JP5406180B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、検査対象である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ウェハレベルで導電性を有するプローブ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。ウェハレベルでテストを行う際には、検査装置が生成して出力する検査用の信号を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。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、一つのウェハをテストするにはかなりの時間を要する。このため、従来より、プローブカードを用いた検査を効率よく行うための様々な方法が開示されている（例えば、特許文献１および２を参照）。

特開平７−２４９６６０号公報 特開２００３−２９７８８７号公報

しかしながら、上述した従来のプローブカードの場合、プローブの配列が円形をなすウェハの形状に対応していないため、ウェハを移動させながらダイ上の電極にプローブをコンタクトさせる際にウェハのエッジにプローブが当たってしまうことがあった。このようなエッジコンタクトが生じると、ウェハのエッジに当たったプローブの先端が破損してしまうこともあり、プローブを交換するためのダウンタイムが発生するとともに、修理のためにコストがかかってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検査時のエッジコンタクトを防止することができ、プローブの破損に伴って生じるダウンタイムを低減するとともに、修理にかかるコストを削減す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、互いに同じ形状をなす複数のダイが規則的に並んだウェハと該ウェハに出力する信号を生成する回路構造とを電気的に接続する導電性のプローブを保持するプローブカードであって、前記ダイの電極の配置パターンに対応する一群の前記プローブを収容するプローブ収容領域が複数設けられたプローブヘッドを備え、前記プローブヘッドは、最も外周側に位置する前記ダイの配置パターンのうち略半周分の配置パターンに対応して並んでいる前記プローブ収容領域を含む第１部分領域と、最も外周側に位置する前記ダイの配置パターンのうち前記第１部分領域と対応しない残りの略半周分の配置パターンに対応して並んでいる前記プローブ収容領域を含む第２部分領域と、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に配置された前記プローブ収容領域を含む第３部分領域と、を有し、前記複数のプローブ収容領域は、前記プローブヘッドの表面と直交する一つの平面に対して略対称に配置され、前記第１部分領域と前記第２部分領域との領域間距離のうち前記平面と直交する方向に沿った領域間距離の最大値は、前記ウェハが有する二つの前記ダイ同士のダイ間距離の最大値よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記平面と直交する方向に沿って隣り合う二つの前記プローブ収容領域は、前記ダイ間距離と前記領域間距離との差以下の間隔で離間していることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記複数のダイは長方形の表面をそれぞれ有し、互いの長辺同士が平行な状態でマトリックス状に集積しており、前記平面は前記ダイの長辺方向と平行であることを特徴とする。

本発明に係るプローブカードによれば、プローブヘッドとして、最も外周側に位置するダイの配置パターンのうち略半周分の配置パターンに対応してプローブ収容領域が並んでいる第１部分領域と、最も外周側に位置するダイの配置パターンのうち第１部分領域と対応しない残りの略半周分の配置パターンに対応してプローブ収容領域が並んでいる第２部分領域とを有し、第１および第２部分領域は、プローブヘッドの表面と直交する一つの平面に対して略対称な位置に配置され、第１部分領域と第２部分領域との領域間距離のうち平面と直交する方向に沿った領域間距離の最大値は、ウェハが有する二つのダイ同士のダイ間距離の最大値よりも小さいこととしたので、検査時のエッジコンタクトを防止することができ、プローブの破損に伴って生じるダウンタイムを低減するとともに、修理にかかるコストを削減することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブカードの構成を示す分解斜視図である。 図２は、プローブヘッドが収容するプローブの構成を示す部分断面図である。 図３は、プローブヘッドにおけるプローブの配置パターンの概要を示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態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。 図５は、ウェハ検査時のプローブのコンタクト位置（第１回目）を示す図である。 図６は、ウェハ検査時のプローブのコンタクト位置（第２回目）を示す図である。 図７は、ウェハ検査時のプローブのコンタクト位置（第７回目）を示す図である。

１ プローブカード
２ プローブ
３ プローバ
４ コネクタ座
５ ウェハチャック
６ 駆動部
１１ 配線基板
１２ 補強部材
１３ インターポーザ
１４ スペーストランスフォーマ
１５ プローブヘッド
１５ｐ プローブ収容領域
１６ 保持部材
１７ リーフスプリング
１８、４０ コネクタ
２１ 第１プランジャ
２１ａ、２２ａ 先端部
２１ｂ、２２ｃ ボス部
２１ｃ 軸部
２２ 第２プランジャ
２２ｂ フランジ部
２３ コイルバネ
２３ａ 粗巻き部
２３ｂ 密着巻き部
３１ プローブカードホルダ
３２ 押さえ治具
１００ ウェハ
１００ｅ エッジ
１０１、１４１ 電極パッド
１０２ ダイ
１０２ｃ 被コンタクトダイ
１５０ 貫通孔
１５０ａ 大径部
１５０ｂ 小径部
１５１ 第１部分領域
１５２ 第２部分領域
１５３ 第３部分領域
ｗ 配線

