JP5031618B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上の半導体デバイスを高温状態又は低温状態にして行う検査に使用されるプローブカードの改良に関するものである。

この種のプローブカードとしては、基板と、この基板の第１面に設けられたプローブユニットとを備え、前記プローブユニットが、複数のプローブと、このプローブが第１面に配設された支持基板とを有しているものがある（特許文献１参照）。

特開２００４−３４０６１７号公報

前記プローブカードは、複数の前記プローブを半導体デバイスの複数の電極に各々接触させて検査を行う毎に、半導体デバイスがセットされるプローバのチャックの加熱手段により室温から検査温度( 例えば、１２５℃) に加熱され、その高温状態で当該半導体デバイスの検査を行うのに使用される。

この場合、前記プローブユニットは、前記支持基板のプローブ配設領域である中心部が前記プローブを通じて加熱され、当該中心部の温度が上昇する一方、前記支持基板のプローブ配設領域以外の領域である外周部が前記チャック周辺の温度（即ち、前記室温）の影響を受け、当該外周部の温度が前記中心部の温度に比べて低くなる。このように前記支持基板の中心部と外周部とで温度差が生じると、当該支持基板の熱膨張が不均一になるため、前記プローブの先端が位置ずれを起こし、前記半導体デバイスの電極にうまく接触しない等の不具合が生じる。

そこで、従来では、前記検査毎に、前記プローブと前記電極との位置をカメラで撮影し、その映像に基いて前記チャック上の半導体デバイスをＸ、Ｙ、Ｚ方向に動作させ、前記プローブの位置を前記電極の位置に合わせる位置補正を行うようにしているが、この位置補正は、前記支持基板の熱膨張が飽和状態( 即ち、支持基板全体の温度が略一定になる状態) に達するのを待たなければならないことから、一つの半導体デバイスの検査時間が長くなるという問題がある。特に、Ｚ方向の位置補正は、前回検査した半導体デバイスのＺ方向の補正位置を基準として検査毎に行われるため、前記基板の熱膨張量が大きいと、その処理に時間が掛かるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、プローブユニットの基板内で温度差が生じるのを抑制することができ且つ検査時間を短くすることができるプローブカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、高温又は低温状態で半導体デバイスを検査するのに使用されるプローブカードであって、ベース基板と、このベース基板の第１面に設けられており且つプローブ及びこのプローブを支持する支持基板を有するプローブユニットと、前記ベース基板の前記プローブユニットが設けられた第１面側で、前記プローブユニットの周りに間隙を持って取り囲んで固定され、その内側の熱又は冷気が逃げるのを防止する熱遮断部材とを備えている。

本発明のプローブカードによる場合、検査温度を高温又は低温状態にして半導体デバイスの検査を行うに当たり、前記熱遮断部材によりその内側の熱又は冷気が逃げるのが防止され、当該熱遮断部材内に位置するプローブユニットの支持基板の内部で温度差が生じるのが抑制される。即ち、プローブユニットの支持基板の熱膨張又は熱収縮が不均一になるのが抑制されるため、前記プローブの先端が位置ずれを起こし、前記半導体デバイスの電極にうまく接触しない等の不具合の発生を抑制することができる。しかも、前記熱遮断部材内部の熱又は冷気が逃げるのが防止されることにより、熱膨張又は熱収縮した前記支持基板の温度低下又は温度上昇が抑制されるため、複数の半導体デバイスを連続して検査するに当たり、前記支持基板の熱膨張又は熱収縮が飽和状態に達するまで時間及び位置補正に掛かる時間を短縮することができる。よって、検査効率を向上させることができる。

熱遮断部材の先端位置が前記支持基板の第１面と略同一高さに設定されていることが好ましい。この場合、前記熱遮断部材がプローブユニットの全外周を囲うことが可能になる。よって、プローブユニットの支持基板の内部に温度差が生じるのを抑制する上でメリットがある。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブカードについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブカードの模式図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が底面図、図２は同プローブカードの概略的断面図であって、使用状態を示す図である。

