JP6259590B2 - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検査体の電気的試験に用いられるプローブカード及びその製造方法に関する。

半導体ウエハに作り込まれた多数の半導体集積回路は、各チップに分離されるに先立ち、一般的に、仕様書通りに製造されているか否かの電気的試験を受ける。この電気的試験には、被検査体である半導体ウエハの各半導体集積回路の電極に接続される複数のプローブが設けられたプローブカードのようなプローブ組立体が用いられる（例えば特許文献１参照）。半導体ウエハは、各半導体集積回路の電極がプローブカードの対応するプローブに接続されることにより、このプローブカードを経てテスタに接続される。

このようなテストは、より詳細には、集積回路の使用環境に応じたある測定温度下で行われる。そのため、従来の前記プローブ組立体では、半導体ウエハが保持される作業台であるチャックに熱源が設けられ、例えば、該熱源の加熱によりチャックが加熱され、またチャックの加熱に伴ないプローブ基板が加熱される。

チャックがある測定温度に保持されると、該チャック上の半導体ウエハもチャックとほぼ近似した温度に保持される。しかし、プローブカードのプローブ基板は、被検査体である半導体ウエハの上方にあって基本的に前記チャックからの輻射熱によって加熱される。そのため、プローブ基板が安定した到達温度（飽和温度）に達しても、所望の測定温度にある半導体ウエハの温度と、プローブ基板の前記到達温度とは同一にならず、両者の間に温度差が生じ、後者は前者よりも低い温度となる。

この温度差のために、被検査体である半導体ウエハとたとえ同一の線膨張係数を有するプローブ基板を用いたとしても、室温から設定温度に達したときの被検査体の伸縮量と、室温から前記到達温度に達したときのプローブ基板の伸縮量とに許容誤差を超える伸縮差が生じる。許容誤差を超える伸縮差は対応するプローブと電極との接続不良を招く。そこで、被検査体の前記測定温度とプローブ基板の前記到達温度との温度差による伸縮差を低減するために、前記した温度差を補償すべく、一般的にはプローブ基板には、線膨張係数が被検査体のそれよりも大きなものが用いられている。その上で、プローブ基板が前記した到達温度にあるとき、測定温度にある被検体の電極パッド位置にプローブが位置するように、各プローブはプローブ基板上に設けられている。

したがって、ある１つの測定温度用に設定されたプローブカードをその設定された測定温度で用いる限り、測定温度で被検査体の電極と、これに対応するプローブカードのプローブとを許容誤差内で接続することができるので、適正な電気的試験が可能となる。

しかし、同一規格で製造される半導体集積回路が形成された半導体ウエハであっても、半導体集積回路の使用環境の違いにより、前記したある１つの測定温度と異なる測定温度下での試験が必要になることがある。

そのような場合、ある１つの測定温度に設定されたプローブカードを用いて異なる測定温度で前記被検査体を検査しようとしても、設定された測定温度が異なることから、プローブ基板のプローブ位置と被検査体の電極位置との差が許容誤差の範囲を超えることがある。

そのため、従来では、たとえ同一規格で製造される半導体集積回路が形成された半導体ウエハであっても、測定温度毎にプローブ位置をその測定温度に応じて設定されたプローブカードを準備する必要があった。

ところで、チャックに設けられた熱源とは別に、プローブ基板にも制御可能な熱源を設けることが考えられる（例えば、特許文献１及び２参照）。これによれば、所望の測定温度にあるプローブ基板のプローブと被検査体の対応する電極とを許容誤差内に位置させるように、被検査体とプローブ基板とを個別に温度制御することができるので、１つのプローブカードを用いて同じ被検査体を２つの異なる測定温度で試験することが可能となる。

しかし、この場合、配線回路が設けられるプローブ基板にも、その全域にわたって温度を均等に維持するための熱源を配置する必要があることから、プローブ基板の構造の複雑化を避けることはできない。

特開２０１０−１５１７４０号公報 特開２０１０−２４３３５２号公報

そこで、本発明の目的は、プローブ基板に熱源を組み込むことなく、また１台のプローブカードで２つの測定温度での適正な電気検査を可能とするプローブカードを提供することにある。

本発明に係るプローブカードは、電極を有する被検査体を加熱又は冷却するための熱源が組み込まれた作業台上に配置された前記被検査体の電気試験のために前記電極とテスタとを接続するプローブカードであって、一方の面を前記作業台に対向させて該作業台の上方に配置され、前記テスタに接続される導電路が形成された回路基板と、一方の面を前記回路基板の前記一方の面に対向させて該回路基板に保持されるプローブ基板であって前記導電路に対応する導電路が形成されたプローブ基板と、前記プローブ基板の他方の面に設けられ該プローブ基板の対応する前記導電路に接続され、前記作業台上の前記被検査体の対応する各電極に接触可能の多数のプローブと、前記プローブ基板に結合され、該プローブ基板の熱伸縮を拘束すべく前記プローブ基板の線膨張係数と異なる線膨張係数を有し、前記プローブ基板との複合体を構成する熱膨張調整部材とを含む。前記被検査体が２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）にあるとき前記複合体が対応する到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）にあるとすると、各測定温度と対応する到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量がほぼ等しくなるように設定されている、

