JP6199010B2

JP6199010B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP6199010B2
Application number: JP2012124813A
Authority: JP
Inventors: 恭史瀬上; 豊桑原; 晃次森川
Original assignee: SV Probe Pte Ltd
Current assignee: Nidec SV Probe Pte Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: TWI572865B; JP2013250145A; TW201350861A

Description

本発明は、プローブカードに関する。

近年の半導体デバイスの高速化に伴い、プローブカードにおいて、優れた高周波数特性を確保するような様々な対策が講じられている。例えば、プローブカードにおける配線には同軸線が用いられており、当該同軸線は予め定められた値のインピーダンス（例えば、５０Ω）となるように設計されている。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、板面に複数の接続部、及び複数の接地用接続部が配設された基板と、第１プローブ針と、基板の板面上に配設されるとともに、第１プローブ針の中間部分を固定する固定樹脂部と、接続部と固定樹脂部の間の領域に配置されるとともに、接地用接続部に接合され、接地用接続部間を跨いで配設された導体板と、中心導体と外側導体を備えるとともに、中心導体の一端が導体板の領域上で第１プローブ針と接合され、中心導体の他端が複数の接続部のうち第１接続部と接合され、外側導体の一端が導体板と接合された同軸線と、を備えるプローブカードが開示されている。

特開２０１０−１３９４７９号公報

図７は、従来技術のプローブカード９を示す図である。上述したように、同軸線２６は予め定められた値のインピーダンスとなるように設計されている。同軸線２６の一端はプローブ針２８に接続されており、他端は基板２４内に設けられる接続配線２５を介して表面側に配置される接触部２２に接続される。接続配線２５は、導電性を有する金属配線等を用いて構成されており、接続配線２５においても予め定められた値（例えば、５０Ω）となるように周囲にグランド配線が併設されている等の工夫が施されている。なお、グランド配線は、接地されて０Ｖ電位（グランドレベル）となっており、外部からのノイズを遮断するシールド効果を有する。

接続配線２５は、製造する際の加工性等の観点から、余分な配線とされる、いわゆるスタブ２５ｓが形成されてしまうことがあり、同じく加工性等の観点からスタブ２５ｓの周囲にはグランド配線を併設することが難しい。このため、スタブ２５ｓの存在によって、接続配線２５と同軸線２６との間のインピーダンスに不整合が生じ、これによって、プローブカード９における高周波数の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明の目的は、優れた高周波数特性を確保するプローブカードを提供することである。

本発明に係るプローブカードは、検査装置が有する接触ピンが接触する複数の接触部が配設された基板表面である第１の板面、及び第１の板面と反対側の基板底面である第２の板面を有する基板であって、第１の板面と第２の板面との間の基板内部に配設されたグランド層を含む基板と、検査装置によって検査される対象の被検査部に接触するためのプローブ針と、第２の板面に配設されて、プローブ針の中間部分が固定された固定部と、中心導体と外側導体とを有し、中心導体の一端がプローブ針と接続されて、中心導体の他端が接触部に直接接続された同軸線と、第２の板面において基板を支持するための支持部が配置される領域のうち、同軸線が配置される領域の第２の板面に設けられた溝部であって、同軸線を複数本配置するための凹加工が施された溝底面を有する溝部と、基板の第２の板面の溝部の溝底面から、基板の第１の板面側の複数の接触部の内で互いに隣接する接触部の間へ貫通した状態の貫通孔部であって、接触部に直接接続される中心導体を有する同軸線を通すための貫通孔部と、を備え、基板の第１の板面において、貫通孔部を通った後の状態の同軸線は、中心導体の他端が接触部に接続され、基板内部に配設されていたグランド層のうち、第１の板面の側から接触部を平面視したときに接触部と重なる領域である接触部直下領域の部分のグランド層が削除されている。

また、本発明に係るプローブカードにおいて、基板は、接触部直下領域においてグランド層が削除された領域の面積が接触部直下領域の面積以上であることが好ましい。

本発明によれば、同軸線は、一端がプローブ針と接続され、他端が接触部に直接接続される。これにより、基板内に配置される接続配線を用いることなく、同軸線と接続部とを接続することができるため、インピーダンスの不整合を防止することができる。したがって、優れた高周波数特性を確保することができる。

