JPH05273237A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハのプローブカードにおいて、プ
ローブ針が半導体素子の電極に精度良く接触するプロー
ブカードを提供する。 【構成】 半導体ウエハのプローブカードにおいて、プ
ローブ針の先端を加工して、半導体素子の電極に線接触
する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程におけ
る半導体素子（半導体ウエハに形成された半導体チップ
及びパッケージ成形された完成品の半導体製品（ＩＣ）
の両方を含む）の電気的特性を測定するためのプローブ
カードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来半導体製造工程において、半導体素
子の電気的特性を測定し、良否を検査する工程がある。
この検査工程には、大別して二種類ある。一種類は、半
導体ウエハ上に形成された多数の半導体チップの電極
（列）にプローブカードのプローブ針（列）を接触させ
測定している。他種類は、パッケージ成形された後の半
導体製品（ＩＣ）の各端子（列）にプローブ（列）を接
触させプローブ針からの出力測定によって半導体素子の
電気的特性を測定し良否を検査する物である。特に多ピ
ン用半導体チップは後工程の実装方法を考慮して、バン
プ状の電極を形成している。何れもプローブカードを所
定装置に取り付け、プローブ針を各電極（列）、各端子
（列）に電気的に接触させ検査している。

【０００３】上記プローブカードは、プリント配線され
た基板（固定板）と複数のプローブ針から成り、このプ
ローブ針にはタングステン等の線材（断面円形）が用い
られている。この線材の先端が直径５０μ〜３０μ程度
の円錐形状（円錐形の頂端がほぼ球面に近い形状を意味
する。以下円錐球状と言う）に形成し、更にこの先端を
半導体ウエハ面に対し直交方向と約７度程度傾斜させ、
この傾斜した先端を電極等に対し、電気的に接触するよ
うに曲げらている。この電極等と接触する先端は上述し
たように直径５０μ〜３０μ程度の円錐球状であるの
で、各電極面、各端子面に点接触した後、オーバドライ
ブをかける時、先端が上述した球状に習ってほぼ楕円球
状で窪むよう電極等にめり込み接触している。（実公昭
５８−２６５３１，特開昭５７−１４３８３９号公報参
照）また、プローブ針の形状は実開昭５９−１７８６
０，実開昭６１−１５７３６，実開昭６１−９２８７
８，実開昭６１−１２７６３７号等に記載されている。

【０００４】ところで、最近の半導体素子、特に１Ｍ以
降の半導体素子は高集積度が進み、それに伴って、特に
ＡＳＩＣ、ゲートアレイ等の半導体素子（多ピン半導体
チップ）は、単位面積当りの半導体チップ上に形成され
る電極数の増加、各電極間隔の短間隔化、電極面積の縮
小面積化が進んでいる。この多ピン半導体チップを用い
た半導体製品（ＩＣ）においても同様である。

【０００５】一方、従来から用いられている上記プロー
ブカードのプローブ針は、上述したように直径が３０〜
５０μｍ程度ほぼ球状をしており、多ピン半導体チップ
の電極辺６０μ以下（一般の半導体素子の電極辺１００
μ）、多ピン半導体製品（ＩＣ）の端子幅、２００μ以
下（一般の半導体製品の端子幅、４００μ）と点接触す
る。この点接触はウエハプローバ（ウエハ検査装置）、
デバイスプローバ（完成品ＩＣ検査装置）などによって
位置決めされた半導体ウエハやＩＣに対して行われる。
これらプローバでは、半導体ウエハやＩＣをプローブカ
ードに対して相対的に移動（上昇または下降）させ、各
電極や端子のそれぞれにプローブ針でオーバドライブ
（押圧）をかけ検査している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のプローブカ
ードに次の欠点が指摘されている。（１）多ピン半導体
素子のバンプ電極（１辺の長さ６０μ、電極間隔１００
μ）のプローブ針列に対する位置決めは、更に高精度に
開発しなければない。即ち、ウエハプローバの位置決め
を高精度にする為、メカ精度を更に向上させなければな
らない。（２）また、メカ精度を向上させたとしても、
上記プローブ針の球状中心と端子幅の中心とがほぼ同軸
位置に位置決めし接触させてもオーバドライブ（押圧）
をかけた時、電極（バンプ電極）辺６０μの角が微小で
あるがＲになっている為、線材の弾性によってプローブ
針を多少滑らせながら接触させるものであり、プローブ
針の先端が点接触（球面接触）である為、電極面から滑
り飛び出（外れる）してしまうおそれがある。