本発明に係るプローブカードでは、プローブが設けられるプローブ基板に該プローブ基板の線膨張係数と異なる熱膨張調整部材が結合されることにより、前記プローブ基板と前記熱膨張調整部材とで複合体が形成される。図１のグラフには、この複合体の線膨張係数（α４）を示す典型的な特性線Ａ及び被検査体の線膨張係数（α１）を示す典型的な特性線Ｂが示されている。横軸は温度（℃）を示し、縦軸は複合体及び被検査体の伸縮量をそれぞれ示す。横軸のＲＴは室温を示す。

図１に示す例では、被検査体が高温側の測定温度Ｔ１にあるとき、前記複合体の到達温度がＴ２になり、また前記被検査体が低温側の測定温度Ｔ′１にあるとき、前記複合体の到達温度がＴ′２になる例を示す。各特性線Ａ及びＢによれば、前記被検査体が測定温度Ｔ１にあり、前記複合体が到達温度がＴ２になるときの室温ＲＴからの伸縮変化量L１が等しいことは次式
α１×（Ｔ１−ＲＴ）＝α４×（Ｔ２−ＲＴ）…（式１）
で表される。

また前記被検査体が測定温度Ｔ′１にあり、前記複合体が到達温度がＴ′２になるときの室温ＲＴからの伸縮変化量L２が等しいことは次式
α２×（Ｔ′１−ＲＴ）＝α４×（Ｔ′２−ＲＴ）…（式２）
で表される。

したがって、複合体の線膨張係数（α４）を示す特性線Ａ及び被検査体の線膨張係数（α１）を示す特性線Ｂが、前記被検査体の測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）及び前記複合体の到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）等の関係から図１のグラフに示されるような関係にあるとき、すなわち上記（式１）及び（式２）を満たす関係にあるとき、各測定温度での被検査体のパッド位置とプローブ基板のプローブ位置との間にずれが生じないことを意味する。

前記したような複合体の線膨張係数α４を示すプローブ基板を採用することができれば、前記した熱膨張調整部材を用いることなく、すなわち前記複合体を構成することなく、単独の適切な線膨張係数を有するプローブ基板でもって図１のグラフに示した関係を満たすことができる。

しかしながら、プローブ基板に要求される配線路形成のようなフォトリソグラフィ法を用いた製造工程での耐薬品性、耐熱性及び機械的強度特性等を考慮すると、プローブ基板として使用できる母材は限定され、適正な線膨張係数を有する単体のプローブ基板を得ることは極めて困難である。

本発明に係る前記プローブカードでは、前記したようにプローブ基板と該プローブ基板に結合される熱膨張調整部材とからなる複合体が構成される。この熱膨張調整部材には配線路が不要であることから、該熱膨張調整部材の選択に前記プローブ基板の製造工程における程に強い制限を受けることはない。そのため、前記プローブ基板に比較して前記熱膨張調整部材の選択に自由度が高まることから、前記複合体の線膨張係数は、前記熱膨張調整部材の選択により、比較的容易に所望の値に設定することが可能となる。

したがって、本発明によれば、各測定温度と対応する到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量（Ｌ１、Ｌ２）をほぼ等しくすることができるので、前記被検査体の測定温度とプローブ基板の到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）に拘わらず、２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）での前記被検査体と前記複合体すなわち前記プローブ基板との熱伸縮差（Ｌ１、Ｌ２）を許容誤差内に設定することが可能となる。なお、２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）間での各熱伸縮差（Ｌ１、Ｌ２）を相互に等しくする必要がないことは明らかであろう。

前記プローブ基板の前記一方の面を前記回路基板に間隔をおいて配置することができ、この場合、前記熱膨張調整部材は、前記プローブ基板の前記一方の面に結合された板部材で構成することができる。

本発明に係る前記プローブカードは、さらに、前記回路基板と前記プローブ基板との間に、前記回路基板の前記導電路と前記プローブ基板の対応する前記導電路とを接続するための電気接続器を含むことができる。この場合、前記熱膨張係数調整部材は、導電路を有することなく前記接続器の挿通を許す穴が設けられる。

前記板部材からなる熱膨張調整部材には、該熱膨張調整部材の熱容量の低減を図るべく前記板部材の板厚方向に貫通する少なくとも１つの穴を形成することができる。熱膨張調整部材の熱容量の低減は前記複合体が飽和温度である前記到達温度に達するまでの所要時間の短縮を図る上で、極めて有効である。また、熱容量の低減を図るために、前記板部材を多孔質材料で構成することが望ましい。

