JP5426161B2 - 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等を行い、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へ伝送するために、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上の電極パッド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知られている（例えば、特許文献１または２を参照）。

図１１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模式的に示す図である。同図に示すプローブカード８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９と、この複数のプローブ９を収容するプローブヘッド８１と、プローブヘッド８１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８２と、スペーストランスフォーマ８２から出た配線ｗを中継するインターポーザ８３と、インターポーザ８３で中継された配線を検査装置へ接続する配線基板８４と、配線基板８４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８５と、配線基板８４を補強する補強部材８６と、を備える。

このうち、インターポーザ８３としては、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８３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８２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配線基板８４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。

特許第３３８６０７７号公報 特開２００５−１６４６００号公報

しかしながら、上述したプローブカード８に代表される従来のプローブカードには、インターポーザがスペーストランスフォーマに対して弾性力を加えるため、この弾性力によってスペーストランスフォーマに反りが生じてしまうという問題があった。この場合、スペーストランスフォーマにほぼ密着しているプローブヘッドもスペーストランスフォーマに追従して反ることとなり、ひいてはプローブの先端高さの平坦度が下がってしまうこととなる。その結果、プローブヘッドの中心部で保持されるプローブの方がプローブヘッドの周辺部で保持されるプローブよりも先に半導体ウェハにコンタクトするようになってしまい、半導体ウェハへの接触抵抗が安定しない要因となっていた。

この問題は、特に、直径が１２インチ（約３００ｍｍ）の半導体ウェハを検査対象とする場合に顕著である。すなわち、直径が１２インチの半導体ウェハに適用可能なプローブカードは、直径８インチ（約２００ｍｍ）の半導体ウェハに適用可能なプローブカードよりも収容するプローブの数が多く（数千〜数万）、かつスペーストランスフォーマの表面積も大きいため、反りが一段と大きくなってしまうという問題があった。

また、一般にセラミック等の多層基板から成るスペーストランスフォーマに対しては、インターポーザから受ける弾性力（反力）に抗しうる機械的剛性を持たせるため、ダミー層を加える等の措置を施すことによってその板厚をできる限り厚くすることがしばしば行われている。しかしながら、配線層の数を多くするためには製造に時間がかかる上、コストの上昇を招い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、スペーストランスフォーマの剛性の向上を容易にかつ低コストで実現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、本発明の一態様は、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複数のプローブを収容するプローブカードであって、前記回路構造に対応する配線パターンを有する平板状の配線基板と、前記配線基板に積層され、前記配線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に積層されて固着され、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、該配線を前記インターポーザに対向する側と反対側の表面へ表出するスペーストランスフォーマと、前記スペーストランスフォーマに積層され、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、を備えたことを特徴とする。

また、上記発明において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとは、積層状態で接着剤によって接着されたこととしてもよい。

また、上記発明において、前記接着剤は、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとが互いに対向する表面において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとの電気的な接続を行う箇所を除いて配設されたこととしてもよい。

また、上記発明において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとが互いに対向する表面において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとの電気的な接続を行う箇所を包囲するレジストを設けてもよい。

また、上記発明において、前記接着剤は、シート状をなしてもよい。

また、上記発明において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとは、積層状態で第１のねじ部材を用いて締結されたこととしてもよい。

また、上記発明において、前記配線基板の表面であって前記インターポーザが積層された部分の表面から前記配線基板を貫通するように埋め込まれ、前記配線基板の板厚よりも大きい高さを有する複数の第１のポスト部材をさらに備えてもよい。

また、上記発明において、前記第１のポスト部材と同じ高さを有し、この高さ方向を貫通する中空部が設けられて成り、前記配線基板の中央部に前記配線基板を貫通するように埋め込まれた第２のポスト部材と、前記第２のポスト部材に設けられた前記中空部に挿通され、前記配線基板と前記インターポーザとを締結する第２のねじ部材と、をさらに備えてもよい。

また、上記発明において、前記インターポーザは、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と、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貫通孔部が形成されたハウジングと、を有してもよい。