【０００７】その結果、良品の半導体素子であっても不
良品として検査されてしまう。しかも飛び出た先端が完
成品ＩＣの場合、端子幅の側面にプローブ針先端側面と
擦れ、プローブ針先端を破損させてしまうおそれがあ
る。

【０００８】言い替えれば、プローブ針が点接触である
が故、プローブ針をオーバドライブ（押圧した）時、プ
ローブ針が電極や端子の点接触から電極や端子の外に滑
り落ち（逃げ）易いといった問題があった。また、プロ
ーブ針が滑り落ちない範囲でメカ精度を向上させるため
には、従来のプローブ装置は適用できないといった問題
があった。

【０００９】そこで発明者は電極、端子の位置決めの高
精度化は、ウエハプローバ、デバイスプローバのメカ精
度に頼らず、プローブ針の形状で解決できると考えた。
また、プローブ針の先端が端子面から滑り飛び出（外れ
る）してしまう欠点は、点接触であるが故に先端が端子
面から逃げてしまうと考え、これもプローブ針の形状で
解決できると考えた。

【００１０】本発明は、半導体素子を測定する検査装置
のメカ精度の現状レベルを維持しつつ、またプローブ針
が電極や端子の中心位置からズレて接触した場合も、プ
ローブ針が電極や端子から滑り落ち難いプローブ針を有
したプローブカードを提供する事にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術的課
題を解決するために、半導体素子に形成された電極部に
接触するプローブ針を有し、このプローブ針からの出力
によって前記半導体素子の電気的特性を測定するプロー
ブカードにおいて、前記プローブ針の先端部を半導体素
子の電極部に線接触するように形成したプローブカード
を手段とする。また、上記線接触は、上記プローブ針の
先端部に稜線部を形成し、この稜線部はプローブ針の先
端部に形成した半月部の弦部によって構成されるプロー
ブカードを手段とする。

【００１２】

【作用】本発明のプローブカードにおいて、半導体素子
の電極面、端子面と接触するプローブ針先端が線で構成
しているので、プローブ針先端と上記電極面、端子面と
が微細に位置ずれしても、線幅がある為、この線幅の何
処かに接触する事ができる。また、プロ−ブ針先端に線
幅を持たせたので、この線幅がオーバドライブをかける
方向と直交方向（プローブ針が上面を滑り、左右の端子
外に滑り落ちる方向）に曲がり難い働きをする。

【００１３】また、プローブ針の製造・組立に際し、線
材（断面円形）が加工容易であり、この線材を用いて、
即ちこの線材の先端部を稜線に形成する事により容易に
プローブ針を製造することができる。しかも、上記稜線
部を得るに際し、線材の先端のテーパ部を半月状に切欠
し、この切欠した弦部によって構成するので、従来のピ
ン数の少ないプローブ針工程に一作業を追加する事で、
今までの工程をそのまま利用できる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図４は、本発明のプローブカードの一実施
例を示す全体の縦断面図である。

【００１６】図に示すように、この実施例のプローブカ
ード１はプリント配線された基板２と、線材のプローブ
針３とから成っている。このプローブ針３の固定端は基
板２の面（実施例では下面）に固定（例えば接着剤等）
され、遊端はウエハと電気的に接触し、例えば電極と接
触し、この電極と外部テスタ（図示せず）とを通電させ
て測定している。上記固定端と上記遊端との間に支持部
材４が配設されている。上記プローブ針３は線材、例え
ば直径２００μ、長さ２５．４ｍｍ、遊端のテーパ長４
ｍｍ、材質タングステン等の線材が用いらている。ここ
で、この線材はウエハの種類により替える事は言うまで
もない。

