JP5188161B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、被検査体の電気的特性を検査するためのプローブカードに関する。

例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に形成されたＩＣ、ＬＳＩなどの電子回路の電気的特性の検査は、プローブ装置に装着されたプローブカードを用いて行われている。

例えば図１０に示すように、プローブカード１００は、多数の針状のプローブ１０１を支持する、コンタクタやガイド板と呼ばれる支持板１０２と、当該支持板１０２と電気的に接続されているプリント配線基板１０３を有している。支持板１０２は、プローブ１０１の先端接触部が突出している下面がウェハＷに対向するように配置され、プリント配線基板１０３は支持板１０２の上面側に配置されている。

プリント配線基板１０３の上面側には、支持板１０２の平面度を矯正する矯正部材１０４が設けられている。矯正部材１０４の外周部の下面には、支持板１０２、プリント配線基板１０３及び矯正部材１０４を連結し一体化するための固定具１０５が固定されている。固定具１０５の下端面には、支持板１０２の外周部下面を保持して、当該支持板１０２をプリント配線基板１０３に押圧する板ばね１０６が固定されている。

そして、ウェハＷ上のデバイスの電気的特性の検査は、複数のプローブ１０１の先端接触部をデバイスの電子回路の電極に接触させ、プリント配線基板１０３を通じて各プローブ１０１から当該電極に対して検査用の電気信号を印加することにより行われている（特許文献１）。

特開２００６−１０６２９号公報

このような電気的特性の検査は、例えば−２０℃〜１５０℃の広範囲の温度領域で行われるため、検査時に例えば熱的影響により支持板１０２が水平方向に膨張する場合がある。しかしながら、支持板１０２の外周部が板ばね１０６によって固定されているために、支持板１０２は水平方向に膨張できず、図１１に示すように、支持板１０２の中央部が鉛直方向に大きく歪む場合があった。例えば支持板１０２の中央部が鉛直上方に歪む場合には、図１１（ａ）に示すように、プローブ１０１の高さが所定の高さより高くなり、検査時の各プローブ１０１とウェハＷの接触性を低下させてしまう。また、支持板１０２の中央部が鉛直下方に歪む場合には、図１１（ｂ）に示すように、プローブ１０１の高さが所定の高さより低くなり、プローブ１０１やウェハＷに損傷を与えてしまう。このように検査時の各プローブ１０１とウェハＷの各電極との接触が不安定になるため、ウェハＷの電気的特性の検査が適正に行われないことがあった。なお、図１１においては、上記現象を分かりやすく説明するために、誇張して描図している。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ウェハなどの被検査体とプローブとの接触を安定させ、電気的特性の検査を適正に行うことをその目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、被検査体の電気的特性を検査するためのプローブカードであって、回路基板と、前記回路基板の下面側に配置され、被検査体に接触する接触子を支持する支持板と、前記支持板の外周部下面を保持する保持部材と、前記支持板の外周部下面と前記保持部材との間に配置され、上方に突出し前記支持板の外周部下面と当接する当接部材と、を有し、前記当接部材は、円柱形状のローラであって、前記支持板の径方向と直角方向に延伸していることを特徴としている。

本発明によれば、支持板の外周部下面と保持部材との間に当接部材を配置しているので、支持板自体の水平方向への膨張は許容している。したがって、被検査体の電気的特性を検査する際に、支持板の温度が上昇して膨張する場合でも、当該膨張分を水平方向に膨張させることができ、それによって結果的に支持板の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

前記当接部材は複数設けられ、前記当接部材は、平面視において前記支持板の中心を円の中心とする同一円周上に等間隔で配置されていてもよい。

前記保持部材は、前記当接部材と前記支持板を前記回路基板側に押圧していてもよい。

前記保持部材は、板ばねであってもよい。

前記保持部材の先端には、前記当接部材の離脱防止用のストッパが設けられていてもよい。

前記支持板の上面には、ガイドピンを挿入して前記支持板の水平方向の伸縮を案内するための複数のガイド部が形成され、前記ガイド部は、平面視においてその長手方向の長さが前記ガイドピンの径よりも長く形成され、前記ガイド部の長手方向の中心線は、前記支持板の中心を通っていてもよい。

前記複数のガイド部は、４箇所に形成されており、前記支持板の中心を円の中心とする同一円周上に、中心角が９０度おきに形成されていてもよい。

前記ガイドピンは、前記回路基板によって水平方向に動かないように固定されていてもよい。

本発明によれば、支持板の水平方向の膨張を円滑に逃がすことができるので、支持板の鉛直方向の歪みを抑制することができ、プローブと被検査体との接触が安定して行われ、高精度で信頼性の高い検査を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるプローブカードを搭載したプローブ装置１の内部の構成の概略を示す縦断面図である。