また、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、を有してもよい。

また、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、から成るとしてもよい。

本発明に係るプローブカードによれば、検査用の信号を生成する回路構造に対応する配線パターンを有する平板状の配線基板と、前記配線基板に積層され、前記配線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に積層されて固着され、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、該配線を前記インターポーザに対向する側と反対側の表面へ表出するスペーストランスフォーマと、前記スペーストランスフォーマに積層され、複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、を備えたことにより、スペーストランスフォーマの剛性の向上を容易にかつ低コストで実現することができる。

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。 図２は、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図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、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。 図５は、インターポーザおよびトランスフォーマの内部構成を示すとともに両者の接着態様を示す部分断面図である。 図６は、インターポーザ周辺のプローブカードの構成を示す図である。 図７は、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。 図８は、インターポーザとスペーストランスフォーマとの別な接着態様を示す部分断面図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係るプローブカードの構成を示す断面図である。 図１１は、従来のプローブカードの構成を示す断面図である。

符号の説明

１、６、７、８ プローブカード
２、９ プローブ
３ プローバ
４ コネクタ座
５ 半導体ウェハ
１１、６１、８４ 配線基板
１２、６２、８６ 補強部材
１３、６３、７３、８３ インターポーザ
１４、７４、８２ スペーストランスフォーマ
１５、８１ 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、６８ ポスト部材
１８ａ、６８ａ 大径部
１８ｂ、６８ｂ 小径部
１９ 接着剤
２０、８５ オスコネクタ
２１、２２ 針状部材
２１ａ、２２ａ 針状部
２１ｂ、２２ｃ ボス部
２１ｃ 軸部
２２ｂ フランジ部
２３ ばね部材
２３ａ 粗巻き部
２３ｂ 密着巻き部
２４ レジスト
３１ プローブカードホルダ
３２ 押え治具
４０ メスコネクタ
５０ ウェハチャック
５１、１１２、１４１、１４２ 電極パッド
１１１、１３３、１５１、６２１、６３１、７３１、７４１ 貫通孔部
１２１ 外周部
１２２ 中心部
１２３ 連結部
１２４ 凹部
１３１ ハウジング
１３２ 接続端子
１３２ａ コイルばね部
１３２ｂ、１３２ｃ 電極ピン部
１３２ｄ 定常巻き部
１３２ｅ 密着巻き部
１３２ｆ 粗巻き部
１５１ａ 小径孔
１５１ｂ 大径孔
１７１ 爪部
２０１、２０２ ねじ部材
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。

（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構成を示す図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図１の上方を下面側とした図である。さらに、図４は、図２のＢ−Ｂ線断面を配線の一部も含めて模式的に示すとともに、本実施の形態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。これらの図１〜図４に示すプローブカード１は、複数のプローブ２（導電性接触子）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た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は円盤状をなし、検査装置との電気的な接続を図る配線基板１１と、配線基板１１の一方の面に装着され、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インターポーザ１３と、インターポーザ１３に積層されて固着され、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、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、検査対象の半導体ウェハに対応して複数のプローブ２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、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の端部を固定するリーフスプリング１７と、配線基板１１の所定箇所に埋め込まれる複数のポスト部材１８（第１のポスト部材）と、を備える。

配線基板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がビアホール等によって立体的に形成されている。配線基板１１には、複数のポスト部材１８をそれぞれ埋め込むための貫通孔部１１１がポスト部材１８の数と同じ数だけ設けられている。なお、図３においては、本来平板状である配線基板１１が変形し、その配線基板１１の縦断面が波打っている状態を示している。

図４に示すように、配線基板１１に形成される配線ｗの一端は、検査装置（図示せず）との接続を行うために配線基板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２０に接続される。これに対して、配線ｗの他端は、スペーストランスフォーマ１４を介してプローブヘッド１５で収容保持するプローブ２に電気的に接続されている。

各オスコネクタ２０は、配線基板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４で対向する位置に設けられるメスコネクタ４０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２０とメスコネクタ４０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）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、電気的な接続を確実に得ることができる上、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、配線基板１１にメスコネクタを配設する一方、コネクタ座４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い。