【００１７】上記線材を基板２面に対し所定の傾き、例
えばほぼ７度傾けて固定端が固定されている。更に、上
記プローブ針３のウエハ５と接する先端部３Ａａは、図
に示す様に、ウエハ５面に対する垂直線６と所定の傾
き、例えばほぼ７度傾けて曲げられている。

【００１８】図１は、本発明のプローブ針５先端の一実
施例を示すプローブ針縦断面正面図である。図１におい
て斜線部分３ｂを次の通り切欠く。

【００１９】図において、プローブ針３の先端部３ａが
プローブ針３の先端を通る軸心７と垂直線６（載置台５
に載置された半導体ウエハ６面との垂直線）と交差する
交点Ｐ位置（３ａでもある位置）から高さΔｔ、例えば
針先直径５０μであればＲ２５μをウエハ５面と平行に
切欠される。（ここで電極等と接触する線の長さを例え
ば４０μとするならば、切欠高さΔｔを１０〜２０μに
変更すれば良い。）図では、切欠量を斜線で表示してい
る。

【００２０】更に、上記切欠された先端面３ｂの両サイ
ド、例えば右サイドθ１と左サイドθ２を稜線が形成よ
うに切欠されている。この切欠する角度は、例えば右サ
イドθ１が４５度、左サイドθ２を３０度で切欠してい
る。この時の稜線幅（以下線幅と言う）は、例えば２０
μ（図３参照）の線幅に形成されている。

【００２１】図２は、図１のプロ−ブ針の他の断面図で
ある。図３は、図１のプロ−ブ針先端を下方から見た下
面図である。

【００２２】なお、プローブ針３の先端部形状は上記実
施例に限らずウエハ５面と接する先端面３ｂに線接触す
る稜線部を形成する角度、例えばθ１＝３０度、θ２＝
３０度で切欠してあっても良い。ここで線材を用いて稜
線部を形成する事により半月状になる。即ち、切欠した
方向から見ると半月形状になる。

【００２３】図４は、図１のプロ−ブ針を有したプロー
ブカードをウエハプローバに取り付け、ウエハを測定す
る縦断面正面図である。

【００２４】図において、上記ウエハプローバでウエハ
５を測定するに際し、ウエハプローバのウエハカセット
（図示せず）から、ウエハ５を裁置台（チャック）８ま
でハンドリングされる。このハンドリングされたウエハ
５は測定部までロードされる。（ロード部は図示せず）
このロ−ドしたウエハ５は光学手段、例えば画像処理装
置（撮像管等、図示せず）を用いて、バンプ電極位置に
対応するプローブ針３位置を合致させるように位置合わ
せされる。この位置合わせされたウエハ５の電極（図５
中５ａ，５ｂ）にプローブ針（電極と対応したプローブ
針）３が当接される。（当接とは、例えば電極５ａ、５
ｂにオーバドライブをかける前にウエハ５に接した状態
を言う。）この当接した電極に所定のオーバドライブ、
例えば５０μかけられる。即ち、裁置台８を上昇させ
て、ウエハ５にオーバドライブ、例えば５０μかける様
に設定されている。

