JPH0750325A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウエハを加熱または冷却した状態で
電気的測定を行うにあたってプローブカードの接触子を
ウエハ上のチップの電極パッドに確実に接触させる。 【構成】 ポリイミド薄膜内及びその表面に夫々信号線
導電路である導電層３１、４２を形成して配線基板３と
し、これの下面にシリコンと同程度の熱膨張係数を有す
るＳｉＮ薄膜４を接合すると共に、ＳｉＮ薄膜４の下面
にバンプ４１を配列する。そして配線基板３の上面から
ＳｉＮ薄膜４の下面に亘って、バンプ４１の配列領域の
外側にてスルーホール２１を形成し、このスルーホール
２１により両者を固定すると共に、バンプ４１とカード
本体２０の周縁部の接続部とを前記導電層３１、４２及
びスルーホール２１により電気的に接続し、こうしてプ
ローブカードを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ウエハプロセスが終了してシリコンウエハ内にＩＣチッ
プが完成した後、電極パターンのショート、オープン
や、ＩＣチップの入出力特性などを調べるためにプロー
ブテストと呼ばれる電気的測定が行われ、半導体ウエハ
（以下「ウエハ」という。）の状態でＩＣチップの良否
が判別される。その後ウエハはＩＣチップに分断され、
良品のＩＣチップについてパッケージングされてから例
えば所定のプローブテストを行って最終製品の良否が判
定される。

【０００３】このプローブ装置では、プローブ針を備え
たプローブカードと呼ばれる配線基板が用いられ、この
プローブカードは、絶縁基板の一面側に接点群が設けら
れると共に、一端がこれら接点群に夫々接続された例え
ばタングステンよりなるプローブ針の他端を斜めに延伸
して構成される。そして測定を行う場合、プローブカー
ドに形成された接点をテストヘッド側の電極に電気的に
接続する一方、プローブ針とウエハ上のチップの電極パ
ッドとをウエハ載置台の移動により位置合わせした後互
いに接触させ、テストヘッドからプローブカードを通じ
てチップにテスト用の信号を入力し、チップからの出力
信号にもとづいてチップの電気的測定を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでデバイスは最
近において増々微細化、高集積化する傾向にあり、これ
に伴いチップの電極パッドは微小化し、その配列ピッチ
も狭小化しつつある。電極パッドのサイズは、現在例え
ば一辺が約７０μｍ程度、プローブ針の先端は約３０μ
ｍ程度であるが、電極パッドが更に微小になりそのピッ
チも狭くなると、プローブ針の配列設定が非常に困難に
なってくる。

【０００５】そこで本発明者は、ポリイミドなどの樹脂
よりなる可撓性の薄膜を用い、この薄膜の一面側に例え
ば１８金や銅などの導電性突起であるバンプを接触子と
して形成すると共にこの薄膜内に、夫々バンプに接続さ
れる多層配線を形成してプローブカードを構成すること
を検討している。

【０００６】このようなプローブカードによれば、絶縁
基板上に例えば印刷技術を用いて微小なバンプを所定の
配列パターンで形成することができる。一方ＩＣチップ
を過酷条件において不良品を予め検出するバーンインテ
ストは通常チップをパッケージングした後行われていた
が、最近においてウエハの状態で行うことが検討されて
おり、この場合にはウエハ載置台の中に温調器が内蔵さ
れ、これによりウエハは例えば−４０〜＋１５０℃程度
の範囲で温度調整されて測定が行われる。

【０００７】しかしながらプローブカードに用いられて
いる薄膜の材質である樹脂例えばポリイミドとシリコン
ウエハとは熱膨張率が夫々２．４２×１０^-6、３．１×
１０^-5と可成り異なるため、このような過酷試験特に常
温から１００℃以上も上回る高温試験においては、電極
パッドに対するバンプの相対的位置が室温時に比べて大
きく変化し、その変化の程度はウエハの面積が広い程つ
まりウエハが大口径のものになる程大きい。