なお、上述したようにコネクタを用いることによってプローブカード１と検査装置とを接続する代わりに、スプリング作用のあるポゴピン等の端子を検査装置に設け、かかる端子を介してプローブカード１を検査装置に接続する構成としてもよい。

補強部材１２は、配線基板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。また、補強部材１２の中心部１２２には、ポスト部材１８の端部を載置する凹部１２４が複数個形成されている。この補強部材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およびスペーストランスフォーマ１４は、互いに略合同な正８角形の表面を有する薄板状をなしており、対向する表面が接着剤１９によって接着されている。図５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の内部構成を示すとともに、両部材の接着態様を示す部分断面図である。また、図６は、図５と同じ箇所に配線基板１１を取り付けた後の状態を示す部分断面図である。これらの図に示すように、インターポーザ１３は、母材をなすハウジング１３１と、ハウジング１３１に収容保持される複数の接続端子１３２とを備える。また、スペーストランスフォーマ１４は、母材に対してピッチ幅を変換する配線ｗと、配線ｗの一端側に接続されて母材の表面から表出し、インターポーザ１３の接続端子１３２と接触する電極パッド１４１と、プローブヘッド１５と対向する側の表面に表出し、電極パッド１４１のピッチ幅よりも狭いピッチ幅を有する電極パッド１４２とを備える（電極パッド１４２については、以下で説明する図７を参照のこと）。

インターポーザ１３のハウジング１３１は単一部材から成り、複数の接続端子１３２を個別に収容する複数の貫通孔部１３３が形成されている。このため、ハウジング１３１は、機械加工が可能なマシナブルセラミックスから成る。インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４とは、接着剤１９によって接着されて一体化しているため、貫通孔部１３３の開口面の一方はスペーストランスフォーマ１４によって塞がれることとなる。このため、貫通孔部１３３は、図５等に示すような単一径のストレート孔でよい。したがって、貫通孔部１３３は、例えば１種類のドリルを用いたドリル加工を行うだけで形成することができるので、製造が容易となり、製造期間の短縮とコストの低減を実現することが可能となる。

インターポーザ１３の接続端子１３２は、円筒形状をなすように導電性材料を巻回して形成したコイルばね部１３２ａと、このコイルばね部１３２ａ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１３２ｂおよび１３２ｃとから成る。コイルばね部１３２ａは、定常巻き部１３２ｄと、密着巻き部１３２ｅと、定常巻き部１３２ｄよりも比較的粗いピッチで形成された粗巻き部１３２ｆとを備える。このような構成を有する接続端子１３２によれば、圧縮変形したときにコイルばね部１３２ａに絡みが発生するのを防止することができる。また、接続端子１３２をコイル状のばね部材単体で構成しているため、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低減することが可能となる。さらに、電極ピン部１３２ｂおよび１３２ｃは先細りの形状をなし、電極パッド１４１および１１２にそれぞれ弾発的に接触しているため、電極ピン部１３２ｂおよび１３２ｃ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。

図６に示す状態で、コイルばね部１３２ａは、定常巻き部１３２ｄおよび粗巻き部１３２ｆが撓んで略密着状態となり、接続端子１３２の電極ピン部１３２ｂの先端が配線基板１１の電極パッド１１２に接触する一方、接続端子１３２の電極ピン部１３２ｃ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。これにより、配線基板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。

スペーストランスフォーマ１４は、アルミナ系セラミックスなどの絶縁性材料を母材とし、ポリイミド多層配線によって形成される。ところで、アルミナ系セラミックスの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、７.２ｐｐｍ／℃程度である。これに対して、インターポーザ１３のハウジング１３１をなすマシナブルセラミックスの熱膨張係数は１〜１０ｐｐｍ／℃程度であり、素材によって開きがある。本実施の形態１においては、ＣＴＥが７〜７.５ｐｐｍ／℃程度であるマシナブルセラミックスを用いることによってスペーストランスフォーマ１４との熱膨張係数の値の整合を図り、検査時に温度が低温（−５０℃）〜高温（２００℃）と変化してもバイメタル効果が発生せず、インターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４の反りを抑制して平坦度を保つ構成としている。

インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４とを接着剤１９によって接着する際には、スペーストランスフォーマ１４の表面において、電極パッド１４１を除くようなパターンで接着剤１９を一面に配置させる。この接着剤１９の配置は、接着剤１９が液体である場合には、刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー噴霧、スピンナ等による塗布、または接着剤への浸漬等によって行う。また、接着剤１９が半固形状または固形状の場合には、適当な厚みのシート状に成形した後、溶剤や希釈剤等によって適当な濃度へ溶解または分散させた後、上述した塗布や浸漬を行うことにより、接着剤１９を配置する。

接着剤１９としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性接着剤を使用することができる。また、接着剤１９として、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ニトロセルロース、ポリアクリル酸エステル等の熱可塑性接着剤を使用することもできる。加えて、接着剤１９として、感圧性接着剤及び熱圧着性接着剤を使用することもできる。

さらに、接着剤１９として半田等のロウ材を用いてもよい。ロウ材が導電性を有している場合には、その表面に酸化被膜を形成して絶縁性を付与した後、接着剤１９として使用する。ロウ材の融点は、使用時の最高温度である２００℃より高くなければならない一方で、ロウになる金属の融点が高すぎると、ロウ付けした後で常温に戻したときひずみが生じたりする。これらの点をふまえ、接着剤１９として適用するロウ材の融点は、２００℃より高く、かつなるべく低い方が好ましい。

インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４とを接着する際には、まずインターポーザ１３および／またはスペーストランスフォーマ１４の固着面に接着剤１９を上述したいずれかの方法によって配置して半硬化状態とする。この半硬化状態では接着力がほとんど発現していない上、貫通孔部１３３や電極パッド１４１へ接着剤１９が流入する恐れはない。このため、例えばインターポーザ１３の固着面に接着剤１９を配置して半硬化状態としてから貫通孔部１３３を形成することも可能である。

その後、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４を積層した後、接着剤１９を本硬化させることにより、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４とが完全に接着されて一体化する。この際、接着剤１９が熱硬化性接着剤である場合には、所定温度に加熱するか、または加熱に加えてさらに加圧することによって本硬化させる。これに対し、接着剤１９が感圧性接着剤の場合には、所定の圧力で加圧することによって本硬化させる。

なお、電極パッド１４１を除いたパターンをなすように薄膜状の両面テープを作り、その両面テープをスペーストランスフォーマ１４の表面に貼り付けた後、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４を積層することによって接着するようにしてもよい。

上記の如くインターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４とを接着することにより、両部材を積層しただけの場合と比較して、全体としての剛性を向上させることができ、スペーストランスフォーマ１４の平坦度を向上させることができる。これにより、スペーストランスフォーマ１４に積層されたプローブヘッド１５の平坦度も向上し、プローブヘッド１５が収容保持するプローブ２の先端の平坦度も向上するため、半導体ウェハ５へのプローブ２のコンタクトの精度が上がる。その結果、スペーストランスフォーマ１４にダミーの配線層を形成するなどして板厚を厚くしなくてもよいため、製造期間を短縮し、製造コストを抑え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。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を図２で紙面垂直に突出するように収容保持している。図７は、プローブヘッド１５要部の構成およびプローブヘッド１５が収容するプローブ２の詳細な構成を示す拡大部分断面図である。

プローブ２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５の電極パッド５１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。プローブ２のプローブヘッド１５における配列パターンは、検査対象である半導体ウェハ５の電極パッド５１の配置パターンに応じて定められる。

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２１および２２が図７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７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７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。

プローブヘッド１５は、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５の配列に応じてプローブ２を収容するための貫通孔部１５１が板厚方向（図７の鉛直方向）に形成されている。貫通孔部１５１は、半導体ウェハ５側（図７の鉛直下側）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７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、貫通孔部１５１が段付き孔状をなす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。