【００２５】図５は、図１のプローブ針３の中心とウエ
ハ５の電極面中心とがほぼ同心の時の動作を説明する縦
断面側面図である。図６は、図５の縦断正面図である。

【００２６】図５において、プローブ針３間ピッチ、例
えば１００μおよびウエハ５の電極５ａ、５ｂ間ピッ
チ、例えば１００μで、上記プローブ針３先端の線長、
例えば５０μ（図３参照）であり、また電極面の一端
辺、例えば６０μの場合。電極５ａ、５ｂのほぼ中心に
プローブ針３間ピッチ１００μの中心がほぼ合致してい
るので、プローブ針３の線長５０μが電極５ａ、５ｂ一
端辺６０μのほぼ中心に位置し接触している。但し、図
６に示すように、電極５ａ、５ｂ一端辺のほぼ中心に接
触するが、所定のオーバドライブ、裁置台８を上昇例え
ば５０μ上昇させた時微少Δχ、例えば５μ〜６μがウ
エハ５方向と同方向（裁置台の上昇方向と直角方向）に
横ズレする。この横ズレ量（ほぼ６μ）とプロ−ブ針３
との線幅（ほぼ２０μ）の合算は２６μであり、電極５
ａ、５ｂの一端辺が６０μに対する２６μであり、計算
的に１７μ（＋−）の位置誤差があっても測定は可能で
ある。

【００２７】図７は、図１のプローブ針の中心とウエハ
の電極面中心とが正面方向に３０μ位置ズレした時の動
作を説明する縦断面側面図である。

【００２８】図において、プローブ針３間ピッチ、例え
ば１００μおよびウエハ５の電極５ａ、５ｂ間ピッチ、
例えば１００μで、上記プローブ針３先端の線長５０μ
であり、また電極５ａ、５ｂ面積の一端辺６０μの場
合。電極５ａ、５ｂのほぼ中心（ＣＬ５，ＣＬ６）にプ
ローブ針５ａ、５ｂ間ピッチ１００μの中心（ＣＬ３，
ＣＬ４）が正面方向に３０μ位位置ズレしているので、
プローブ針３の線長５０μの中心（ＣＬ３，ＣＬ４））
が電極一端辺６０μの端（図では左端）に位置し接触し
ている。この場合、電極５ａ、５ｂ面に対し線長の５０
μの内２５μが接触しているので３０μ（＋−）の位置
誤差があっても測定は可能である。

【００２９】図８は、図１のプローブ針を有したプロー
ブカードをデバイスプローバ（完成品の半導体製品測定
装置）に取り付け、完成品の半導体製品（ＩＣ）を測定
する主要部の縦断面正面図である。

【００３０】図において、上記デバイスプローバで完成
品の半導体製品（ＩＣ）９を測定するに際し、半導体製
品９を裁置台（チャック）１０までハンドリングされ
る。このハンドリングされた半導体製品９を測定部（プ
ローバカードの下方）までロードする。（ロード部図示
せず）このロードした半導体製品９を光学手段、例えば
画像処理装置（撮像管等）（図示せず）を用いて、リー
ド端子電極位置に対応したプローブ針１２位置と合致さ
せるように位置合わせする。この位置合わせされたリー
ド端子電極１１にプローブ針（端子電極と対応したプロ
ーブ針）１２を当接させる。（当接とは例えば電極端子
にオーバドライブをかける前に端子電極に接した状態を
言う。）この当接したリード端子電極１１に所定のオー
バドライブ、例えば５０μかける。即ち、裁置台１０を
上昇させて、リード端子電極１１にオーバドライブ、例
えば５０μかける様に設定されている。オーバドライブ
をかけた後測定する。

【００３１】図９は、図８のプローブ針１２の中心（Ｃ
Ｌ７，ＣＬ８）と、リード端子電極１１ａ、１１ｂ中心
（ＣＬ９，ＣＬ１０）とがほぼ同心の時の動作を説明す
る縦断面側面図である。図１０は、図８の縦断正面図で
ある。

