JPH02210269A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体ウェハに形成されたＩＣ，ＬＳＩ等の電
気的特性を測定する為のプローブ装置に関し、より具体
的には、マイクロストリップライン技術により各プロー
ブを形成したブロー、ブ装置に関する。

（従来の技術） ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスや、ＴＶ画面を構成す
る液晶基板（ＬＣＤ）等には多数の電極が配置されてお
り、これらの電気的特性の検査にプローブ装置が利用さ
れている。この種プローブ装置においては、多数のプロ
ーブ針が所定の配列でプローブカードに取付けられてい
る。作業時には、プローブ針の先端が被検査体の電極パ
ッドに接続され、この接続状態で被検査体の検査が実行
される。

ＩＣ，ＬＳＩ等の高集積化により半導体デバイスの電極
数が増加し且つ微細化するのに伴って。

プローブ装置のプローブ針も同様に微細化且つ密集化の
方向にある。プローブ針の微細化及び密集化はプローブ
針の制作及び取付けを複雑でかつ高度な技術となる。特
にプローブ針としてプローブ装置の高周波特性を良好と
する同軸ケーブル状の構造が使用される場合は、微細化
及び密集化に対応したその正確な制作及び取付けが非常
に困難となり、これがプローブ装置の信頼性を低下させ
る原因となっている。

またプローブ装置には検査作業の自動化に対応すること
も必要となってきている。しかし高集積化されたＩＣ，
ＬＳＩのように微細化且つ密集化された多数の電極を有
するものを検査する場合、従来のプローブ針を取付けた
プローブカードを用いた装置では、プローブ針の性質上
程々の不都合が生じる。例えば−例として、上記構造の
装置にあっては、検査作業に先立って３針ごとに慎重な
位置調整作業が必要となる。

上記問題点に対処する技術として、特公昭６１−１４６
５９において、各プローブがマイクロストリップライン
技術により形成された構造が示されている。マイクロス
トリップラインは、典型的には金属ストリップ−絶縁基
板−金属ストリップからなる構造を有し、高周波用の布
線技術として良く知られている。

上記公報に開示の技術においては、被検査体の電極パッ
ドの数と同じ数の１個別に形成されたマイクロストリッ
プラインが、テスト基板若しくはプローブカードの下面
に取付けられている。各ストリップラインの先端部はプ
ローブカード中央の開口部から突出するように配置され
、各ライン先端部が各プローブとして機能とすると共に
、各リードストリップの先端部が各プローブの接点とし
て機能する。また該開口部の上部には、各ストリップラ
インの先端部即ち各プローブを被検査体の電極に付勢す
る為の圧着用治具が配設され、該治具と各ストリップラ
インとの間には緩衝材が配設されている。この構造の利
点は、ストリップライン構造の利用により高周波測定特
性が優れているだけでなく、従来の構造におけるプロー
ブの位置微調整のような作業が不要となることである。

（発明が解決しようとする課題） しかし高集積化に伴い、ＩＣ，ＬＳＩの電極となるパッ
ドの大きさは、−辺が７０−１１０．で、パッド間の距
離は例えば９０−１３０−程度となり。

このサイズに対応する為に必要となるストリッププロー
ブの幅は例えば６０−１００．どなる、この為、上述の
ように全ストリッププローブに共用の緩衝材を挟んで、
μｓ単位幅の各ストリッププローブを各電極パッドに押
圧する構造では、良好な電気的接触を得ることは極めて
困難となる。何故なら１チツプ内の各電極パッドには高
さにばらつきがあり、隣同志のパッドに凹凸が存在する
場合があるからである。

またマイクロストリップラインにおいては、安定な特性
インピーダンスを得る為には、被検査体のパッドに接触
するリードストリップとは反対側のグランドストリップ
の幅が無限大であることが理想となる。従って実際の装
置としても、リードストリップの幅に対してグランドス
トリップの幅は十分に大きく確保する必要がある。しか
し上記従来の構造ではリード側とグランド側とはストリ
ップ幅が概ね等しくなっている。