プローブ装置１は、例えばプローブカード２と、被検査体としてのウェハＷを載置する載置台３と、プローブカード２を保持するホルダ４を備えている。

プローブカード２は、例えば全体が略円盤状に形成されている。プローブカード２は、複数の接触子としてのプローブ１０を支持する支持板１１と、接触ピン１２によって支持板１１と電気的に接続される回路基板としてのプリント配線基板１３と、支持板１１の平面度を矯正する矯正部材１４を備えている。

支持板１１は、例えば略方盤状に形成され、載置台３と対向するようにプローブカード２の下面側に配置されている。支持板１１の下面には、ウェハＷの複数の電極（図示せず）に対応して配置された複数のプローブ１０が接合されて支持されている。支持板１１の上面には、接触ピン１２が接合される接続端子１１ａが設けられている。この接続端子１１ａは、支持板１１の内部に形成され、各プローブ１０と上面側の接触ピン１２とを通電するための接続配線１１ｂに接続されている。なお、支持板１１には、絶縁性であり、ウェハＷとほぼ同じ熱膨張率を有する材料が用いられ、例えばセラミックやガラスが用いられる。

プリント配線基板１３は、例えば略円盤状に形成され、支持板１１の上側に支持板１１と平行になるように配置されている。プリント配線基板１３の下面には、接触ピン１２が当接する接続端子１３ａが設けられている。この接続端子１３ａは、プリント配線基板１３の内部に形成され、テストヘッド（図示せず）と支持板１１との間で電気信号を伝達するための電子回路に接続されている。

プリント配線基板１３と支持板１１との間には、一定幅の隙間が設けられ、その隙間には、支持板１１とプリント配線基板１３とを電気的に接続する複数の接触ピン１２が設けられている。接触ピン１２は、支持板１１の面内にほぼ均等に配置されている。接触ピン１２は、弾性及び可撓性があり、かつ、導電性のある例えばニッケルによって形成されている。接触ピン１２は、支持板１１の接続端子１１ａとの接合部よりも上部側がプリント配線基板１３側に向けて屈曲し、上端部がプリント配線基板１３の接続端子１３ａに押圧されて当接している。接触ピン１２の上端部は、プリント配線基板１３に対し接触を維持しながら、上下左右に自由に移動できる。

支持板１１の上面には、図２に示すように、支持板１１の水平方向の伸縮を案内するためのガイド部としてのガイド溝２０が複数個所、例えば４箇所に形成されている。ガイド溝２０は、支持板１１の中心Ｐを円の中心とする同一円周上に、中心角が９０度おきに形成されている。ガイド溝２０は、平面視においてその長手方向の長さがガイドピン２０の径よりも長く形成され、短手方向の長さがガイドピン２１の径に適合するように形成されている。ガイド溝２０の長手方向の中心線Ｌは、支持板１１の中心Ｐを通っている。ガイド溝２０には、図３に示すように、プリント配線基板１３を厚み方向に貫通するガイドピン２１が挿入されている。ガイドピン２１は、プリント配線基板１３を厚み方向に貫通することで、水平方向に動かないように固定されている。

矯正部材１４は、例えば略円盤形状を有し、図１に示すように、プリント配線基板１３の上面側にプリント配線基板１３と平行に配置されている。

矯正部材１４の外周部の下面には、支持板１１、プリント配線基板１３及び矯正部材１４を連結し一体化するための連結体３０が固定されている。連結体３０は、例えば矯正部材１４の上面側から矯正部材１４を厚み方向に貫通するボルト３１によって固定されている。

連結体３０は、上下方向に長い略四角柱形状に形成されている。連結体３０は、図２に示すように、支持板１１の外周部の複数個所、例えば４箇所に設けられている。各連結体３０は、平面視において支持板１１の中心Ｐを円の中心とする同一円周上に等間隔に配置されている。

連結体３０は、図１に示すように、例えばプリント配線基板１３を厚み方向に貫通し、下端部が支持板１１の外周部の外方の位置まで到達している。連結体３０の下端面には、ボルト３２によって、保持部材としての板ばね３３が固定されている。この板ばね３３により、支持板１１の外周部を下から保持しながら、支持板１１をプリント配線基板１３側に押し付けて、支持板１１とプリント配線基板１３との電気的な接触を維持できる。なお、板ばね３３には、例えばステンレスが用いられる。