本発明に係る実施の形態において、プローバーとプローブカードとＬＳＩテスタとを有するウェーハテストシステムを示す図である。本発明に係る実施の形態において、プローブカードを底面側から見た様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、プローブ針と同軸線との関係を示す図である。図１の点線Ｘ領域を表面側と底面側から見た様子を示す図である。本発明に係る参考実施例において、ウェーハテストシステムのプローブカードの変形例を示す図である。本発明に係る実施の形態において、接触部の直下領域のグランド層を抜き取る処理を行わない場合及び抜き取る処理を行った場合の平面図及びインピーダンス特性図である。従来技術のウェーハテストシステムを示す図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、プローバー８とプローブカード１０とＬＳＩテスタ１２とを有するウェーハテストシステム１４を示す図である。図２は、プローブカード１０を基板２４の底面（板面）２４Ｂ側から見た様子を示す図である。

プローバー８は、ＬＳＩチップが多数個形成されたウェーハ１９とＬＳＩテスタ１２とをプローブカード１０を介して電気的機械的に合体させるための位置決めハンドリング装置である。プローバー８は、プローブカード１０を支持するための支持部であるカードホルダ１６と、ＬＳＩテスタ１２によって検査される対象である被検査部のウェーハ１９を保持するためのウェハチャック１８とを有する。

ＬＳＩテスタ１２は、ウェーハ１９の検査工程における主検査装置で、プログラミングによってＬＳＩチップをテストするための電気的信号（テストパターン）を任意に作り出してＬＳＩチップに印加し、ＬＳＩチップからの出力応答を受けて良品の場合の期待値と比較判断し、良否判定やクラス分けを行う機能を持つ装置である。ＬＳＩテスタ１２は、上記テストパターンを印加するためにプローブカード１０の接触部２２と接触するための接触ピン２０を有している。接触ピン２０は、いわゆるポゴピンと呼ばれ、接触部２２は、いわゆるポゴ座と呼ばれることがある。

プローブカード１０は、エポキシ等の樹脂で構成される基板２４と、基板２４の表面（板面）２４Ｔ上に配設される複数の接触部２２と、複数の接触部２２に接続される複数の同軸線２６と、複数の同軸線２６に接続される複数のプローブ針２８と、基板２４の底面２４Ｂ上に配設される固定部３０と、を備える。ここでは、プローブ針２８と同軸線２６と接触部２２とはＬＳＩチップの高周波数のテストを行うために用いられるものとして説明する。ここで、高周波数は、ＬＳＩチップの用途等により異なるが、例えば、１０ＭＨｚ以上を高周波数とすることができるが、もちろん、それより低い周波数を高周波数としてもよく、それよりも高い周波数を高周波数としてもよい。

図３は、同軸線２６と、ウェーハ１９に接触するプローブ針２８との関係を示す図である。同軸線２６は、図３のＹ−Ｙ線断面図（図３の下側図）に示されるように、内部導体３２と、内部導体３２を被覆する誘電体３４と、誘電体３４を被覆する外側導体３６と、外側導体３６を被覆する保護被覆３８とを備える。内部導体３２と、誘電体３４と、外側導体３６と、保護被覆３８は、軸を同じにした入れ子構造である。内部導体３２は、例えば、銀めっき軟銅線、銀めっき銅被銅線を用いた単線や撚線で構成される。誘電体３４は、例えば、ポリエチレンを用いて構成される。外側導体３６は、例えば、銀めっき軟銅線、すずめっき軟銅線を用いた編組線で構成される。保護被覆３８は、例えば、ビニルを用いて構成される。なお、外側導体３６は、接地されて０Ｖ電位（グランドレベル）となっている。