図１及び図２に示すプローブカードは、半導体デバイス１０を高温状態で検査するのに使用されるプローブカードであって、ベース基板１００と、このベース基板１００の下面（即ち、第１の面）に設けられたプローブユニット２００と、ベース基板１００の下面のプローブユニット２００の周りに配設された円筒状の熱遮断部材３００と、ベース基板１００の上面に設けられた補強プレート４００とを備えている。以下、各部を詳しく説明する。

ベース基板１００は、プリント基板であって、その中心部に設けられた複数の貫通孔１０１と、上面及び／又は内部に設けられた図示しない配線パターンと、上面に設けられ且つ前記配線パターンに接続された図示しない外部電極とを有している。各貫通孔１０１には、ベース基板１００の配線パターンに接続され且つプローブユニット２００の取付基板２１０のスルーホール２１２の上面に接触する接続用プローブ５００が挿入される。前記外部電極は図示しないテスター等の検査用測定機器と電気的に接続される。

補強プレート４００は、ベース基板１００よりも剛性の高い素材( 例えば、ステンレス鋼) で構成された環状の板材である。この補強プレート４００は、ベース基板１００の上面にネジ止めされ、これにより当該ベース基板１００の熱膨張及び熱膨張による変形を抑制する役割を果たす。

プローブユニット２００は、ベース基板１００の下面にスペーサにより間隙を有してネジ止めされる取付基板２１０と、取付基板２１０の凹部２１１に挿入される中間基板２２０と、この中間基板２２０の下面の外周縁部に設けられたリング２３０と、リング２３０の下面に取り付けられた支持基板２４０と、支持基板２４０に支持される複数の検査用プローブ２５０とを有している。なお、検査用プローブ２５０が特許請求の範囲のプローブに相当するものである。

取付基板２１０は円板状の基板であって、その中心部に円柱状の凹部２１１が設けられている。この取付基板２１０には、その上面から凹部２１１の底面を貫通する複数のスルーホール２１２が設けられている。このスルーホール２１２は半導体デバイス１０の複数の電極１１に各々対応した位置に配置されている。取付基板２１０の凹部２１１の外周縁部の下面には支持基板２４０、リング２３０及び中間基板２２０を支持するフランジ２６０がネジ止めされている。

中間基板２２０は凹部２１１に挿入される円板状の基板である。この中間基板２２０は、半導体デバイス１０の複数の電極１１に各々対応した位置に貫通孔２２１が設けられている。この貫通孔２２１には検査用プローブ２５０の上端部が挿入され、スルーホール２１２の下面に接触する。

リング２３０はステンレス、ニッケル合金等のできるだけ熱膨張率の少ない材質によって構成された円筒体である。このリング２３０内を検査用プローブ２５０の中間部が通って中間基板２２０の下側電極に接触している。

支持基板２４０は、半導体デバイス１０の複数の電極１１に各々対応した位置に複数のガイド孔２４１が設けられている。このガイド孔２４１には検査用プローブ２５０の下端部が通される。

検査用プローブ２５０は、タングステンや３％程度のレニウムを含有したタングステン合金等から構成された周知の針であって、中間部が略く字状に折り曲げられている。この検査用プローブ２５０の下端部がガイド孔２４１に通される。これにより検査用プローブ２５０が支持基板２４０に支持され、半導体デバイス１０の電極１１に対応した位置に配列される。

熱遮断部材３００は、熱伝導率の低い素材（例えば、ステンレス、中でもできるだけ熱伝導率の低いステンレスを使用）等で構成された円筒体である。熱遮断部材３００の内径は、プローブユニット２００の取付基板２１０の外径よりも大きくなっている。熱遮断部材３００の高さ寸法は、その先端面がプローブユニット２００の支持基板２４０の下面と略同一高さとなる寸法となっている。

熱遮断部材３００は、取付基板２１０と同様に、ベース基板１００の下面にスペーサにより間隙を有してネジ止めされることにより、プローブユニット２００の周りを間隙を持って取り囲む。この状態で、熱遮断部材３００がプローブユニット２００の検査用プローブ２５０の支持基板２４０から下方に突出した部分を除く全外周を囲う。