板ばね３３と支持板１１の外周部下面との間には、図１及び図３に示すように、当接部材としてのローラ４０が設けられている。ローラ４０は、図２に示すように、支持板１１の径方向と直角方向に延伸している。ローラ４０の長手方向の中心は、平面視において支持板１１の中心Ｐを円の中心とする同一円周上に等間隔で配置されている。このローラ４０により、支持板１１は、支持板１１自体の水平方向への膨張が許容されて板ばね３３に保持される。また、ウェハＷの検査時に支持板１１の温度が昇温した場合に、ローラ４０が回転することにより、支持板１１は円滑に水平方向に膨張する。なお、ローラ４０には、例えばステンレスが用いられる。

矯正部材１４には、例えば上面側から厚み方向に貫通し、プリント配線基板１３の上面に接触する平行調整ネジ５０が設けられている。この平行調整ネジ５０は、矯正部材１４の面内の複数個所に設けられている。各平行調整ネジ５０を回転させ、各平行調整ネジ５０がプリント配線基板１３の上面を押す距離を調整することにより、支持板１１の水平度を調整できる。

載置台３は、例えば駆動装置６０により左右方向及び上下方向に移動自在に構成されており、載置したウェハＷを三次元移動させ、ウェハＷの所望の部分をプローブ１０に接触させることができる。

ホルダ４は、例えばプローブカード２の上面を覆い、プリント配線基板１３を補強する補強部材７０と、補強部材７０の外周部を支持してプローブ装置１の本体（図示せず）に装着されるカードホルダ７１を備えている。

補強部材７０は、例えば略円盤形状に形成されている。例えば補強部材７０の下面側に凹部が形成され、その凹部にプローブカード２の上部側が収容されている。補強部材７０は、複数のボルト７２によって矯正部材１４に接続されている。

補強部材７０は、補強部材７０の外周部の上面から補強部材７０を厚み方向に貫通するボルト７３によって、カードホルダ７１に固定されている。カードホルダ７１は、プローブ装置１の本体に固定されている。

以上にように構成されたプローブ装置１を用いて、ウェハＷの電気的特性が検査される際には、先ずウェハＷが載置台３上に載置される。次に、例えば載置台３が移動し、ウェハＷが支持板１１に近づけられ、ウェハＷの所定の各電極が各プローブ１０に接触される。そして、プリント配線基板１３、支持板１１、プローブ１０を通じて、ウェハＷに検査用の電気信号が伝達され、ウェハＷの電子回路の電気的特性が検査される。

以上の実施の形態によれば、支持板１１の外周部下面と板ばね３３との間にローラ４０を配置しているので、支持板１１自体の水平方向への膨張を許容している。そうすると、ウェハＷの電気的特性を検査する際に、支持板１１の温度が昇温した場合でも、支持板１１を水平方向に膨張させることができる。また、このとき、ローラ４０が回転するので、支持板１１を円滑に水平方向に膨張させることができる。したがって、支持板１１の膨張分を水平方向に逃がすことができ、支持板１１の鉛直方向の歪みを抑制することができる。この結果、支持板１１に支持された複数のプローブ１０の高さを所定の高さに一定に維持することができ、検査時のプローブ１０とウェハＷの電極との接触を安定させることができるので、ウェハＷの電気的特性の検査を適正に行うことができる。

また、ガイド溝２０はその長手方向の長さがガイドピン２１の径よりも長く形成され、ガイド溝２０にはプリント配線基板１３によって水平方向に動かないように固定されたガイドピン２１が挿入されているので、支持板１１の温度が昇温した場合、支持板１１がガイド溝２０に案内されて膨張する。さらに、ガイド溝２０は、支持板１１の中心Ｐを円の中心とする同一円周上に、中心角が９０度おきに形成され、ガイド溝２０の長手方向の中心線Ｌが支持板１１の中心Ｐを通っているので、支持板１１をその中心位置を維持しつつ水平方向に膨張させることができる。これによって、支持板１１がウェハＷと実質的にほぼ同じ熱膨張率を有し、支持板１１がウェハＷとほぼ同様に水平方向に膨張するので、支持板１１に支持されたプローブ１０に対するウェハＷの電極の水平方向の位置が変わらず、プローブ１０をウェハＷの電極に適切に接触させることができる。

以上の実施の形態の板ばね３３の先端には、図４に示すように、ローラ４０の離脱防止用のストッパ３３ａが設けられていてもよい。ストッパ３３ａは、板ばね３３の本体から上方に向けて屈曲して形成されている。これによって、例えばプローブカード２の振動等の外乱によってローラ４０が板ばね３３から横ずれしても、ローラ４４が落下するのを防止することができる。

