端と接触する位置に配置されていることになる。このため、図３（ａ）の如き平面視においては、第一電極部１２１と接触端子１１１とは重なる位置に配置されていることになる。
このため、図２で示される如き、所定群ＡとＢを有する円柱形の接続体１１に対応する場合に、接続体１１第一電極部１２１は、Ａ群に対応する第一電極部１２１ａと、Ｂ群に対応する第二電極部１２１ｂを有している。この第一電極部１２１は、接続体１１の所定群に応じて形成されている。このため、第一電極部１２１に対応する第二電極部１２２も、同様に、Ａ群に対応する第二電極部１２２ａと、Ｂ群に対応する第二電極部１２２ｂを有している。

また、この第一電極部１２１は、接続体１１の接触端子１１１の一端と接触するために、接続体１１の表面の凹凸形状に嵌合する表面形状を有している。接続体１１は、所定群毎に所定の長さ（長さｄ分だけ相違する長さ）分だけ相違する厚みを有している。このため、接続体１１は、所定の長さｄの凹凸形状を有しており、この凹凸形状と嵌合するための凹凸形状（凸凹形状）が変換部１２裏面に形成されている。
たとえば、図２の接続体１１は、中心が長さｄだけ長くなる凸形状を有している。このため、変換部１２の裏面には、中心が長さｄだけ短い厚み（深さｄの窪み）が形成されることになる。図３（ａ）で示されるＢ領域（Ｂ１領域とＢ２領域）は、Ａ領域（Ａ１領域とＡ２領域）の厚みと比して長さｄだけ薄く形成されている（図３（ｂ）参照）。

第二電極部１２２は、変換部１２の表面（第一電極部１２１が設けられている表面と反対側の表面（又は相違する表面））に、第一電極部１２１の配列ピッチよりも広い（長い）配列ピッチで形成されている。
この第二電極部１２２は、同一の群に所属する第二電極部１２２同士が同一平面に配置されている。具体的には、図３（ｂ）では、Ａ群に属する第一電極部１２１ａと、Ｂ群に属する第一電極部１２１ｂが設けられており、これら夫々に対応する第二電極部１２２が設けられている。この第二電極部１２２は、Ａ群に属する第二電極部１２２ａと、Ｂ群に属する第二電極部１２２ｂが夫々同一平面内（図３の符号１３と１４で示される表面）に形成されている。

図３（ａ）で示される変換部１２は、第二電極部１２２を形成するために、電極部を形成するための領域Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２を有している。これは、平面視において、変換部１２の面積を接続部１１の面積に比して大きくなるように形成することによって、電極部を形成するための表面積が大きくなり、配列ピッチを大きくすることが容易になるからである。
図３（ａ）で示される変換部１２では、第二電極部１２２が変換部１２の周縁部に形成されている。図３（ａ）では、Ａ１領域に形成される第一電極部１２１ａとＣ１領域に形成される第二電極部１２２ａが対応して接続されており、Ａ２領域に形成される第一電極部１２１ａとＣ２領域に形成される第二電極部１２２ａが対応して接続されており、Ｂ１領域に形成される第一電極部１２１ｂとＤ１領域に形成される第二電極部１２２ｂが対応して接続されており、Ｂ２領域に形成される第一電極部１２１ｂとＤ２領域に形成される第二電極部１２２ｂが対応して接続されている。このようにして第一電極部１２１と第二電極部１２２へとピッチ変換が行われている。第一電極部１２１と第二電極部１２２が、このように配列されるのは、第一電極部１２１と第二電極部１２２を接続するための配線効率（配線が短い方が好ましい）の都合により決定される。

変換部１２は、所定群の数と同数の板状部材から形成できる。
これは、上記の説明の如く、第一電極部１２１と第二電極部１２２は夫々表裏面に設けられているとともに、接続体１１の所定群に応じる厚みｄの変化量を形成するために、厚みｄの板状部材を用いることによって、容易に形成することができる。
たとえば、図２の接続体１１の形状に合う変換部１２を形成するために、図４で示される如く、２つの板状部材１３，１４を用いることができる。このように略同じ形状の板状部材を用いることによって、所定群に所属する電極部を容易に区分することができるとともに、この板状部材の厚みを接触端子１１１の相違する差分（長さｄ）とすることができるからである。

この図４で示される第一板状部材１３と第二板状部材１４は、その大きさは特に限定されないが、図４（ａ）で示される如く、平面視において長方形の形状を有する略同じ大きさを有しており、第一板状部材１３と第二板状部材１４を重なり合わせることによって、変換部１２が形成されている。
第一板状部材１３と第二板状部材１４が長方形状を有することによって、９０度回転した状態で2つの板状部材を配置することによって、長軸方向の両端を第二電極部１２２を配列する領域として用いることができる。