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って、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場合もあ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る場合があることは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブカードの構成を示す分解斜視図である。同図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複数の導電性のプローブを所定のパターンにしたがって保持する装置である。

プローブカード１は、薄い円盤状をなす絶縁性部材に検査装置との電気的な接続を図る配線層が設けられた配線基板１１と、剛性の高い材料を用いて形成され、配線基板１１の一方の面に装着されて配線基板１１を補強する補強部材１２と、配線基板１１からの配線を中継する薄板状のインターポーザ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更する配線層が設けられた薄板状のスペーストランスフォーマ１４と、配線基板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、絶縁性材料からなり、複数の導電性のプローブを保持するプローブヘッド１５と、配線基板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の端部を固定する円環状のリーフスプリング１７と、配線基板１１の中心に対して放射状に配設され、配線基板１１を外部の検査装置に接続する複数のコネクタ１８と、を備える。

配線基板１１と補強部材１２との間、配線基板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、図示しないネジ部材によってそれぞれ締結されている。

図２は、プローブヘッド１５の構成と、プローブヘッド１５が収容するプローブ２の構成を示す部分断面図である。なお、図２では、図１と上下を逆転させている。プローブ２は、スペーストランスフォーマ１４の電極パッド１４１と接触する第１プランジャ２１と、第１プランジャ２１と相反する向きに突出し、ウェハ１００の電極パッド１０１と接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２とを軸線方向に伸縮自在に連結するコイルバネ２３とを備える。

第１プランジャ２１は、先端方向に突出した先鋭端を有する先端部２１ａと、先端部２１ａの基端側に設けられ、先端部２１ａの径よりも小さい径を有するボス部２１ｂと、ボス部２１ｂの端面のうち先端部２１ａに接する端面と反対側の端面から円柱状に延在し、ボス部２１ｂの径よりも小さい径を有する軸部２１ｃとを有する。

第２プランジャ２２は、先端方向に突出した先鋭端を有する先端部２２ａと、先端部２２ａの基端側に設けられ、先端部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の端面のうち先端部２２ａに接する端面と反対側の端面面から円柱状に突出し、フランジ部２２ｂの径よりも小さい径を有するボス部２２ｃとを有する。

コイルバネ２３は、第１プランジャ２１側が粗巻き部２３ａである一方、第２プランジャ２２側が密着巻き部２３ｂである。粗巻き部２３ａの端部は第１プランジャ２１のボス部２１ｂに圧入され、密着巻き部２３ｂの端部は第２プランジャ２２のボス部２２ｃに圧入されている。

以上の構成を有するプローブ２は、プローブヘッド１５の板厚方向に貫通された貫通孔１５０に収容されている。貫通孔１５０は、第１プランジャ２１の最大径よりも大きい径を有し、第１プランジャ２１を収容する大径部１５０ａと、大径部１５０ａと同じ軸線を有して大径部１５０ａに連通し、大径部１５０ａよりも小さい径を有する小径部１５０ｂとを有する。小径部１５０ｂの径は第２プランジャ２２の先端部２２ａの最大径よりも大きく、かつフランジ部２２ｂの径よりも小さい。このため、小径部１５０ｂは、大径部１５０ａの開口部から挿入された第２プランジャ２２を抜け止めしている。

図３は、プローブ２のプローブヘッド１５における配置パターンを示す図であり、図１の矢視Ａ方向から見たときの配置パターンを示す図である。図３では、ウェハ１００の底面側から見たダイ１０２の配列パターンを破線で示している。複数のダイ１０２は互いに合同な長方形の表面を有しており、ウェハ１００上で互いの長辺同士が平行な状態でマトリックス状に集積している。

図３に示すように、プローブヘッド１５には、ウェハ１００上のダイ１０２に設けられた電極パッド１０１の配置パターンに対応して配置された一群のプローブ２からなるプローブ収容領域１５ｐが複数設けられている。プローブ収容領域１５ｐは、プローブヘッド１５の表面においてダイ１０２の表面形状に対応した形状（図３では長方形）を有している。