同軸線２６は、外側導体３６の内径をＤＡｍｍ、内部導体３２の直径をｄＡｍｍとし、誘電体３４の比誘電率をεＡとすると、その特性インピーダンスＺＡは、１３８／√εＡ×ｌｏｇ₁₀（ＤＡ／ｄＡ）で定まる。ここで、同軸線２６は、基板２４のインピーダンスにマッチングされており、そのインピーダンスは、例えば、５０Ωとなるように上記パラメータが設定される。また、同軸線２６の外径ＤＡ_allは、一例をあげると、６２０μｍ〜９６０μｍであり、同軸線２６の長さＬＡ_allは、一例をあげると、５０ｍｍ〜１００ｍｍである。同軸線２６の内部導体３２の一端は、プローブ針２８と接続され、他端は、後述するように、接触部２２に直接接続される。

プローブ針２８の基端部２８Ｅは、上述したように、同軸線２６の内部導体３２と接続される。具体的には、半田付けによって接続固定され、連結部４０が形成されることとなる。なお、連結部４０の径は、接続のために必要な半田の量によって定まる。

固定部３０は、プローブ針２８が通過し、プローブ針２８が動かないように固定する部分である。そして、固定部３０の出力側からは、ウェーハ１９を検査するためのプローブ針２８の先端部２８Ｔが突出するように取り付けられる。固定部３０は、例えば、エポキシ樹脂で構成することができる。固定部３０は、プローブ針２８がウェーハ１９の入出力端子に接触した際の応力に耐えられるように所定の幅を有している。

次に、基板２４と同軸線２６との配置関係等について、図１、図２及び図４を用いて、詳細に説明する。図４は、図１の点線Ｘ領域を表面２４Ｔ側と底面２４Ｂ側から見た様子を示す図である。なお、図１には、固定部３０から外径方向に向かって同軸線２６がそれぞれ１本ずつ配置されているものとして簡略して描かれているが、実際には図２及び図４に示されるように同軸線２６は複数本存在し、それぞれが対応する接触部２２に直接接続されることとなる。

基板２４において、カードホルダ１６が配置される領域のうち、同軸線２６が配置される領域には、複数の同軸線２６を収納できる程度の幅を有する溝を形成するための溝部４２が設けられている。溝部４２の幅は、例えば、４．２５ｍｍとすることができ、深さは、例えば、１．５ｍｍとすることができる。なお、溝部４２は、図示しない切削治具等を用いて凹加工を施すことにより形成することができる。

また、基板２４において、溝部４２が設けられる領域のうち、接触部２２に直接接続される同軸線２６を通すための貫通孔を形成する貫通孔部４４が設けられている。貫通孔部４４は、同軸線２６の外径ＤＡ_allよりも少し大きい幅の径を有しており、接触部２２の近傍に配置されている。例えば、貫通孔部４４の孔の径は、１．５ｍｍとすることができる。ここで、接触部２２の近傍とは、同軸線２６が表面２４Ｔ側に沿って引き回される長さが短くなるような位置を意味する。接触部２２の近傍に配置されるとは、例えば、同軸線２６の接続対象先である接触部２２と隣接する接触部２２との間に貫通孔部４４が配置されることが好ましい。なお、貫通孔部４４は、図示しない穴あけ治具等を用いて形成することができる。

上記のように、溝部４２及び貫通孔部４４が形成された後、同軸線２６は、カードホルダ１６が配置されない領域において基板２４の底面２４Ｂを沿うように配置され、カードホルダ１６が配置される領域において溝部４２の上面４２Ｔを沿うように配置しつつ、貫通孔部４４を通って基板２４の表面２４Ｔ側に引き出され、内部導体３２が接触部２２と直接接続される。

続いて、ウェーハテストシステム１４のプローブカード１０の作用について説明する。プローブカード１０では、上述したように、基板２４のインピーダンスにマッチングされた同軸線２６が引き伸ばされ、貫通孔部４４を通って、同軸線２６の内部導体３２が接触部２２に直接接続される。すなわち、従来技術のように、基板２４内の接続配線２５を介して接触部２２と接続されることがない。これにより、同軸線２６と基板２４との間におけるインピーダンスに整合が取れるため、優れた高周波数特性を確保することができる。

次に、プローブカード１０の参考実施例であるプローブカード１１について説明する。図５は、プローバー８とプローブカード１１とＬＳＩテスタ１２とを有するウェーハテストシステム１５を示す図である。プローブカード１１とプローブカード１０との相違点を中心に説明する。