以上の実施の形態では、支持板１１の外周部下面と板ばね３３との間にローラ４０を設けていたが、図５に示すように、板ばね３３とローラ４０に代えて、先端が凸型になった板ばね８０を設けてもよい。板ばね８０の先端８０ａは、側面視において略半円形状に突出し、支持板１１の外周部下面と接している。これによって、支持板１１自体の水平方向への膨張が許容され、支持板１１の温度が昇温した場合でも、支持板１１を水平方向に膨張させることができ、支持板１１の鉛直方向の歪みを抑制することができる。

以上の実施の形態では、補強部材７０の外周部はボルト７３によってカードホルダ７１に固定されていたが、図６に示すように、補強部材７０の外周部を厚み方向に貫通する長穴のガイド孔９０を複数形成し、補強部材７０の外周部を水平方向に伸縮させるようにしてもよい。

ガイド孔９０は、図７に示すように、補強部材７０の略円盤形状の本体７０ａに接続され、本体７０ａの外周から外方に径方向に延伸する略直方体形状の８本の接続部材７０ｂにそれぞれ形成されている。また、ガイド孔９０は、平面視においてその長手方向が接続部材７０ｂに沿うように形成され、すなわちその長手方向の中心線Ｌ’が補強部材７０の中心Ｐ’を通り、複数の中心線Ｌ’が中心Ｐ’で交差するように形成されている。さらに、ガイド孔９０は、補強部材７０の中心Ｐ’を円の中心とする同一円周上に、中心角が４５度おきに形成されている。なお、接続部材７０ｂの本数は、プローブカード２のプリント配線基板１３に接続されるテストヘッド（図示せず）の形状で決まり、例えば４本の接続部材７０ｂが設けられる場合もある。かかる場合、ガイド孔９０は、補強部材７０の中心Ｐ’を円の中心とする同一円周上に、中心角が４５度おきに形成される。

ガイド孔９０内には、図８に示すように、その下部がガイド孔９０の内周に沿って突出し、段部９１が形成されている。このガイド孔９０内には、カードホルダ７１に固定されたボルト９２が設けられている。ボルト９２の外周にはカラー９３が設けられ、カラー９３は、ボルト９２によってカードホルダ７１に対して固定されている。カラー９３は、上部に設けられたフランジ部９３ａと、その下部に設けられた支持部９３ｂから構成されている。

カラー９３のフランジ部９３ａは、段部９１よりわずかに上方に設けられ、例えばフランジ部９３ａの下面とカードホルダ７１の上面との距離ｈ_１が、段部９１とカードホルダ７１の上面との距離ｈ_２より数μｍ長くなっている。したがって、ボルト９２を締め付けても、補強部材７０の外周部は鉛直方向にその分は固定されない。また、ガイド孔９０の段部９１より上部９０ａの平面視における長手方向の長さＸは、フランジ部９３ａの径Ｓよりも長くなっており、かつ、ガイド孔９０の段部９１より下部９０ｂの平面視における長手方向の長さＹは、支持部９３ｂの径Ｔ_１よりも長くなっている。したがって、補強部材７０自体の水平方向への膨張を許容する。さらに、フランジ部９３ａの径Ｓは、ガイド孔９０の下部９０ｂの平面視における長手方向の長さＹよりも長くなっており、補強部材７０の浮き上がりが抑えられる。また、カラー９３の支持部９３ｂの径Ｔ_１は、図９に示すように、ガイド孔９０の下部９０ｂの平面視における短手方向の長さＴ_２よりわずかに（数μｍ）小さくなっている。

ここで、例えばウェハＷの電気的特性の検査をする際、補強部材７０の温度が昇温した場合に、補強部材７０の外周部が水平方向に固定されていると、補強部材７０の中央部が鉛直方向上方に歪む場合がある。かかる場合、補強部材７０の鉛直方向の歪みによって、支持板１１に支持された複数のプローブ１０の高さがばらつき、プローブ１０とウェハＷの電極との接触が不安定になる。しかしながら、以上の実施の形態によれば、補強部材７０の複数の接続部材７０ｂに、ガイド孔９０が接続部材７０ｂの厚み方向に貫通してそれぞれ形成され、ガイド孔９０の上部９０ａの長手方向の長さＸは、カラー９３のフランジ部９３ａの径Ｓより長く、かつ、下部９０ｂの長手方向の長さＹが支持部９３ｂの径Ｔ_１よりも長いので、補強部材７０自体の水平方向への膨張を許容する。また、カラー９３のフランジ部９３ａは、段部５１よりわずかに（数μｍ）上方に設けられているので、ボルト９２を締め付けても、補強部材７０の外周部は鉛直方向にその分は固定されない。したがって、ウェハＷの電気的特性を検査する際に、補強部材７０の温度が昇温した場合でも、補強部材７０を水平方向に膨張させることができ、補強部材７０の鉛直方向の歪みを抑制することができる。これによって、補強部材７０の下方に設けられた支持板１１の鉛直方向の歪みも抑制することができ、支持板１１に支持された複数のプローブ１０の高さを所定の高さに一定に維持することができる。したがって、検査時のプローブ１０とウェハＷの電極との接触を安定させることができる。