前記板部材は前記プローブ基板の縁部を覆う環状部材で構成することができ、該環状部材はその内方に前記接続器の挿通を許す単一の前記穴を規定する。

前記板部材には、該板部材の板厚方向に貫通する前記穴を含む複数の穴を形成することができる。各穴は、矩形、円形又は六角形の平面形状を有することができ、これらを整列して配置することができる。

前記板部材は、中央部と、該中央部を取り巻く環状リム部と、該リム部及び前記中央部を連結するスポーク部とを備えることができる。前記中央部、前記リム部及び前記スポーク部とにより、該各部の間に前記板部材の板厚方向に貫通する前記穴を含む複数の穴を形成することができる。

前記熱膨張調整部材は、機械的結合手段、接着剤、金属共晶、共有結合を利用した陽極接合、表面原子の原子間力を利用した常温接合の少なくとも１つの選択された手段を用いて前記プローブ基板に結合することができる。

前記プローブ基板は、前記回路基板の前記導電路に接続される導電路が多層に形成された板状の支持部材と、一方の面が前記支持板の一方の面に固着され、他方の面に前記プローブが設けられる可撓性フィルムであって前記支持部材の前記導電路に、該導電路に対応する前記プローブを接続する導電路が形成された可撓性フィルムとで構成することができる。この場合、前記熱膨張調整部材は、前記支持部材の他方の面に結合され、前記支持部材と異なる線膨張係数が与えられる。

本発明に係る製造方法は、前記した本発明に係るプローブカードを製造する方法であって、前記被検査体が平面積Ｓ１、厚さ寸法ｔ１、比重ρ１、比熱ｃ１を有し、前記プローブ基板が平面積Ｓ２、比重ρ２、比熱ｃ２を有するとき、前記プローブ基板の厚さ寸法ｔ２を次式（１）により決定すること、
ｔ２＝ｃ１×ρ１×ｔ１×Ｓ１／（ｃ２×ρ２×Ｓ２）…（１）
また、前記プローブ基板が線膨張係数α２、体積Ｖ２（Ｓ２×ｔ２）を有し、前記熱膨張調整部材が線膨張係数α３、平面積Ｓ３、厚さ寸法ｔ３を有し、Ｓ２＝Ｓ３とするとき、前記プローブ基板及び前記熱膨張調整部材の複合体の線膨張係数α４を表す次式（２）
α４＝（Ｖ２×α２＋Ｖ３×α３）／（Ｖ２＋Ｖ３）
＝（Ｓ２×ｔ２×α２＋Ｓ２×ｔ３×α３）／（Ｓ２×ｔ２＋Ｓ２×ｔ３）
＝（ｔ２×α２＋ｔ３×α３）／（ｔ２＋ｔ３）…（２）
及び被検査体の２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）とそれに対応する前記複合体の到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量が等しいことを示す次式（３）及び（４）と、
（Ｔ１−ＲＴ）×α１＝（Ｔ２−ＲＴ）×α４ …（３）
（ＲＴ−Ｔ′１）×α１＝（ＲＴ−Ｔ′２）×α４ …（４）
ここで、ＲＴは室温を示し、α１は被検査体の線膨張係数を示す。
さらに前記式（２）とを用いて導き出される次式（５）
ｔ３＝｛（Ｔ′２−Ｔ２）×α２−（Ｔ′１−Ｔ１）×α１｝／｛（Ｔ′１−Ｔ１）×α１−（Ｔ′２−Ｔ２）×α３｝×ｔ２…（５）
から、前記熱膨張調整部材の厚さ寸法ｔ３を決定することを特徴とする。

本発明に係る前記方法によれば、前記した手順によって前記複合体の線膨張率α４を決め、プローブ基板と共に複合体を構成する熱膨張調整部材の厚さｔ３を決めることができ、これにより容易に本発明に係るプローブカードを製造することができる。

本発明によれば、前記したように、前記被検査体の測定温度と前記プローブ基板の到達温度との温度差に拘わらず、２つの測定温度での前記被検査体及びプローブ基板の熱伸縮差を許容誤差内に設定することが可能となる。したがって、前記プローブ基板に熱源を組み込むことなく、２つの測定温度での測定が可能となる。

本発明に係る複合体及び被検査体の線膨張係数を示すグラフであり、その横軸は温度を示し、縦軸はそれぞれの伸縮量を示す。 本発明に係るプローブカードを含む電気的接続装置を概略的に示す断面図である。 図２のプローブカードに組み込まれた熱膨張調整部材を示す平面図である。 図３に示した熱膨張調整部材の他の例を示す平面図である。 図３に示した熱膨張調整部材のさらに他の例を示す平面図である。 図３に示した熱膨張調整部材のさらに他の例を示す平面図である。 図３に示した熱膨張調整部材のさらに他の例を示す平面図である。