従って本発明の目的は、高集積化されたＩＣ１ＬＳＩの
ように微細化且つ密集化された多数の電極に対応する多
数のプローブが、マイクロストリップライン技術に基づ
き正確に配設されたプローブ装置を提供することである
。

また本発明の他の目的は、各プローブと被検査体の凹凸
な各パッドとの電気的接触を容易且つ確実に得ることが
できるようにすることにより、検査作業の自動化に対応
して確実な検査を行うことが可能なプローブ装置を提供
することである。

また本発明の他の目的は、各プローブの特性インピーダ
ンスを安定化することにより、高周波特性の優れたプロ
ーブ装置を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、少なくとも接触端が上記各プローブに対応し
て分割された可撓性を有する絶縁性基板と、この基板の
一方面に形成された導電性を有するリードストリップラ
インと、このリードストリップラインに対応し上記基板
の他方面に形成された導電性のグランドストリップライ
ンとを具備してなるプローブカードを得ることを特徴と
する。

さらに、本発明は被検査体の複数の電極パッドに対応し
て各プローブを接触させ電気的特性を検査するプローブ
装置においてＥ記プローブを可撓性を有する絶縁性基板
の一方面に導電性リードストリップラインを設け、この
リードストリップラインに対応する上記絶縁性基板の裏
面側にグランドストリップラインを設けたことを特徴と
する。

（作　　用） この発明は可撓性の絶縁基板の一方面にリードストリッ
プライン、他方面にグランドストリップラインのプロー
ブカードおよびこのカードを備えたプローブ装置により
、超微細化構造のプローブカードを構成でき、例えば高
集積化ＩＣの高周波特性の測定を可能ならしめる効果が
ある。

（実　施　例） 次に本発明装置の一実施例を図を参照して説明する。

第１図図示の如く、被検査体であるウエノ１１２上のＩ
Ｃチップ１４に対向するプローブ装置のテストヘッドは
プローブカード２２を主要部とする。プローブカード２
２の支持体をなす支持板２４は、第２図図示の如く、中
央の開口部２６を有し、この開口部２６の周囲に、各先
端部が上記開口部２６に臨むように４つのマイクロスト
リップラインユニット３２が配設される。このユニット
３２の各プローブ端子部４４は被検査体であるチップの
電極パッド配列に対応している。

上記各マイクロストリップラインユニット３２は。

第３図図示の如く、絶縁基板３４と、この一方の面に形
成されたリードストリップ（ｓ）３６と、他方の面に形
成されたグランドストリップ３８と、からなる。後に詳
述するように、夫々に分割された各リードストリップ３
６と、絶縁基板３４と、グランドストリップ３８と、の
組合わせにより被検査体の電極パッド１６に対応する各
マイクロストリップラインが形成される。上記ユニット
先端部で各ラインは各プローブ４２として機能とすると
共に、各リードストリップ３６の先端部は各プローブの
接点４４として機能する。

絶縁基板３４は、高絶縁性物質である水晶の単結晶から
、その先軸即ちＺ軸が面法線となるように切出された厚
さが１００−程度の薄板からなる。水晶は本来弾性の低
い材料（ヤング率は７８００００ｋｇｆ／ａｍ２）であ
るが、基板はその薄さゆえに可撓性を有する。この可撓
性は、熱の影響を受は難く且つ経時的変化の低い特性で
ある。絶縁基板３４の材料は水晶に限定されず１例えば
セラミックを採用することも可能である。この基板３４
は第４図に示めされているようにほぼ扇形であり短径部
に各操針パターンに相当する如く櫛形状分割された構成
である。このような形状の一体構造基板３４にリードス
トリップ３６から例えば印刷技術により形成されている
。