以下、複数のプローブ収容領域１５ｐの配列についてより詳細に説明する。プローブヘッド１５は、ウェハ１００上で最も外周側に位置するダイ１０２の配置パターンのうち略半周分の配置パターンに対応して並んでいるプローブ収容領域１５ｐを含む第１部分領域１５１と、最も外周側に位置するダイ１０２の配置パターンのうち第１部分領域１５１と対応しない残りの略半周分の配置パターンに対応して並んでいるプローブ収容領域１５ｐを含む第２部分領域１５２と、第１部分領域１５１と第２部分領域１５２との間に配置されたプローブ収容領域１５ｐを含む第３部分領域１５３と、を有する。

複数のプローブ収容領域１５ｐは、プローブヘッド１５の表面と直交する平面Ｐ（図３では紙面と直交）に対して略対称に配置されている。

また、第１部分領域１５１と第２部分領域１５２との領域間距離のうち平面Ｐと直交する方向に沿った領域間距離の最大値Ｒは、任意の二つのダイ１０２のダイ間距離の最大値Ｄよりも小さい（Ｒ＜Ｄ）。図３に示す場合には、ダイ１０２の短辺の長さをｄとおくと、Ｄ−Ｒ＝６ｄが成り立っている。

また、平面Ｐと直交する方向（図３の左右方向）に沿って隣り合う二つのプローブ収容領域１５ｐは、ダイ間距離の最大値Ｄと領域間距離の最大値Ｒとの差Ｄ−Ｒ以下の間隔で離間している。

以上の性質を満たすように配置される複数のプローブ収容領域１５ｐは、プローブヘッド１５の表面上で玉ねぎの皮のような配置パターンを有している。また、プローブヘッド１５の表面上で最も外周側に位置する複数のプローブ収容領域１５ｐを通過する閉曲面の面積は、ウェハ１００が有するダイ１０２の総面積よりも小さい。

図４は、プローブカード１の内部構成とプローブカード１を用いたウェハ１００の検査の概要を模式的に示す図である。プローブカード１の内部の配線ｗの一端はコネクタ１８に接続される一方、配線ｗの他端はプローブ２に接続されている。

プローブカード１は、検査用治具であるプローバ３に装着される。プローバ３は、配線基板１１の底面を載置して保持するプローブカードホルダ３１と、プローブカードホルダ３１の上方に位置し、プローブカード１を下方へ押え付けて固定する押さえ治具３２とを有する。

プローバ３に装着されたプローブカード１のコネクタ１８は、検査装置（図示せず）のコネクタ座４が有するコネクタ４０に接続される。これにより、プローブ２と検査装置との電気的な接続が確立される。コネクタ１８、４０として、例えばゼロインサーションフォース（ＺＩＦ）型のコネクタを適用することができる。

プローブ２とウェハ１００とのコンタクトは、ウェハ１００を載置するウェハチャック５を駆動部６によって上下左右に動かして位置合わせをすることによって実現する。この際、ウェハ１００の電極パッド１０１とプローブ２の第２プランジャ２２の先端部２２ａが適確にコンタクトするためには、プローブ２がストローク（ストローク量Δｈ）した後のプローブ２の先端高さｈが、プローブカードホルダ３１の厚さｄよりも大きくなければならない（ｈ＞ｄ）。

図５は、ウェハ１００の第１回目の検査を行う際にプローブ２がコンタクトする位置を示す図であり、ウェハ１００の上面から見た図である。図５では、プローブ収容領域１５ｐがタッチダウンしてプローブ２がコンタクトするダイ１０２を被コンタクトダイ１０２ｃとして網掛けで表示している。図５に示す第１回目の検査では、ウェハ１００の最外周のダイ１０２に第１部分領域１５１に含まれるプローブ収容領域１５ｐがタッチダウンするようにウェハチャック５の位置が調整され、全てのプローブ収容領域１５ｐがウェハ１００のいずれかのダイ１０２にタッチダウンしている。この状態で検査装置が検査用の信号を出力して検査を行った後、駆動部６はウェハチャック５を下降させてウェハ１００とプローブ２とを離間させる。これにより、第１回目の検査が終了する。