本発明に係る電気的接続装置すなわちプローブカード１０は、図２に示されているように、チャックのような作業台１２上に配置された半導体ウエハ１４に作り込まれた多数の半導体集積回路（図示せず）の電気試験に用いられる。被検査体である半導体ウエハ１４の上面には前記半導体集積回路に接続された多数の電極１４ａが形成されており、半導体ウエハ１４はその下面を作業台１２の作業面１２ａに当接して配置される。

作業台１２内には、図示しないが従来よく知られた例えばペルチェ素子のような冷却用熱源、ヒータのような加熱用熱源あるいはそれらの組合せから成る複合熱源のうちのいずれかの熱源１６が配置されている。熱源１６は、作業台１２上の被検査体１４を所望の測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）に保持し、また後述するようにプローブカード１０をその測定温度に応じた飽和温度である到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）に保持すべく、図示しないが従来よく知られた制御回路の制御下で動作する。

プローブカード１０は、被検査体１４の電気試験に用いられるテスタ１８と、作業台１２上の被検査体１４の各電極１４ａとを接続するために、作業台１２の上方で従来よく知られたテストヘッド（図示せず）に保持される。

プローブカード１０は、作業台１２上の被検査体１４から間隔をおくように作業台１２の作業面１２ａに下面２０ａを対向させて前記テストヘッドに保持された円形の配線基板２０と、該配線基板の下面２０ａに上面２２ａを対向させて配置された円形のプローブ基板２２と、該プローブ基板２２の下面２２ｂに配置された多数のプローブ２４とを含む。プローブ２４は、図示の例では、いわゆるカンチレバー型のプローブが用いられている。

配線基板２０は、ガラス入りエポキシ樹脂のような剛性を有する電気絶縁樹脂材料を母材とし、多数の導電路２６が必要に応じて多層に組み込まれた従来よく知られた多層配線基板である。配線基板２０の下面２０ａには、対応する導電路２６に接続された接続パッド２８が設けられている。

プローブ基板２２の上面２２ａには、配線基板２０の接続パッド２８に対応する接続パッド３０が設けられている。図示の例では、プローブ基板２２は、その上面２２ａが配線基板２０の下面２０ａから間隔おくように、環状ホルダ３２で配線基板２０に支持されている。また、プローブ基板２２と配線基板２０との間には、対応する接続パッド２８及び３０を接続するための例えばポゴピン接続器３４が配置されている。

プローブ基板２２は、図２に示す例では、例えばセラミックのような剛性を有する絶縁材料からなる板状の支持部材３６と、該支持部材の下面に固着された従来よく知られた多層配線フィルム３８とから成る積層構造を有する。プローブ基板２２の上面２２ａとなる支持部材３６の上面に、前記した接続パッド３０が設けられ、また支持部材３６には、対応する接続パッド３０から支持部材３６の下面に達する導電路４０が形成されている。導電路４０は、従来よく知られているように、Cu、Ag、MoあるいはW等の導電材料が充填されたスルーホールである。

多層配線フィルム３８には、支持部材３６の導電路４０に対応する導電路（図示せず）が形成されている。プローブ２４が設けられるプローブ基板２２の下面２２ｂとなる多層配線フィルム３８の下面には、前記したプローブ２４が、被検査体１４の電極１４ａに対応して配置されている。したがって、各プローブ２４は、多層配線フィルム３８内の前記導電路及び支持部材３６内の導電路４０を経てプローブ基板２２の対応する接続パッド３０に接続されている。

前記したような積層構造のプローブ基板２２では、プローブ基板２２の熱伸縮は支持部材３６の伸縮に支配され、プローブ基板２２の線膨張係数は支持部材３６の線膨張係数と見なせる。プローブ基板２２は、積層構造に代えて、単層構造とすることができる。

ポゴピン接続器３４は、プローブ基板２２及び配線基板２０の対応する接続パッド２８及び３０を相互に接続するポゴピン３４ａと、各ポゴピン３４ａを保持する従来よく知られたポゴピンブロック３４ｂとを備え、図示の例ではポゴピンブロック３４ｂは接続パッド３０上に載置されている。

各ポゴピン３４ａは、プローブ基板２２及び配線基板２０の対応する接続パッド２８及び３０を接続することから、各プローブ２４は、前記したように多層配線フィルム３８の前記導電路、該導電路に対応する導電路４０、該導電路に対応するポゴピン３４ａ、さらには、該ポゴピンに対応する配線基板２０の導電路２６を経て、テスタ１８に接続される。

被検査体１４の試験に際し、作業台１２上の被検査体１４を所定の測定温度にすべく熱源１６が制御下で動作され、配線基板２０及び被検査体１４が相近づくように例えば作業台１２が作動される。この作業台１２の作動により、各プローブ２４が対応する被検査体１４の電極１４ａに接続され、適度な押圧力を受けると、テスタ１８による試験が可能になる。