なお、プローブヘッド１５を、図７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、ねじ部材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のが好ましい。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。

ところで、図７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ｗの中には、グランド層や電源層に接続されるものもある。

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、接着剤１９によって一体化されたインターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４を配線基板１１に対して押し付けて保持することにより、配線基板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、薄肉の円環状をなす。リーフスプリング１７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配線基板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。

ポスト部材１８は、配線基板１１の板厚よりも若干大きい高さを有する円筒形状の大径部１８ａと、この大径部１８ａよりも小さい径を有し、大径部１８ａと同じ中心軸を有する円筒形状の小径部１８ｂとを備える。小径部１８ｂは、補強部材１２の凹部１２４に嵌入可能である。このため、小径部１８ｂの径は、凹部１２４の径とほぼ等しく、小径部１８ｂの高さは、凹部１２４の深さとほぼ等しい。ポスト部材１８は、補強部材１２と同様の材料によって構成することができるが、高い加工精度が要求される点に鑑みてステンレスが好適である。図１に示すように、ポスト部材１８は、インターポーザ１３の表面がなす正８角形の中心に対して対称に配置されている。このようにして複数のポスト部材１８を配線基板１１に埋め込むことにより、配線基板１１部分の板厚方向の幅をポスト部材１８の高さによって規定することができるので、配線基板１１に反り、波打ち、または凹凸等の変形が生じても（図３を参照）、その影響を受けることなく、プローブヘッド１５の平行度、平面度の各精度を向上させることが可能となる。

なお、プローブカード１を組み立てる際、配線基板１１、補強部材１２、インターポーザ１３、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を順次積層していくときには、所定の位置決めピンを用いて相互の位置決めを行うようにすればより好ましい。

次に、以上の構成を有するプローブカード１を用いた半導体ウェハ５の検査の概要を、図４および図７を参照して説明する。図４に示すように、プローブカード１は、検査の際に、プローブ２と半導体ウェハ５とをコンタクトさせる装置であるプローバ３に装着されて固定される。このプローバ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え治具３２とを備える。

プローブ２と半導体ウェハ５とのコンタクトは、半導体ウェハ５を載置するウェハチャック５０を所定の駆動手段によって上昇させることによって実現する。この際、半導体ウェハ５の電極パッド５１とプローブ２の針状部材２２の針状部２２ａの先端とが適確にコンタクトするためには、コンタクトによってストロークした後のプローブ２の先端高さｈがプローブカードホルダ３１の厚さｄよりも大きい（ｈ＞ｄ）ことが必要である。なお、図４では、プローブヘッド１５の右端部で保持されている一群のプローブ２（４本）により、半導体ウェハ５とコンタクトしたときのプローブ２の先端位置を模式的に示している（図４では、半導体ウェハ５とのコンタクトによるプローブ２のストローク量をΔｈとしている）。

図７に示す状態からウェハチャック５０を上昇させることによって半導体ウェハ５の電極パッド５１を針状部材２２の針状部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の内周部の一部は針状部材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、検査用の信号を生成する回路構造に対応する配線パターンを有する平板状の配線基板と、前記配線基板に積層され、前記配線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に積層されて固着され、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、該配線を前記インターポーザに対向する側と反対側の表面へ表出するスペーストランスフォーマと、前記スペーストランスフォーマに積層され、複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、を備えたことにより、スペーストランスフォーマの剛性の向上を容易にかつ低コストで実現することができる。

また、本実施の形態１によれば、インターポーザとスペーストランスフォーマとを固着して一体化したことにより、スペーストランスフォーマの板厚を必要以上に厚くする必要がなく、インターポーザの板厚を厚くすることも可能となる。加えて、インターポーザで接続端子を挿通するための貫通孔部もストレート孔でよい。したがって、プローブカードの製造コストを低減することができる。また、プローブカードの製造に要する日数を短縮することもできるため、顧客の要望に対して迅速に対応することが可能となる。