このような構成のプローブカードは、ベース基板１００が前記検査用測定機器のプローバに取り付けられ、当該プローバのチャックにセットされた半導体デバイス１０の高温状態における動作を連続して検査するのに使用される。以下、前記プローブカードの使用方法について説明すると共に、当該プローブカードの機能について説明する。

まず、前記検査用測定機器の電源をオンにすると、内部のコンピュータによりメモリ上のシーケンスプログラムが処理される。すると、前記検査用測定機器のプローバの搬送装置が動作し、最初の半導体デバイス１０がセットされたチャックを搬入位置から検査位置にかけて移動させる。

前記チャックが検査位置に位置すると、前記チャックのヒータが動作し、当該チャック上の半導体デバイス１０を加熱する。このとき、前記チャックのヒータから発せられた熱が熱遮断部材３００内部に蓄えられる。この熱がプローブユニット２００の取付基板２１０、中間基板２２０、リング２３０及び支持基板２４０全体に作用することにより、当該プローブユニット２００の取付基板２１０、中間基板２２０、リング２３０及び支持基板２４０が熱膨張する。

そして、前記プローバの図示しない温度計を通じて検査位置の周辺の温度が検査温度( 例えば、１２５℃) に達した( これが、高温状態) と判断すると、ベース基板１００の熱膨張が飽和状態に達するまでの所定時間の計測を開始する。その後、前記所定期間が経過したと判断すると、前記プローバの図示しないカメラを通じて前記プローブカードの複数のプローブ２５０の下端部と半導体デバイス１０の複数の電極１１との位置を撮影し、その撮影映像に基いて前記プローバの移動装置を動作させる。これにより、前記チャック上の半導体デバイス１０を前記プローブカードに対してＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に動作させ、前記プローブカードの複数の検査用プローブ２５０の下端部の位置を半導体デバイス１０の複数の電極１１の位置に合わせる位置補正を行う。

この位置補正が完了すると、前記プローバの移動装置が動作し、当該チャック上の半導体デバイス１０と前記プローブカードとを相対的に近接させる。これにより前記プローブカードの複数の検査用プローブ２５０の下端が半導体デバイス１０の複数の電極１１に接触する。その後、さらに、前記プローブカードと半導体デバイス１０とを相対的に近接させ、検査用プローブ２５０の複数の下端を半導体デバイス１０の複数の電極１１に押圧させる( 即ち、オーバードライブを行う) 。この過程で、最初の半導体デバイス１０の動作が前記検査用測定機器により検査される。

この検査過程において、プローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の中心部は検査用プローブ２５０を通じて熱せられるが、当該支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０全体は熱遮断部材３００内部の熱によって予め熱せられた状態にあるため、支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の中心部は検査用プローブ２５０を通じた加熱により大きな影響を受けない。また、熱遮断部材３００により検査位置の周辺の温度（室温）が遮断されるため、支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の外周部は前記周辺の温度（室温）の影響を殆ど受けない。このため、支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の中心部がその外周部に比べて熱膨張するのが抑制され、当該支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の熱膨張は前記飽和状態で維持される。

前記検査が終了すると、前記プローバの移動装置が動作し、前記チャック上の半導体デバイス１０とプローブカードとを相対的に離反させる。すると、前記プローバの搬送装置が動作し、前記チャックを検査位置から搬出位置に移動させる一方、次の半導体デバイス１０がセットされたチャックが搬入位置から検査位置に搬送される( 即ち、半導体デバイス１０の取り替えられる) 。

このとき、検査位置の周辺の温度が室温近くまで低下するが、熱遮断部材３００によりその内部の熱が逃げるのが防止される。このため、熱遮断部材３００内部の熱がプローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０に作用し続け、当該支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０を温め続ける。これにより、プローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の温度が検査温度に近い温度で略一定に維持され、当該支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０が上記飽和状態に近い熱膨張状態で維持される。この状態で、上述の通り次の半導体デバイス１０の検査が行われる。