このリードストリップ３６のパターンは、第４図図示の
如く、各々のストリップ３６が独立して互いに絶縁され
るように形成され、自由端部側即ちプローブ４２側で、
ＩＣチップの電極パッド１６に相対する。各リードスト
リップ３６は原則的に同一の幅及び長さを以て構成され
、ストリップ長による信号のずれ（信号間のスキュー）
が生じないようになっている。但し、電源用のラインは
信号用のラインに比ベストリップ幅を大きくとるのが望
ましい、また各リードストリップ３６は、伝送波の反射
を防止する為、角度をもって折曲った部分が存在しない
ように配慮されている。例えば直線部から直線部への曲
りは円接線方向に沿った滑らかな曲線を描くように、ま
た先端は曲面状に加工する等の対策が施されている。

リードストリップ３６は例えば下記の多重金属層が選択
されている。その内容は先ず水晶基板３４の一方面上に
は、水晶に対し、てぬれ性の高いクロム（Ｃｒ）が５０
０人程度の厚さの層として形成され、その上にクロムに
対してぬれ性の高い金（Ａｕ）が５００人程度の厚さの
層として形成され、上記クロム及び金の両層が下地膜と
して機能する。そして上記下地膜上に、電気的検査信号
の伝送路となる導電層が３−５−程度形成されている。

この導電層の材質は、例えば金、銀、銅等の電気良導体
からなる。

グランドストリップ３８は水晶基板３４他方面上に全面
に亘って設けられた１つのストリップからなる。従って
この構造にあっては、グランドストリップ３８はアース
電極となる。所望とあればリードストリップの数に対応
する数のストリップをグランド側に形成し、各グランド
ストリップ３８の幅を各リードストリップ３６の幅に比
べて大きくすることも可能であろう。

グランドストリップ３８の多重金属層もリードストリッ
プ３６のそれと同様に構成している。即ち、先ず水晶基
板３４上には、水晶に対してぬれ性の高いクロムが５０
０人程度の厚さの層として形成され。

その上にクロムに対してぬれ性の高い金が５００人程度
の厚さの層として形成され、上記クロム及び金の両層が
下地膜として機能する。そして上記下地膜上に、電気的
検査信号の伝送路となる導電層が３−５．程度形成され
ている。

上記マイクロストリップラインユニット３２の先端部に
は、各リードストリップ即ち各プローブ４２の間に、基
板３４を楔状に切取った切込み４６が形成される。切込
み４６はエツチング技術により形成され、薬品（例えば
弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）水溶液）に対する水晶の
面方位によるエツチング速度の差が利用される。切込み
の長さは幅１例えば１．８７５Ｉ、この幅の開放端にお
いては５０−　ｇｏ、ａに狭く構成されており、これら
の幅値は前記水晶のヤング率（７８００ｋｇｆ／ａｍ”
　）及び厚さ（１００，）を考慮して、各プローブに対
応する先端部が決定される。従って基板の材料、厚さ等
の条件が異なってくれば、好ましい切込みの寸法は必然
的に異なってくる。

上記マイクロストリップラインユニット３２の後端部は
、フレシキブルプリント配線板５２の一端に接続されて
いる。このプリント配線板５２も上記ユニット３２と同
様なマイクロストリップライン構造をなし、上記ユニッ
ト３２と同じ特性インピーダンス例えば５０オームを有
する。他方上記プリント配線板５２の他端は電気的特性
の検査を行うテスター（図示せず）の入出力端子に直接
接続されている。

このようにして、被検査体のＩＣチップの電極バッド１
６からテスターの入出力端子までが同一の特性インピー
ダンス例えば５０オームを持った布線で結ばれた構造と
なり、１００ＧＨｚ以上の周波数の測定高周波を用いる
ことが可能となる。