さらに、本実施の形態１によれば、平面度および平行度の各精度の向上に伴ってプローブの先端位置の精度も向上するため、プローブ間の先端の高さ方向の位置のバラツキを抑え、全てのプローブのストロークをほぼ一定とすることができ、安定した接触抵抗を得ることができる。加えて、全てのプローブのストロークをほぼ一定とすることにより、特定のプローブに対して必要以上の荷重を加えてしまうこともなくなる。したがって、半導体ウェハの電極パッドを過度に傷つけずに済み、ダイとパッケージとの接続工程（ワイヤーボンディング等）における歩留まりの悪化や、電極パッドに接続された配線の破壊等を防止することができる。

なお、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４との接着方法は上述したものに限られるわけではない。例えば、図８に示すように、インターポーザ１３の貫通孔部１３３およびスペーストランスフォーマ１４の電極パッド１４１を各々包囲するようにレジスト２４を均一に設けてもよい。この場合には、所定の厚さのレジスト２４を固着面に塗布（形成）した後、マスキングを施すことによって所定のパターンとなるように露光する。続いて、露光によってレジスト２４が除去された部分に接着剤１９を配置する。この結果、レジスト２４が壁となり、接着剤１９が貫通孔部１３３や電極パッド１４１を含む箇所すなわちインターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４の電気的な接続を行う箇所に流入してしまうのを防止する機能を果たす。なお、ここで説明した接着方法については、例えば特開２０００−９１３９１号公報においてさらに詳細な内容が開示されている。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係るプローブカードの構成を示す図であり、上記実施の形態１の説明の際に参照した図３に対応する図である。図９に示すプローブカード６は、円盤状をなして検査装置との電気的な接続を図る配線基板６１と、配線基板６１の一方の面に装着され、配線基板６１を補強する補強部材６２と、配線基板６１からの配線を中継するインターポーザ６３と、を備える。また、プローブカード６は、上記実施の形態１に係るプローブカード１が備えるのとそれぞれ同じ構成を有する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を備えており、配線基板６１には複数のポスト部材１８が埋め込まれている。

インターポーザ６３とスペーストランスフォーマ１４は、接着剤１９によって接着されて一体化している。これに加えて、プローブカード６には、１本のねじ部材２０１（第２のねじ部材）が、補強部材６２の表面（図９で上面）からインターポーザ６３に至る板厚方向に挿通されている。配線基板６１には、ねじ部材２０１を挿通可能な中空部を有するポスト部材６８（第２のポスト部材）が配線基板６１の中心部に埋め込まれている。このポスト部材６８は、配線基板６１の板厚よりも若干大きい板厚を有する中空円筒形状の大径部６８ａと、大径部６８ａよりも小さい径を有し、大径部６８ａと同じ中心軸を有する中空円筒形状の小径部６８ｂとを備える。

補強部材６２およびインターポーザ６３には、ねじ部材２０１を挿通するため、両部材を組み付けたときに厚さ方向に同軸的に連通する貫通孔部６２１および６３１がそれぞれ設けられている。これらの貫通孔部６２１および６３１の内側面には、ねじ部材２０１を螺着可能なねじ山が適宜設けられている（図示せず）。

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、実施の形態１と同様に、スペーストランスフォーマの剛性の向上を容易にかつ低コストで実現することができる。

なお、ねじ部材２０１の本数や配置場所は、必ずしも上述したものに限られるわけではなく、プローブカードに要求される剛性や、配線基板、インターポーザ、スペーストランスフォーマ等の板厚や表面積等の条件によって適宜定めればよい。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係るプローブカードの構成を示す図であり、上記実施の形態１の説明の際に参照した図３に対応する図である。図１０に示すプローブカード７は、上記実施の形態１に係るプローブカード１が備えるのと同じ構成を有する配線基板１１、補強部材１２、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を備えており、配線基板１１には複数のポスト部材１８が埋め込まれている。