このとき、被検査体１４は作業面１２ａ上で熱伝導によって熱源１６から例えば熱エネルギーを受ける。そのため、比較的短時間で例えば測定温度Ｔ１に達する。しかしながら、プローブ基板２２は、作業台１２から間隔をおき、各プローブ２４が対応する被検査体１４の電極１４ａに接続する前は、単に作業台１２及び被検査体１４からの輻射熱を受けるに過ぎない。また、各プローブ２４が対応する被検査体１４の電極１４ａに接続された状態であってもプローブ２４を経る熱伝導によるエネルギーの伝達は極めて小さい。

そのため、前記制御回路の制御下で熱源１６が作動し、被検査体１４が所定の測定温度Ｔ１に達しても、プローブ基板２２は測定温度Ｔ１に達することなくそれよりも低い温度Ｔ２で飽和する。

同様に、前記制御回路の制御下で熱源１６が作動し、被検査体１４が測定温度Ｔ１と異なる例えば負温度である測定温度Ｔ′１に達しても、プローブ基板２２は測定温度Ｔ１に達することなく、例えばそれと異なる温度Ｔ′２で飽和する。

各測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）での被検査体１４とプローブ基板２２の温度差に起因する被検査体１４及びプローブ基板２２の熱伸縮差を抑制するために、プローブカード１０のプローブ基板２２には、板状の熱膨張調整部材４２が結合されている。

熱膨張調整部材４２は、プローブ基板２２の熱膨張を支配する支持部材３６の線膨張係数と異なる線膨張係数を有する板部材から成る。

プローブ基板２２の支持部材３６には、プローブ基板２２が被検査体１４の線膨張係数に近似した線膨張係数を有するように、従来よく知られているように、例えば、前記したセラミックの他、ガラス、ガラスセラミック、ガラスエポキシ樹脂のような絶縁性板部材が選択して使用される。このプローブ基板２２の線膨張係数に関連して、熱膨張調整部材４２は、プローブ基板２２の線膨張係数すなわち支持部材３６の線膨張係数と異なる線膨張係数を有する板部材が選択される。熱膨張調整部材４２として、支持部材３６とは成分割合や組成を異にする例えばガラス（３〜１０ｐｐｍ／℃）、ガラスセラミック（３．５〜８ｐｐｍ／℃）、セラミック（〜１０ｐｐｍ／℃）、ガラスエポキシ、金属、合金、木材、樹脂、石材（大理石：炭酸塩）、煉瓦（カオリナイト）、コンクリート、ナノチューブ材のような１０ｐｐｍ／℃以下の低い線膨張係数を有する板部材が用いられる。

図１に示す熱膨張調整部材４２は、図３に示すように、中央ボス部４２ａと、該中央ボス部を同心的に取り巻くリム部４２ｂと、中央ボス部４２ａ及びリム部４２ｂを結合すべく両者間で放射状に伸長するスポーク部４２ｃとを備える。熱膨張調整部材４２の各部４２ａ、４２ｂ及び４２ｃ間には、熱膨張調整部材４２の板厚に貫通する多数の穴４４が形成されている。各穴４４にポゴピン接続器３４が配置されている。

熱膨張調整部材４２は、図２に示すように、プローブ基板２２すなわち支持部材３６と一体的に伸縮すべく接続手段４６を介してプローブ基板２２の上面２２ａに結合されている。接続手段４６として、接着剤結合、金属共晶結合、陽極接合、ねじ止めのような機械的結合を適宜選択することができる。

本発明に係る熱膨張調整部材４２は、プローブ基板２２に結合されることにより、プローブ基板２２と共に複合体を構成し、プローブ基板２２の熱伸縮を拘束することから、熱膨張調整部材４２の線膨張係数の適切な選択により、図１に沿って説明したとおり、（式１）及び（式２）を満たすように、各測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）と対応する到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）における被検査体１４及び複合体（２２、４２）の伸縮変化量をほぼ等しくすることができる。

したがって、測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）のいずれか一方の測定温度で、プローブ基板２２上のプローブ２４の位置が被検査体１４の対応する電極１４ａ上に位置するように、設定することにより、両測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）でのプローブ２４と対応する電極１４ａとを許容誤差内とすることができる。プローブ基板２２に従来のような熱源を組み込むことなく、２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）での測定が可能となる。

前記した本発明に係るプローブカード１０を製造するにあたり、熱膨張調整部材４２の線膨張係数α３及びその板厚ｔ３の求め方を以下に詳述する。説明の簡素化のために、プローブ基板２２の多層配線フィルム３８は無視されている。