プローブカード１１は、プローブカード１０と異なり、溝部４２が形成されていない。また、プローブカード１１の貫通孔部４５は、プローブカード１０の貫通孔部４４と位置が異なるため、その相違点について詳説する。

貫通孔部４５は、カードホルダ１６が配置される以外の領域、すなわち、カードホルダ１６が配置されない領域において、基板２４の底面２４Ｂから表面２４Ｔまで貫通するように設けられる。すなわち、貫通孔部４５は、カードホルダ１６よりもプローブカード１１の内径側に設けられる。貫通孔部４５は、同軸線２６の外径ＤＡ_allよりも少し大きい幅の径を有しており、例えば、貫通孔部４５の孔の径は、１．５ｍｍとすることができる。なお、貫通孔部４５は、図示しない穴あけ治具等を用いて形成することができる。

上記のように、貫通孔部４５が形成された後、同軸線２６は、カードホルダ１６が配置されない領域において基板２４の底面２４Ｂを沿うように配置され、貫通孔部４５を通って基板２４の表面２４Ｔ側に引き出され後、接触部２２に向かって基板２４の表面２４Ｔを沿うように配置された後、内部導体３２が接触部２２と直接接続される。

このように、プローブカード１１においても、プローブカード１０と同様に、基板２４内の接続配線２５を介することなく、同軸線２６が接触部２２に直接接続されている。したがって、プローブカード１０と同様の効果を奏する。また、プローブカード１１では、上記のように、同軸線２６が基板２４の表面２４Ｔを沿うように配置されるものとして説明したが、このとき溝部４２と同様の溝を基板２４の表面２４Ｔに形成し、当該溝に同軸線２６が収納されるように同軸線２６を配置し、内部導体３２が接触部２２と直接接続されるようにしてもよい。

なお、上記プローブカード１０，１１は、全てのプローブ針２８と同軸線２６と接触部２２はＬＳＩチップの高周波数のテストを行うために用いられるものとして説明したが、もちろん、その中の一部を低周波数のテストを行うために用いてもよい。このとき、高周波数用の同軸線２６は、上記のように接触部２２に直接接続して、低周波数用の同軸線２６は従来技術と同様に接続配線２５を介して接触部２２に接続してもよいが、もちろん高周波数用及び低周波数用の同軸線２６の全てを接触部２２に直接接続してもよい。

また、上記プローブカード１０，１１のいずれにおいても、接触部２２が配置される直下領域においてグランド層を設けない、あるいは、削除（抜き取る）処理を行うことで接触部２２におけるインピーダンス特性が改善することが分かった。ここで、接触部２２の直下領域とは、基板２４のうち、接触部２２を平面視した場合に、接触部２２と重なる領域を意味する。また、グランド層は、基板２４の内部に設けられる配線である。グランド層は、接地されて０Ｖ電位（グランドレベル）となっており、外部からのノイズを遮断するシールド効果を有する。

図６の左上下図は、接触部２２の直下領域において、グランド層を抜き取る処理を行わない場合の平面図及びインピーダンス特性図を示している。図６の真ん中上下図は、接触部２２の直下領域において、グランド層を抜き取る処理を行い、接触部２２の径とグランド層を抜き取った領域４６とがほぼ同じ面積となる場合の平面図及びインピーダンス特性図を示している。図６の右側上下図は、接触部２２の直下領域において、グランド層を抜き取る処理を行い、グランド層を抜き取った領域４６が接触部２２の径よりも大きい面積となる場合の平面図及びインピーダンス特性図を示している。なお、図６の各下図は、特性インピーダンスを測定する方法として知られるＴＤＲ（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法によって測定されたインピーダンス特性図である。