図４（ｂ）には、平面視における第一板状部材１３が示されている。この第一板状部材１３は、表面の長手方向の両端部１３１に第二電極部１２２が形成される領域が複数形成されている。また、第一板状部材１３の中央には、切欠部１３２が形成されており、この切欠部１３２に接続体１１の凸部（Ｂ領域の接続体１１）が嵌合するように形成されている。
また、この第一板状部材１３の裏面の点線で示される円内部には、第一電極部１２１が形成されるリング状領域１３３が設けられている。このリング状領域１３３が、接続体１１のＡ領域（Ａ群に所属する接触端子１１１）と接触することになる。

図４（ｃ）には、平面視における第二板状部材１４が示されている。この第二板状部材１４は、表面の長手方向の両端部１４１に第二電極部１２２が形成される領域が複数形成されている。また、第一板状部材１３の両端部１３１（第二電極部１２２）が表面上に現れるように、切欠部１４ａが第二板状部材１４の短手方向の周縁に形成されている。
また、第二板状部材１４の裏面には、第一電極部１２１が配列される円領域１４２（図中の点線領域内）が設けられる。この円領域１４２が、接続体１１のＢ領域（Ｂ群に所属する接触端子１１１）と接触することになる。

接続体１１が有する接触端子１１１は、所定群に応じてその長さが所定長（長さｄ）分だけ相違（差分が長さｄのｎ倍）している。このため、所定群に応じて接触端子１１１が群毎に区分され、その群に応じて接触端子１１１に導通接触する第一電極部１２１が区分され、さらに、第一電極部１２１と電気的に接続される第二電極部１２２が区分されることになる。
この結果、第二電極部１２２は、区分毎に設定される平面に配列されることになり、全ての第二電極部１２２が同一の平面内で配列されることが無くなる。このため、第二電極部１２２を三次元的な配列が可能となり、従来の二次的配列よりも大きな配列面積を確保することが可能となる。
この所定群は、複数のプローブ２１が設けられるプローブカード２の表面を所定の領域に区分けして形成されている。このため、プローブカード２の複雑さ（プローブ２１の本数）に応じて、設定することができるし、配列される第二電極部１２２の数に応じて、プローブカード２の所定群を設定することもできる。

図５は、本発明にかかる接続体と変換部を接続する様子を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。
接続体１１は、変換部１２と接続される接続面が、変換部１２の接続面と嵌合するように形成されている。また、接続体１１の接触端子１１１は、夫々変換部１２の第一電極部１２１と導通接触するように形成されている。このため、接続体１１と変換部１２は、嵌合して接続される（図５（ｂ）参照）。
このとき、接触端子１１１は第一電極部１２１に直接接触するためのプランジャー１１１ａが筒状部材１１１ｂ内部に収容され、導通接触することになる。
このように、本発明にかかるピッチ変換ユニット１を用いることによって、プローブカード２が微細なプローブ２１ピッチを有していても、ピッチ変換を行うことができる。
なお、本明細書では、2種類の所定群についての説明を行っているが、所定群が増えるに追従して、板状部材を増加させることができる。また、2種類の場合でも、変換部の周縁部を大きく設定するために、板状部材の長手方向の長さをさらに長く形成して、第二電極部が配列される領域を大きくすることもできる。

本発明にかかる基板検査装置の概略構成図を示している。 （ａ）は接続体の一実施形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）で示される点線部分の一部透視図である。 本発明にかかる変換部１２の一実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を模式的に示している。 変換部の他の一実施形態を示す図である。 接続体と変換部の接続の様子を示す。 従来型の検査装置のブロック図を示す。

符号の説明

１・・・ピッチ変換ユニット
１１・・接続体
１１１・接触端子
１２・・変換部
１２１・第一電極部
１２２・第二電極部
２・・・プローブカード（接触部）
２１・・プローブ（接触子）
３・・・判定部
Ｕ・・・半導体ウェハ

Claims (3)

1. 半導体ウェハに形成される半導体集積回路素子上に設けられる複数の検査点に夫々導通接触する複数の接触子を有する接触部と、該半導体集積回路素子の良否を判定する判定部を備える検査装置とを電気的に接続するピッチ変換ユニットであって、
   一端が前記接触部の接触子と導通接触するとともに、所定群毎に予め設定された長さを有する複数の接触端子と、前記複数の接触端子を保持する保持体を有する接続体と、
   一端が前記接触端子の他端と導通接触するとともに、他端が該一端の配列ピッチよりも広い配列ピッチで形成され且つ前記検査装置の電極と導通接触し、同一の群に所属する他端が同一平面に配置されている変換部を有することを特徴とするピッチ変換ユニット。
2. 前記所定群は、前記複数の接触子が設けられる前記接触部の表面を所定の領域に区分けして形成されている区分に対応するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のピッチ変換ユニット。
3. 前記変換部は、前記所定群の数と同数の板状部材から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のピッチ変換ユニット。

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