支持板２４は、絶縁性で且つ作業中に撓んで変形しない
セラミック等の材料からなり、この中央の開口部２６は
、被検査体であるＩＣチップ上の全電極パッド１６を包
囲するよりも幾分大きめの寸法に形成されている。上記
支持板２４の下面には、該支持板２４と上記ユニット３
２と接続する為の第１突起５４及び第２突起５６の列が
付設される。第１突起５４及び第２突起５６は上記開口
部２６の周囲を囲むように放射方向に配列され、例えば
開口部２６の各辺に対応して第１突起５４及び第２突起
５６が夫々２個ずつ配設される。各突起５４．５６は絶
縁性且つ硬質の材料からなり、樹脂系接着剤により支持
板２４下面に固定される。第１突起５４及び第２突起５
６は、取付は後の上記ユニット３２が水平面に対して１
５°±５°の角度を以て被検査体１４に向けて傾斜する
ように意図されている。この為、第１突起５４は第２突
起５６よりも長く且つ各突起５４．５６のユニット取付
は面は水平面に対して所定の角度をなすように形成され
ている。

上記各ユニット３２は、先端部の各プローブ４２が被検
査体の電極パッド１６と対応するように位置決めされ、
エポキシ樹脂系の接着剤により突起５４．５６に固定さ
れる。この接看時、ユニット３２の後端部には既にフレ
キシブルプリント配線板５２が接続された状態となって
おり、従って上記ユニット３２の接着と並行して、上記
配線板５２が支持板２４の下面に樹脂系接着剤により固
定される。

図示の実施例においては、支持板の開口部２６の各辺に
対応する４つのユニット３２により被検査体の全電極パ
ッド１６と同数のプローブ４２を提供するようになって
いる。しかし１つのユニットで全電極パッドと同数のプ
ローブを提供することも可能であり、例えばそのような
例としては中央にプローブが集合した開口部を有する円
盤状のユニットが考えられる。但し図示実施例のように
、幾つかのユニットに分割して全プローブを提供するほ
うが、プローブが故障した際に不良ユニットのみを交換
すればよいし、またプローブの位置修正が行いやすい等
の利点がある。勿論これらユニットを一体に構成しても
よい。

上記マイクロストリップラインユニット３２を製造する
プロセスの例は以下の通りである。

先ず、スパッタ装置の真空チャンバ内で、上記水晶基板
３４の両面に、水晶に対してぬれ性の高いクロム層７１
をスパッタリングし、この層７１は第１の下地膜として
５００人程鹿の厚さに形成する。続いて上記クロム層７
１上にクロムに対してぬれ性の高い金層７２をスパッタ
リングし、この層７２は第２の下地膜として５００人程
鹿の厚さに形成する。　そして更に電解メツキにより、
上記下地膜７２上に電気良導電体の金層７３を３−５−
程度メツキにすることにより導電層を形成する。上記導
電層用の金属としては、金の代わりに、銀、銅等の電気
良導体を使用することも可能であり、これらの金属が使
用される場合は、表面の酸化防止の為、最後に電解メツ
キにより、金の酸化防止層が２１Ｕ程度配設されること
が望ましい。

所定の金属層を形成した後、バターニングするため、基
板３４両面の導電層又は酸化防止層全面にレジストを塗
布し、露光及び現像により金属ストリップを形成する部
分以外のレジストを除去する。

そしてウェットエツチングにより露出金属層を除′去し
、各リードストリップ間の基板表面が露出される。従っ
て、その後レジストを除去することにより、基板の一方
の面にはリードストリップ３６のパターンを得ることが
でき、他面にはグランドストリップ３８が得られる。

次に基板３４の両面の全面に再びレジストが塗布され、
露光及び現像によりユニット先端部の上記切込み４６を
形成する部分のレジストが除去される。

モして弗化アンモニウム（Ｎｌ（、Ｆ）水溶液等の腐食
液によるウェットエツチングにより露出水晶部分が除去
され、切込み４６が形成される。この時、水晶の面方位
によるエツチング速度の差が利用される。