また、カラー９３のフランジ部９３ａの径Ｓは、ガイド孔９０の下部９０ｂの長手方向の長さＹよりも長くなっているので、補強部材７０の温度が昇温して膨張する際、当該補強部材７０の浮き上がりを抑えることができる。

さらに、ガイド孔９０は、その長手方向が接続部材７０ｂに沿うように形成されて、その長手方向の中心線Ｌ’が補強部材７０の中心Ｐ’で交差し、かつ、カラー９３の支持部９３ｂの径Ｔ_１は、ガイド孔９０の下部９０ｂの短手方向の長さＴ_２よりわずかに（数μｍ）小さくなっているので、補強部材７０の温度が昇温して膨張する際、補強部材７０をその中心Ｐ’から外方に向けて円滑にかつ、中心位置がずれないように膨張させることができる。すなわち、補強部材７０が回転方向にずれることなく膨張させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の被検査体の電気的特性を検査するためのプローブカードに有用である。

本実施の形態にかかるプローブカードを搭載したプローブ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 プローブカードを下方から見た平面図である。 プローブカードの支持板の外周部周辺の構成の概略を示す縦断面図である。 プローブカードの支持板の外周部周辺の構成の概略を示す縦断面図である。 プローブカードの支持板の外周部周辺の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるプローブカードを有するプローブ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 プローブカードを上方から見た平面図である。 プローブカードの天板の外周部周辺の構成の概略を示す縦断面図である。 カラーの支持部とガイド孔の構成の概略を示す平面図である。 従来のプローブカードの構成の概略を示す縦断面図である。 従来のプローブカードの支持板が歪んだ様子を示す縦断面図であり、（ａ）は支持板の中央部が鉛直上方に歪んだ様子を示し、（ｂ）は支持板の中央部が鉛直下方に歪んだ様子を示している。

符号の説明

１ プローブ装置
２ プローブカード
１０ プローブ
１１ 支持板
１３ プリント配線基板
２０ ガイド溝
２１ ガイドピン
３３ 板ばね
３３ａ ストッパ
４０ ローラ
Ｌ 中心線
Ｐ 中心
Ｗ ウェハ

Claims (8)

1. 被検査体の電気的特性を検査するためのプローブカードであって、
   回路基板と、
   前記回路基板の下面側に配置され、被検査体に接触する接触子を支持する支持板と、
   前記支持板の外周部下面を保持する保持部材と、
   前記支持板の外周部下面と前記保持部材との間に配置され、上方に突出し前記支持板の外周部下面と当接する当接部材と、を有し、
   前記当接部材は、円柱形状のローラであって、前記支持板の径方向と直角方向に延伸していることを特徴とする、プローブカード。
2. 前記当接部材は複数設けられ、
   前記当接部材は、平面視において前記支持板の中心を円の中心とする同一円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記保持部材は、前記当接部材と前記支持板を前記回路基板側に押圧していることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載のプローブカード。
4. 前記保持部材は、板ばねであることを特徴とする、請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記保持部材の先端には、前記当接部材の離脱防止用のストッパが設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプローブカード。
6. 前記支持板の上面には、ガイドピンを挿入して前記支持板の水平方向の伸縮を案内するための複数のガイド部が形成され、
   前記ガイド部は、平面視においてその長手方向の長さが前記ガイドピンの径よりも長く形成され、
   前記ガイド部の長手方向の中心線は、前記支持板の中心を通ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプローブカード。
7. 前記複数のガイド部は、４箇所に形成されており、
   前記支持板の中心を円の中心とする同一円周上に、中心角が９０度おきに形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のプローブカード。
8. 前記ガイドピンは、前記回路基板によって水平方向に動かないように固定されていることを特徴とする、請求項６又は７に記載のプローブカード。

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