このようなプローブカードによる場合、熱遮断部材３００によりその内部の熱が逃げるのを防止することができるので、プローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の中心部とその外周部とに温度差が生じるのを抑制することができる。即ち、支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の熱膨張が不均一になるのが抑制されるので、検査用プローブ２５０の下端の位置が半導体デバイス１０の電極１１の位置からずれるのが抑制される。

しかも、半導体デバイス１０の取り替えの際に、熱遮断部材３００により、プローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０が上記飽和状態に近い熱膨張状態で維持されているので、２個目以降の半導体デバイス１０の検査を行うに当たり、プローブユニット２００の支持基板２４０、リング２３０、中間基板２２０及び取付基板２１０の熱膨張が前記飽和状態に達するまでの前記所定時間を短く設定することができ、且つ上記位置補正に掛かる時間を短縮することができる。よって、前記プローブカードは半導体デバイス１０の検査時間の短縮を図ることができる。

なお、前記プローブカードは高温又は低温状態で半導体デバイスを検査するのに使用されるプローブカードであって、ベース基板と、このベース基板の第１面に設けられており且つプローブ及びこのプローブを支持する支持基板を有するプローブユニットと、前記ベース基板の前記プローブユニットが設けられた第１面側で、前記プローブユニットの周りに間隙を持って取り囲んで固定され、その内側の熱又は冷気が逃げるのを防止する熱遮断部材とを備えている限り任意に設計変更することが可能である。

プローブユニット２００については、検査用プローブと、この検査用プローブを支持する支持基板を少なくとも有するものである限り任意に設計変更することが可能である。また、前記プローブユニットの各構成部材の形状は上記と同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。従って、支持基板２４０、中間基板２２０及び取付基板２１０については、円板状以外の多角形の板状体とすることができるし、リング２３０についても筒状であれば、どのようなものを用いても構わない。

検査用プローブについては、半導体デバイス１０の電極１１に接触し得るものである限り、どのようなものを用いてもかまわない。

支持基板２４０は、ガイド孔２４１を有するとしたが、これに限定されるものではない。即ち、支持基板２４０の下面に前記検査用プローブが配設される構成とすることも可能である。また、前記プローブユニットが複数枚の支持基板２４０を構成とすることも可能である。

熱遮断部材３００については、その内部にプローブユニットの周りに配設される筒状体であって、その内部の熱が逃げるのを防止し得るものである限り任意に設計変更することが可能である。また、熱遮断部材３００は、ベース基板１００に取り付けられるとしたが、これに限定されることはなく、補強プレート４００に取り付け、ベース基板１００の下面側に配設されるようにしても良い。

ベース基板１００については、プリント基板であるとしたが、これに限定されるものではない。即ち、ベース基板はプローブユニット等が取り付けられる単なる板体であっても良い。この場合、プローブユニットと検査用測定機器とを電気的に接続すれば良い。

なお、上記実施例では、半導体デバイスの高温状態での動作を検査するのに使用されるプローブカードとして説明したが、前記チャックに冷却手段が備えられており、半導体デバイスの低温状態での動作を検査するのに使用されるプローブカードとすることも可能である。この場合、前記熱遮断部材内部から冷気が逃げるのが防止されるため、当該冷気によりプローブユニットを冷やすことができるので、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るプローブカードの模式図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が底面図である。 同プローブカードの概略的断面図であって、使用状態を示す図である。

符号の説明

１０ プローブ
１１ 電極
１００ ベース基板基板
２００ プローブユニット
２４０ 支持基板
２５０ 検査用プローブ（プローブ）
３００ 熱遮断部材

Claims (2)

1. 高温又は低温状態で半導体デバイスを検査するのに使用されるプローブカードにおいて、
   ベース基板と、
   このベース基板の第１面に設けられており且つプローブ及びこのプローブを支持する支持基板を有するプローブユニットと、
   前記ベース基板の前記プローブユニットが設けられた第１面側で、前記プローブユニットの周りに間隙を持って取り囲んで固定され、その内側の熱又は冷気が逃げるのを防止する熱遮断部材とを備えていることを特徴とするプローブカード。
2. 請求項１記載のプローブカードにおいて、
   熱遮断部材の先端位置が前記支持基板の第１面と略同一高さに設定されていることを特徴とするプローブカード。

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