また、プローブカード７は、配線基板１１からの配線を中継するインターポーザ７３と、インターポーザ７３によって変換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７４とを備える。インターポーザ７３とスペーストランスフォーマ７４は、複数のねじ部材２０２（第１のねじ部材）によって締結されて一体化している。このために、インターポーザ７３およびスペーストランスフォーマ７４には、両部材を組み付けたときに厚さ方向に同軸的に連通する貫通孔部７３１および７４１が所定の位置にそれぞれ形成されており、これらの貫通孔部７３１および７４１の各内側面には、ねじ部材２０２を螺着可能なねじ山が適宜設けられている（図示せず）。

なお、図１０ではインターポーザ７３からスペーストランスフォーマ７４へ向けてねじ部材２０２を挿通して両部材を締結した場合を示しているが、これとは反対に、スペーストランスフォーマ７４からインターポーザ７３へ向けてねじ部材２０２を挿通するような構成としてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態３に係るプローブカードによれば、上述した２つの実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態３において、インターポーザ７３とスペーストランスフォーマ７４との間にさらに接着剤１９を配置することによってより強固な両部材の一体化を図ることも可能である。

（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１〜３を詳述してきたが、本発明は上述した３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。例えば、スペーストランスフォーマをガラスエポキシ基板によって構成し、インターポーザと接着して一体化してもよい。この場合、ガラスエポキシ基板の熱膨張係数は１２〜１５ｐｐｍ／℃であり、インターポーザを構成するマシナブルセラミックスの熱膨張係数（１〜１０ｐｐｍ／℃）よりも顕著に大きい。しかしながら、ヤング率に代表される剛性という観点で見た場合、マシナブルセラミックスの剛性（ヤング率＝６５ＧＰａ程度）は、ガラスエポキシの剛性（ヤング率＝２５ＧＰａ程度）よりも十分に大きいので、両部材が一体化された場合の剛性はマシナブルセラミックスの剛性にほぼ依存することとなる。したがって、この場合には、ガラスエポキシ基板の板厚をできるだけ薄くする一方、マシナブルセラミックスの板厚を厚くすることにより、マシナブルセラミックスへの剛性の依存度を高めればより好ましい。

また、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各形状は、上述したものに限られるわけではない。例えば、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好適である。他にも、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。

さらに、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。

このように、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。

以上のように、本発明に係るプローブカードは、半導体ウェハの電気特性検査に有用であり、特に、ＦＷＬＴに好適である。

Claims (9)

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複数のプローブを収容するプローブカードであって、
   前記回路構造に対応する配線パターンを有する平板状の配線基板と、
   前記配線基板に積層され、前記配線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に積層されて前記インターポーザと接着剤により接着され、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、該配線を前記インターポーザに対向する側と反対側の表面へ表出するスペーストランスフォーマと、
   前記スペーストランスフォーマに積層され、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、
   前記配線基板の表面であって前記インターポーザが積層された部分の表面から前記配線基板を貫通するように埋め込まれ、前記配線基板の板厚よりも大きい高さを有する複数の第１のポスト部材と、
   を備え、
   前記インターポーザは、
   前記スペーストランスフォーマに対して弾性力を加えることを特徴とするプローブカード。
2. 前記インターポーザは、
   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と、
   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貫通孔部が形成されたハウジングと、
   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. 前記インターポーザおよび前記スペーストランスフォーマは、互いに対向する表面が等しい形状をなすことを特徴とする請求項１または２記載のプローブカード。
4. 前記接着剤は、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとが互いに対向する表面において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとの電気的な接続を行う箇所を除いて配設されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のプローブカード。
5. 前記接着剤は、シート状をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のプローブカード。
6. 前記第１のポスト部材と同じ高さを有し、この高さ方向を貫通する中空部が設けられて成り、前記配線基板の中央部に前記配線基板を貫通するように埋め込まれた第２のポスト部材と、
   前記第２のポスト部材に設けられた前記中空部に挿通され、前記配線基板と前記インターポーザとを締結する第２のねじ部材と、
   をさらに備えた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。
7. 前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとが互いに対向する表面において、前記インターポーザと前記スペーストランスフォーマとの電気的な接続を行う箇所を包囲するレジストを設けたことを特徴とする請求項４記載のプローブカード。
8. 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２記載のプローブカード。
9. 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８記載のプローブカード。

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