−船釣に、弗化アンモニウムに対する水晶の面方位によ
るエツチング速度は、ｘ：ｙ：ｚα６：１：１００され
ており、ここでＺは水晶の光軸即ちＺ軸方向、ＸはＺ軸
に垂直な方向のうち結晶の六角形の対角線を結ぶＸ軸方
向、Ｙは残りのＹ軸方向におけるエツチング速度を夫々
示す、基板３４はＺ軸が面法線となるように切出されて
いる為、厚さ方向で選択的に腐食がなされ、従って、所
望の寸法の切込みが正確に形成される。以上の操作によ
り。

所望の構造のマイクロストリップラインユニット３２が
得られる。

次に本発明に係るプローブ装置の検査時における動作態
様を説明する。

先ず表面に被検査体であるＩＣチップ１６の形成された
ウェハ１２が、プローブ装置のプローブカード２２の対
向位置に配置される。次にプローブカード２２が実質的
に固定された状態で、ウェハ１２が所定量上昇され、各
プローブの接点４４即ち各リードストリップ３６の先端
部が、ＩＣチップの電極パッド１６に当接される。そし
てウェハ１２が更に上昇され、即ち、オーバードライブ
がかけられる。この時、切込み４６により各プローブ４
２ごとに分割された水晶基板３４の先端部即ち自由端部
が、それ自身の可撓性により上向きに撓み、各プローブ
の接点４４と電極パッド１６との間の密接な電気的接続
を提供する。また被検査体の電極パッド１６表面に酸化
膜が形成されていたり、汚染されている場合、上記オー
バードライブ操作により表面が削られ、所望の電極パッ
ド１６表面が得られることとなる。ＩＣチップの電極パ
ッド１６は、−船釣に高さにばらつきがあり、隣同志で
凹凸が存在するが、水晶基板の先端部の切込み４６によ
り各プローブ４２が独立して撓むことが出来る為、上記
凹凸に係わりなく確実に電気的接続が達成される。

各テスターと工Ｃチップ１４との電気的接続状態におい
て、ＩＣチップ１４の入力電極に、テスターから出力さ
れたテスト信号がプローブ４２より印加され、他方ＩＣ
チップ１４の出力電極からの出力信号が他のプローブ４
２からテスターにフィードバックされ、所定の検査が行
われる。検査においては、プローブの接点からテスター
の入出力端子までが同−の特性インピーダンスを持った
布線で結ばれた構造となっている為、１００ＧＨｚ以上
の周波数の測定高周波を用いることが可能となる。検査
終了後。

ウェハ１２が降下され、プローブ４２と電極パッド１６
とが非接触状態となる。この時、切込み４６により各プ
ローブ４２ごとに分割された水晶基板３４の先端部は、
それ自身の反力により元の状態に復帰する。

以上説明したようにこの実施例を要約するとウェハ上の
ＩＣチップ等の電気的特性が測定する為のプローブ装置
が開示される。プローブ装置は複数の上記プローブが一
体的に形成されたマイクロストリップライン構造のユニ
ットを含む。上記ユニットは、可撓性をなす水晶基板と
、その一方の面上で互いに絶縁された複数のリードスト
リップと、他方の面上の１つのグランドストリップと、
からなる、上記ユニットの先端部には、各リードストリ
ップ間に、基板を切取った切込みが形成される。上記ユ
ニットは、その先端部が自由端部となり且つ水平面に対
して所定角度で上記電極パッドに向けて傾斜するように
支持される。上記各リードストリップと、絶縁基板と、
グランドストリップと、の組合わせにより上記各電極パ
ッドに対応する各マイクロストリップラインが形成され
る。