プローブ基板２２の温度変化が被検査体１４の温度変化に追従させるには、プローブ基板２２を１℃だけ上昇させる熱量（比熱×比重×体積）が被検査体１４のそれと同一であればよい。例えば、被検査体１４が平面積Ｓ１、厚さ寸法ｔ１、比重ρ１、比熱ｃ１を有するとき、プローブ基板２２（支持部材３６）が平面積Ｓ２、比重ρ２、比熱ｃ２を有すると、次式
ｃ１×ρ１×ｔ１×Ｓ１＝ｃ２×ρ２×ｔ２×Ｓ２
が成り立てば良い。

したがって、上式からプローブ基板２２の厚さ寸法ｔ２は、
ｔ２＝ｃ１×ρ１×ｔ１×Ｓ１／（ｃ２×ρ２×Ｓ２）…（１）
から求められる。

プローブ基板２２の熱膨張量の調整は、熱膨張調整部材４２の材料、構造、熱膨張調整部材４２とプローブ基板２２との結合面積により制御することができる。プローブ基板２２が線膨張係数α２、体積Ｖ２（Ｓ２×ｔ２）を有し、熱膨張調整部材４２が線膨張係数α３、平面積Ｓ３、厚さ寸法ｔ３を有し、Ｓ２＝Ｓ３とすると、プローブ基板２２及び熱膨張調整部材４２の複合体（２２、４２）の線膨張係数α４は、次式（２）
α４＝（Ｖ２×α２＋Ｖ３×α３）／（Ｖ２＋Ｖ３）
＝（Ｓ２×ｔ２×α２＋Ｓ２×ｔ３×α３）／（Ｓ２×ｔ２＋Ｓ２×ｔ３）
＝（ｔ２×α２＋ｔ３×α３）／（ｔ２＋ｔ３）…（２）
の関係が成り立つ。

また、プローブ基板２２及び熱膨張調整部材４２から成る前記複合体の線膨張係数α４に関し、被検査体１４の２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）とそれに対応する複合体（４２、２２）の到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）における被検査体１４及び複合体（４２、２２）の伸縮変化量が等しいことは、次式（３）及び（４）で表される。
（Ｔ１−ＲＴ）×α１＝（Ｔ２−ＲＴ）×α４ …（３）
（ＲＴ−Ｔ′１）×α１＝（ＲＴ−Ｔ′２）×α４ …（４）
ここで、ＲＴは室温を示し、α１は被検査体の線膨張係数を示す。

上記式（３）及び式（４）、さらに前記式（２）から複合体（４２、２２）の線膨張係数α４を求める次式
α４＝（Ｔ１−Ｔ′１）／（Ｔ′２−Ｔ２）×α１…（４．５）
が求められ、上記式（４．５）を上記式（２）に代入することにより、熱膨張調整部材４２の厚さ寸法ｔ３が決定される。
ｔ３＝｛（Ｔ′２−Ｔ２）×α２−（Ｔ′１−Ｔ１）×α１｝／｛（Ｔ′１−Ｔ１）×α１−（Ｔ′２−Ｔ２）×α３｝×ｔ２…（５）

また、熱膨張調整部材４２の線膨張係数α３及び板厚ｔ３については、式（２）の試算の繰り返しにより、式（２）を満たす板厚ｔ３及び線膨張係数α３のうち最適な線膨張係数α３及び板厚ｔ３が選定される。

熱膨張調整部材４２を多孔質部材で形成することが望ましい。多孔質部材からなる熱膨張調整部材４２は充実体からなる熱膨張調整部材４２に比較して該熱膨張調整部材の熱容量の低減と、プローブ基板２２及び配線基板２０間の断熱とを図ることができる。したがって、多孔質部材からなる熱膨張調整部材４２は、プローブ基板２２の実質的な熱容量の増大を抑制することができるので、被検査体１４の温度変化へのプローブ基板２２の温度変化の追従性を高めることができる。

図４に示されているように、熱膨張調整部材４２は、環状板部材を用い、その内方に接続器３４のための単一の穴４４を形成することができる。さらに、図５〜図７に示すように、熱膨張調整部材４２の穴４４を正方形のような矩形、六角形又は円形のような所望の形状に形成することができる。図５〜図７に示すような個々の穴４４にポゴピン接続器３４の各ポゴピン３４ａを配置することにより、熱膨張調整部材４２をポゴピンブロック３４ｂとして機能させることができる。したがって、この場合、ポゴピンブロック３４ｂを不要とすることができる。

また、ポゴピン接続器３４に代えて、従来よく知られた種々の電気接続器を適用することができ、また電気接続器を不要とし、プローブ基板２２の接続パッド３０を配線基板２０の接続パッド２８に当接して両パッド２８、３０を接続することができる。この場合、図４に示した環状の熱膨張調整部材４２をプローブ基板２２の下面に結合することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。例えばプローブとして、タングステン線のような針状のプローブを用いることができる。