図６の左図に示されるように、接触部２２の直下領域にグランド層を抜き取る処理を行わない場合は、接触部２２におけるインピーダンスは約２４Ωである。これに対し、図６の真ん中の図に示されるように、接触部２２の直下領域にグランド層を抜き取る処理を行い、接触部２２の径とグランド層を抜き取った領域４６とがほぼ同じ面積となる場合は、接触部２２におけるインピーダンスは約３０Ωとなる。さらに、図６の右図に示されるように、接触部２２の直下領域にグランド層を抜き取る処理を行い、グランド層を抜き取った領域４６が接触部２２の径よりも大きい面積となる場合は、接触部２２におけるインピーダンスは約４０Ωとなる。

上記のことから、グランド層を抜き取る処理を行わない場合に比べ、接触部２２の直下領域におけるグランド層を抜き取ることで、接触部２２のインピーダンスをより理想的なインピーダンス（基板２４及び同軸線２６と整合するインピーダンス（例えば、５０Ω））に近づけることができる事が分かった。また、グランド層を抜き取る場合においても、接触部２２の径よりも大きくすることで、さらに理想的なインピーダンスにより近づけることができる事が分かった。このようにグランド層を抜き取ることでインピーダンスが改善するのは、接触部２２とグランド層との間において存在し、インピーダンス特性に悪影響を与える浮遊容量をグランド層の削除により実現することができためである。このように、接触部２２の直下領域におけるグランド層を抜き取ることで、接触部２２におけるインピーダンスを改善し、優れた高周波数特性を確保することができる。

なお、ここでは、接触部２２とグランド層を抜き取った領域４６との間には、他の領域が設けられていないものとして説明したが、接触部２２と領域４６との間にその他の領域が設けられていてもよい。例えば、接触部２２が設けられる表面２４Ｔとグランド層との間に電源層、信号層又はダミー層が配置されている場合に、これらの層のうち、接触部２２の直下領域が領域４６とほぼ同じ大きさに抜き取られた場合であっても同様の効果を奏する。

なお、プローブカード１０，１１は、カンチレバー型であるとして説明したが、その他の構造であってもよく、例えば、垂直型、ブレード型等、その他の構造であっても同様の効果を奏する。

８プローバー、９，１０，１１プローブカード、１２ＬＳＩテスタ、１４，１５ウェーハテストシステム、１６カードホルダ、１８ウェハチャック、１９ウェーハ、２０接触ピン、２２接触部、２４基板、２５接続配線、２５ｓスタブ、２６同軸線、２８プローブ針、２８Ｅ基端部、２８Ｔ先端部、３０固定部、３２内部導体、３４誘電体、３６外側導体、３８保護被覆、４０連結部、４２溝部、４４，４５貫通孔部。

Claims

検査装置が有する接触ピンが接触する複数の接触部が配設された基板表面である第１の板面、及び前記第１の板面と反対側の基板底面である第２の板面を有する基板であって、前記第１の板面と前記第２の板面との間の基板内部に配設されたグランド層を含む基板と、
前記検査装置によって検査される対象の被検査部に接触するためのプローブ針と、
前記第２の板面に配設されて、前記プローブ針の中間部分が固定された固定部と、
中心導体と外側導体とを有し、前記中心導体の一端が前記プローブ針と接続されて、前記中心導体の他端が前記接触部に直接接続された同軸線と、
前記第２の板面において前記基板を支持するための支持部が配置される領域のうち、前記同軸線が配置される領域の前記第２の板面に設けられた溝部であって、前記同軸線を複数本配置するための凹加工が施された溝底面を有する溝部と、
前記基板の前記第２の板面の前記溝部の前記溝底面から、前記基板の第１の板面側の前記複数の接触部の内で互いに隣接する接触部の間へ貫通した状態の貫通孔部であって、前記接触部に直接接続される前記中心導体を有する前記同軸線を通すための貫通孔部と、
を備え、
前記基板の前記第１の板面において、前記貫通孔部を通った後の状態の前記同軸線は、前記中心導体の他端が前記接触部に接続され、
前記基板内部に配設されていた前記グランド層のうち、前記第１の板面の側から前記接触部を平面視したときに前記接触部と重なる領域である接触部直下領域の部分の前記グランド層が削除されている、プローブカード。
請求項１に記載のプローブカードにおいて、
前記基板は、前記接触部直下領域においてグランド層が削除された領域の面積が前記接触部直下領域の面積以上である、プローブカード。