上記ユニットの先端部で各ラインは各プローブとして機
能とすると共に、各リードストリップの先端部は各プロ
ーブの接点として機能する。

以上上記の詳細は、添付の図面に示される望ましい実施
例に従って説明されてきたが、これら実施例に対しては
、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更、改良が
可能となることは明白である０例えばリードストリップ
ラインを末広がり構造にパターン化したが、直線状にし
てもよい。さらに、上記実施例では各ユニットを被検査
体面に対し斜交する如く構成したが、上記被検査体面に
対し、直交する方向に構成してもよい。

以上説明したように、この実施例によれば、被検査体上
の複数の電極パッドに対応する各プローブがマイクロス
トリップライン構造のユニットに一体的に形成される。

上記ユニットは、可撓性をなす絶縁基板と、絶縁基板の
一方の面に配設されたリードストリップ（ｓ）と、絶縁
基板の他方の面に配設されたグランドストリップ手段と
、からなる。上記リードストリップは、各々のストリッ
プが独立して互いに絶縁されるように形成されている。

従って、上記各リードストリップと、絶縁基板と、グラ
ンドストリップ手段と、の組合わせにより上記各電極パ
ッドに対応する各マイクロストリップラインが形成され
、上記ユニットの先端部で各ラインは各プローブとして
機能とすると共に、各リードストリップの先端部は各プ
ローブの接点として機能する。

上記ユニットの先端部には、各リードストリップ間に、
基板を切取った切込みが形成されるであろう。この切込
みの形成により各ライン先端部で構成される各プローブ
が個別に可動な可撓性を有するようになる。

上記ユニットは、その先端部が所定角度望ましくは水平
面に対して１５°±５ａの角度で上記電極パッドに向け
て傾斜するように支持されるであろう。この角度の形成
により、各プローブと電極パッドとの電気的接続が確実
なものとなる。

上記グランドストリップ手段は、絶縁基板の他方の面の
実質的に全面に亘る１つのストリップとして形成される
であろう、安定な特性インピーダンスを得る為には、グ
ランドストリップの幅が、リードストリップの幅に対し
て十分に大きく確保されることが望ましいからである。

上記ユニットは、その先端部が自由端部となるように支
持されるであろう。しかし該先端部の裏面側にクツショ
ンを介在させることも可能である。

上記絶縁基板は、水晶の光軸即ちＺ軸が面法線となるよ
うに切出された水晶薄板からなるであろう、水晶の切出
し面の選択は、エツチング加工の良好性を考慮してなさ
れている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可撓性を有する絶縁基板の一方面にリ
ードストリップライン、他方面にグランドストリップラ
インを設けたプローブカードおよびこのカードを備えた
プローブ装置を得ることができるので、高周波特性を得
ることができるので、高周波特性を測定するための同軸
構造を薄膜技術の利用により超微細化でき、超ＬＳＩ高
周波ＩＣチップの特性を測定できるプローブカードおよ
びプローブ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ウェハ上のＩＣチップを検査対象とした、本
発明に係るプローブ装置の一実施例の要部を示す縦断側
面図、第２図は、第１図のプローブカードを説明するた
めの平面図、第３図は。 第１図の装置におけるマイクロストリップラインユニッ
トを説明するための縦面正面図、第４図は、第３図マイ
クロストリップラインユニットの平面図である。 図において、 ３４・・・水晶板　　　　　　３６・・・リードストリ
ップ３８・・・グランドストリップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも接触端が上記各プローブに対応して分
   割された可撓性を有する絶縁性基板と、この基板の一方
   面に形成された導電性を有するリードストリップライン
   と、このリードストリップラインに対応し上記基板の他
   方面に形成された導電性のグランドストリップラインと
   を具備してなることを特徴とするプローブカード。
2. （２）被検査体の複数の電極パッドに対応して各プロー
   ブを接触させ電気的特性を検査するプローブ装置におい
   て上記プローブを可撓性を有する絶縁性基板の一方面に
   導電性リードストリップラインを設け、このリードスト
   リップラインに対応する上記絶縁性基板の裏面側にグラ
   ンドストリップラインを設けたことを特徴とするプロー
   ブ装置。