第１回目の検査が終了した後、駆動部６はウェハチャック５をダイの短手方向（図５の左右方向に対応）に沿ってダイ１個分だけシフトさせた後、ウェハチャック５を上昇させ、プローブ２をコンタクトさせ、第２回目の検査を行う。この第２回目の検査の場合も、全てのプローブ収容領域１５ｐがウェハ１００のいずれかのダイ１０２にタッチダウンしている。図６は、第２回目のウェハ１００の検査を行う際にプローブ２がコンタクトする位置を示す図であり、図５と同様に、被コンタクトダイ１０２ｃの位置を網掛けで表示している。この後の処理は、第１回目の検査と同様である。

プローブ収容領域１５ｐがタッチダウンする領域をシフトさせながら検査を繰り返し行うと、第７回目の検査の時に第２部分領域１５２がウェハ１００の最外周のダイ１０２とコンタクトする。図７は、第７回目の検査の際にプローブ２がコンタクトする位置を示す図であり、図５と同様に、被コンタクトダイ１０２ｃの位置を網掛けで表示している。図７で最も上方に位置するプローブ収容領域１５ｐがタッチダウンする位置（×で記載）にはダイ１０２が存在していないが、ウェハ１００のエッジ１００ｅも含まれていない。したがって、第７回目の検査でもエッジコンタクトが生じることはない。

このようにして検査を７回繰り返し行うことにより、全てのダイ１０２にプローブ収容領域１５ｐをタッチダウンさせることができる。この検査の過程において、プローブ収容領域１５ｐがダイ１０２にタッチダウンしないのは、第７回目の検査の際に説明した一つのプローブ収容領域１５ｐのみである。したがって、検査中にプローブ収容領域１５ｐがウェハ１００のエッジ１００ｅの上方に位置することはないので、検査中にエッジコンタクトが発生することがない。この結果、プローブ２がエッジコンタクトによって破損した場合のダウンタイムを低減することができるとともに、その場合の修理にかかるコストを削減することができる。

また、ウェハチャック５の移動方向が長方形をなすダイ１０２の表面の短辺方向（図５等の左右方向）に沿っているため、ウェハチャック５の移動量が少なくて済み、検査時間を短縮することができる。

なお、本発明に係るプローブカードにおけるプローブの配列は上述したものに限られるわけではなく、ウェハ上のダイの配列に応じて変化することはいうまでもない。このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものである。

以上のように、本発明に係るプローブカードは、ウェハの電気特性検査に有用であり、特に１枚のウェハに対して複数回のコンタクトが必要な場合に好適である。

Claims (2)

1. 互いに同じ長方形状をなす複数のダイが、互いの長辺同士が平行な状態でマトリックス状に集積して並んだ円形表面を有するウェハと該ウェハに出力する信号を生成する回路構造とを電気的に接続する導電性のプローブを保持するプローブカードであって、
   前記ダイの電極の配置パターンに対応する一群の前記プローブを収容するプローブ収容領域が複数設けられたプローブヘッドを備え、
   前記プローブヘッドは、
   最も外周側に位置する前記ダイの配置パターンのうち、前記複数のダイの長辺方向と平行な面であって前記円形表面の中心を通過する面に対して一方の側に位置し、前記長辺方向の位置が互いに異なりかつ前記長辺方向に沿って一部が連続する配置パターンに対応して一部が前記長辺方向に沿って連続して並んでいる前記プローブ収容領域を含む第１部分領域と、
   最も外周側に位置する前記ダイの配置パターンのうち、前記複数のダイの長辺方向と平行な面であって前記円形表面の中心を通過する面に対して他方の側に位置し、前記長辺方向の位置が互いに異なりかつ前記長辺方向に沿って一部が連続するとともに前記長辺方向の両端の位置を除く配置パターンに対応して一部が前記長辺方向に沿って連続して並んでいる前記プローブ収容領域を含む第２部分領域と、
   前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に配置された前記プローブ収容領域を含む第３部分領域と、
   を有し、
   前記複数のプローブ収容領域は、前記プローブヘッドの表面と直交するとともに前記ダイの長辺方向と平行な一つの平面に対して該平面に最も近いプローブ収容領域を除いて対称に配置されるとともに該平面に最も近いプローブ収容領域は該平面に対して非対称に配置され、
   前記第１部分領域と前記第２部分領域との領域間距離のうち前記平面と直交する方向に沿った領域間距離の最大値は、前記ウェハが有する二つの前記ダイ同士のダイ間距離の最大値よりも小さいことを特徴とするプローブカード。
2. 前記平面と直交する方向に沿って隣り合う二つの前記プローブ収容領域は、前記ダイ間距離の最大値と前記領域間距離の最大値との差以下の間隔で離間していることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。

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