【００３２】図９において、プローブ針１２ａ、１２ｂ
間ピッチ、例えば５００μおよびリード端子電極１１
ａ、１１ｂ間ピッチ、例えば５００μで、上記プローブ
針先端の線長、例えば１００μであり、またリード端子
電極１１の一端辺（短辺）、例えば２００μの場合。端
子電極１１のほぼ中心（ＣＬ９，ＣＬ１０）にプローブ
針間ピッチ５００μの中心（ＣＬ７，ＣＬ８）がほぼ合
致しているので、プローブ針１２の線長１００μが端子
電極一端辺２００μのほぼ中心（ＣＬ７，ＣＬ８）に位
置し接触している。但し、図１０に示すように、端子電
極１１一端辺のほぼ中心に接触するが、所定量のオーバ
ドライブをかける為、裁置台１０を５０μ上昇させた時
微少Δχ、例えばほぼ１０μが半導体製品９方向と同方
向（裁置台の上昇方向と直角方向）に横ズレする。この
横ズレ量（ほぼ１０μ）とプロ−ブ針との線幅（ほぼ５
０μ）の合算は６０μであり，電極の一端辺が、例えば
４００μに対する６０μであり、計算的に１７０μ（＋
−）の位置誤差があっても測定は可能である。

【００３３】図１１は、図８のプローブ針の中心とリー
ド端子電極の中心とが１００μ位置ズレした時の縦断面
側面図である。

【００３４】図において、プローブ針１２ａ、１２ｂ間
ピッチ、例えば５００μおよびリード端子電極１１ａ、
１１ｂ間ピッチ、例えば５００μで、上記プローブ針１
２先端の線長１００μであり、また端子電極一端辺２０
０μの場合。端子電極１１のほぼ中心（ＣＬ９，ＣＬ１
０）にプローブ針１２ａ、１２ｂ間ピッチ５００μの中
心（ＣＬ７，ＣＬ８）が１００μ位置ズレしているの
で、プローブ針１２の線長１００μの中心（ＣＬ７，Ｃ
Ｌ８）が端子電極の一端辺１００μの端（図では左端）
に位置し接触している。この場合、２００μの端子電極
に対し線長の１００μの内５０μが接触しているので１
００μ（＋−）の位置誤差があっても測定は可能であ
る。先端が直線で接触する構成にしたので、この直線の
何れかに端子電極が接触する。

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプローブ
カードによれば、プローブ針の先端部を線接触する形状
にしたので、半導体素子の電極等とプローブ針の先端部
との位置合わせが容易になるばかりでなく、多ピン半導
体チップに対応できるプローブカードが実現できる可能
性がでてきた。

【図面の詳細な説明】

【図１】本発明のプローブ針の先端部の一実施例を示す
縦断面正面図である。

【図２】図１の縦断面側面図である。

【図３】図１のプローブ針の先端部の下面図である。

【図４】図１のプローブ針を有したプローブカードをウ
エハプローバに取り付けた縦断面正面図である。

【図５】図１のプローブ針の中心とウエハの電極面中心
とがほぼ同心の時の縦断面側面図ある。

【図６】図５の縦断面正面図ある。

【図７】図５のプローブ針の中心とウエハの電極面中心
とが３０μ位置ズレした時の縦断面側面図である。

【図８】図１のプローブ針を有したプローバカードをデ
バイスプローバに取り付け、完成品の半導体製品（Ｉ
Ｃ）を測定する縦断面正面図である。

【図９】図８のプローブ針の中心（ＣＬ７，ＣＬ８）
と、リードフレーム端子電極中心（ＣＬ９，ＣＬ１０）
とがほぼ同心の時の動作を説明する縦断面側面図であ
る。

【図１０】図９の縦断面正面図である。

【図１１】図９のプローブ針の中心とウエハの電極面中
心とが正面方向に３０μ位置ズレした時の動作を説明す
る縦断面側面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子に形成された電極部に接触す
   るプローブ針を有し、このプローブ針からの出力によっ
   て前記半導体素子の電気的特性を測定するプローブカー
   ドにおいて、前記プローブ針の先端部を半導体素子の電
   極部に線接触する形状にしたことを特徴とするプローブ
   カード。
2. 【請求項２】 前記プローブ針の先端部に稜線部を形成
   し、この稜線部はプローブ針の先端部に形成した半月部
   の弦部によって構成されることを特徴とする請求項１記
   載のプローブカード。