１０ プローブカード
１２ 作業台（チャック）
１４ 被検査体（半導体ウエハ）
１６ 熱源
１８ テスタ
２０ 配線基板
２２ プローブ基板
２４ プローブ
２６、４０ 導電路
３４ 電気接続器（ポゴピン接続器）
３６ プローブ基板の支持部材
３８ プローブ基板の多層配線フィルム
４２ 熱膨張調整部材
４４ 熱膨張調整部材の穴
４６ 接続手段

Claims (10)

1. 電極を有する被検査体を加熱又は冷却するための熱源が組み込まれた作業台上に配置された前記被検査体の電気試験のために前記電極とテスタとを接続するプローブカードであって、
   一方の面を前記作業台に対向させて該作業台の上方に配置され、前記テスタに接続される導電路が形成された回路基板と、
   一方の面を前記回路基板の前記一方の面に対向させて該回路基板に保持されるプローブ基板であって、前記導電路に対応する導電路が形成されたプローブ基板と、
   前記プローブ基板の他方の面に設けられ該プローブ基板の対応する前記導電路に接続され、前記作業台上の前記被検査体の対応する各電極に接触可能の複数のプローブと、
   前記プローブ基板に結合され、該プローブ基板の熱伸縮を拘束すべく前記プローブ基板の線膨張係数と異なる線膨張係数を有し、前記プローブ基板との複合体を構成する熱膨張調整部材とを含み、
   前記プローブ基板の前記一方の面は前記回路基板に間隔をおいて配置され、前記熱膨張調整部材は前記プローブ基板の前記一方の面に結合された板部材から成り、
   前記被検査体が２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）にあるとき前記複合体が対応する到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）にあるとすると、各測定温度と対応する到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量が等しくなるように、前記プローブ基板の厚さおよび線膨張係数に基づいて前記熱膨張調整部材の厚さが設定されている、プローブカード。
2. さらに、前記回路基板と前記プローブ基板との間には、前記回路基板の前記導電路と前記プローブ基板の対応する前記導電路とを接続するための電気接続器が配置され、前記熱膨張係数調整部材は、導電路を有することなく前記電気接続器の挿通を許す穴が設けられている、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記板部材からなる熱膨張調整部材には、該熱膨張調整部材の熱容量の低減を図るべく前記板部材の板厚方向に貫通する少なくとも１つの穴が形成されている、請求項２に記載のプローブカード。
4. 前記板部材は前記プローブ基板の縁部を覆う環状部材であり、該環状部材はその内方に前記電気接続器の挿通を許す単一の前記穴を規定する、請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記板部材には、該板部材の板厚方向に貫通する前記穴を含む複数の穴が形成されており、各穴は矩形、円形又は六角形の平面形状を有し、整列して配置されている、請求項３に記載のプローブカード。
6. 前記板部材は、中央部と、該中央部を取り巻く環状リム部と、該リム部及び前記中央部を連結するスポーク部とを備え、前記中央部、前記リム部及び前記スポーク部とにより、該各部の間に前記板部材の板厚方向に貫通する前記穴を含む複数の穴が形成されている、請求項３に記載のプローブカード。
7. 前記熱膨張調整部材は、機械的結合手段、接着剤、金属共晶、共有結合を利用した陽極接合、表面原子の原子間力を利用した常温接合の少なくとも１つの選択された手段を用いて前記プローブ基板に結合されている、請求項１に記載のプローブカード。
8. 前記プローブ基板は、前記回路基板の前記導電路に接続される導電路が多層に形成された板状の支持部材と、一方の面が前記支持部材の一方の面に固着され、他方の面に前記プローブが設けられる可撓性フィルムであって前記支持部材の前記導電路に、該導電路に対応する前記プローブを接続する導電路が形成された可撓性フィルムとを備え、前記熱膨張調整部材は、前記支持部材の他方の面に結合され前記支持部材と異なる線膨張係数を有する、請求項１に記載のプローブカード。
9. 電極を有する被検査体を加熱又は冷却するための熱源が組み込まれた作業台上に配置された前記被検査体の電気試験のために前記電極とテスタとを接続し、
   一方の面を前記作業台に対向させて該作業台の上方に配置され、前記テスタに接続される導電路が形成された回路基板と、
   一方の面を前記回路基板の前記一方の面に対向させて該回路基板に保持されるプローブ基板であって、前記導電路に対応する導電路が形成されたプローブ基板と、
   前記プローブ基板の他方の面に設けられ該プローブ基板の対応する前記導電路に接続され、前記作業台上の前記被検査体の対応する各電極に接触可能の複数のプローブと、
   前記プローブ基板に結合され、該プローブ基板の熱伸縮を拘束すべく前記プローブ基板の線膨張係数と異なる線膨張係数を有し、前記プローブ基板との複合体を構成する熱膨張調整部材とを含み、
   前記プローブ基板の前記一方の面は前記回路基板に間隔をおいて配置され、前記熱膨張調整部材は前記プローブ基板の前記一方の面に結合された板部材から成り、
   前記被検査体が２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）にあるとき前記複合体が対応する到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）にあるとすると、各測定温度と対応する到達温度との温度差（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ′１−Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量が等しくなるように、前記プローブ基板の厚さおよび線膨張係数に基づいて前記熱膨張調整部材の厚さが設定されているプローブカードであって、
   前記被検査体が平面積Ｓ１、厚さ寸法ｔ１、比重ρ１、比熱ｃ１を有し、前記プローブ基板が平面積Ｓ２、比重ρ２、比熱ｃ２を有するとき、前記プローブ基板の厚さ寸法ｔ２を次式（１）により決定すること、
   ｔ２＝ｃ１×ρ１×ｔ１×Ｓ１／（ｃ２×ρ２×Ｓ２）…（１）
   また、前記プローブ基板が線膨張係数α２、体積Ｖ２（Ｓ２×ｔ２）を有し、前記熱膨張調整部材が線膨張係数α３、平面積Ｓ３、厚さ寸法ｔ３を有し、Ｓ２＝Ｓ３とするとき、前記プローブ基板及び前記熱膨張調整部材の複合体の線膨張係数α４を表す次式（２）
   α４＝（Ｖ２×α２＋Ｖ３×α３）／（Ｖ２＋Ｖ３）
   ＝（Ｓ２×ｔ２×α２＋Ｓ２×ｔ３×α３）／（Ｓ２×ｔ２＋Ｓ２×ｔ３）
   ＝（ｔ２×α２＋ｔ３×α３）／（ｔ２＋ｔ３）…（２）
   及び被検査体の２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）とそれに対応する前記複合体の到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量が等しいことを示す次式（３）及び（４）と、
   （Ｔ１−ＲＴ）×α１＝（Ｔ２−ＲＴ）×α４ …（３）
   （ＲＴ−Ｔ′１）×α１＝（ＲＴ−Ｔ′２）×α４ …（４）
   ここで、ＲＴは室温を示し、α１は被検査体の線膨張係数を示す。
   さらに前記式（２）とを用いて導き出される次式（５）
   ｔ３＝｛（Ｔ′２−Ｔ２）×α２−（Ｔ′１−Ｔ１）×α１｝／｛（Ｔ′１−Ｔ１）×α１−（Ｔ′２−Ｔ２）×α３｝×ｔ２…（５）
   から、前記熱膨張調整部材の厚さ寸法ｔ３を決定することで製造されることを特徴とする、プローブカード。
10. 請求項１に記載のプローブカードを製造する方法であって、
    前記被検査体が平面積Ｓ１、厚さ寸法ｔ１、比重ρ１、比熱ｃ１を有し、前記プローブ基板が平面積Ｓ２、比重ρ２、比熱ｃ２を有するとき、前記プローブ基板の厚さ寸法ｔ２を次式（１）により決定すること、
    ｔ２＝ｃ１×ρ１×ｔ１×Ｓ１／（ｃ２×ρ２×Ｓ２）…（１）
    また、前記プローブ基板が線膨張係数α２、体積Ｖ２（Ｓ２×ｔ２）を有し、前記熱膨張調整部材が線膨張係数α３、平面積Ｓ３、厚さ寸法ｔ３を有し、Ｓ２＝Ｓ３とするとき、前記プローブ基板及び前記熱膨張調整部材の複合体の線膨張係数α４を表す次式（２）
    α４＝（Ｖ２×α２＋Ｖ３×α３）／（Ｖ２＋Ｖ３）
    ＝（Ｓ２×ｔ２×α２＋Ｓ２×ｔ３×α３）／（Ｓ２×ｔ２＋Ｓ２×ｔ３）
    ＝（ｔ２×α２＋ｔ３×α３）／（ｔ２＋ｔ３）…（２）
    及び被検査体の２つの測定温度（Ｔ１、Ｔ′１）とそれに対応する前記複合体の到達温度（Ｔ２、Ｔ′２）における前記被検査体及び前記複合体の伸縮変化量が等しいことを示す次式（３）及び（４）と、
    （Ｔ１−ＲＴ）×α１＝（Ｔ２−ＲＴ）×α４ …（３）
    （ＲＴ−Ｔ′１）×α１＝（ＲＴ−Ｔ′２）×α４ …（４）
    ここで、ＲＴは室温を示し、α１は被検査体の線膨張係数を示す。
    さらに前記式（２）とを用いて導き出される次式（５）
    ｔ３＝｛（Ｔ′２−Ｔ２）×α２−（Ｔ′１−Ｔ１）×α１｝／｛（Ｔ′１−Ｔ１）×α１−（Ｔ′２−Ｔ２）×α３｝×ｔ２…（５）
    から、前記熱膨張調整部材の厚さ寸法ｔ３を決定することを特徴とする、プローブカードの製造方法。
    

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