【０００８】従ってバンプをウエハ側の電極パッドの配
列に対応して薄膜上に形成しても、電極パッドのサイズ
が微小であり、しかも電極パッドのピッチが狭く、この
ためバンプもそれ程大きくすることができないので、バ
ンプが電極パッドから外れてしまうか接触状態が悪くな
ってしまう。従ってバンプを薄膜に形成するという手法
を用いてもこのままでは、デバイスの高集積化、微小化
及びウエハの大口径化に対してプローブテストが追従で
きなくなるという問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、シリコンを基材とした被検
査体を加熱または冷却した状態で電気的測定を行うにあ
たってプローブカードの接触子を被検査体の電極パッド
に確実に接触させることのできるプローブ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、測定
部に電気的に接続され、プローブカードに配列された接
触子を、シリコンを基材とした被検査体の電極パッドに
接触させ、前記被検査体を加熱または冷却して、測定部
によりチップの電気的測定を行うプローブ装置におい
て、プローブカードの少なくとも被検査体側の基板の材
質が窒化シリコンであることを特徴とするプローブ装
置。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、プローブカードは、絶縁基板内に面方向に導電層を
形成してなる配線基板と、この配線基板の被検査体側の
面に接合されると共に局所的に固定された窒化シリコン
基板と、この窒化シリコン基板の表面に配列されると共
に前記導電層に電気的に接続された接触子とを含むもの
であることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、プローブカードの全体の基板の材質が窒化シリコン
により構成されることを特徴とする。

【００１３】

【作用】シリコンの熱膨張係数と窒化シリコンとの熱膨
張係数がほとんど同じであるため、プローブカードを被
検査体に接触させ、これらが例えば高温状態になったと
き両者は同程度に熱膨張する。従って例えば常温でこれ
らの位置合わせが行われたとすると、電極パッドと接触
子との広がり方が同程度であり、相互の相対位置がほと
んど変わらないため、被検査体上に微小な電極パッドが
狭ピッチで配列されていても電極パッドと接触子とが正
確に接触する。

【００１４】

【実施例】図１及び図２は夫々本発明の実施例の全体構
成図及び要部の拡大断面図である。図中１はウエハ載置
台であり、このウエハ載置台１にはヒータ１１や図示し
ない冷媒流路を含む温度調整手段が内蔵されいて、ウエ
ハＷの温度を例えば−４０℃〜１５０℃の範囲に調整で
きるように構成されている。またウエハ載置台１は、駆
動機構１２により例えばＸ、Ｙ、θ（鉛直軸まわり）方
向に微量に駆動されると共に、検査位置と受け渡し位置
との間で昇降できるようになっている。

【００１５】前記ウエハ載置台１の上面側には、これに
対向するように例えば円形状のプローブカード２が設け
られており、このプローブカード２は、例えば周縁部下
面側にて支持部材１３に支持されている。前記プローブ
カード２のカード本体２０は、可撓性の絶縁基板例えば
ポリイミド薄膜を用い、この中に後述の導電層を形成し
てなる配線基板３とこの配線基板３のウエハＷ側（図
１、図２では下側）の面に重ね合わせられたＳｉＮ（窒
化シリコン）基板例えばＳｉＮ薄膜４とから構成されて
いる。ＳｉＮ薄膜４の下面には接触子例えば導電性突起
であるバンプ４１が配列されている。このバンプ４１
は、例えばウエハＷの全てのチップの電極パッドに夫々
一括して接触するように当該全ての電極パッドに対応し
て配列されており、例えば１８金、タングステン、ある
いはニッケル合金などから構成される。

【００１６】そして前記カード本体２０におけるバンプ
４１の配列領域の外側領域にて、カード本体２０の一面
側から他面側に貫通するようにつまり配線基板３の上面
からＳｉＮ薄膜４の下面側に貫通するように信号線用ス
ルーホール２１が形成されている。

【００１７】これらスルーホール２１は、例えばバンプ
４１に対応する数あるいはそれ以上設けられており、Ｓ
ｉＮ薄膜４の下面において、スルーホール２１の露出端
とバンプ４１との間には、夫々信号線用導電路である例
えば銅や金などからなる厚さ２０μｍ程度の導電層４２
が形成されている。前記プローブカード２の周縁部には
前記スルーホール２１に対応して接続用スルーホール２
２が上面から下面に貫通して設けられており、これらス
ルーホール２１、２２は配線基板３内に形成された導電
層３１により電気的に接続されている。この導電層３１
は線幅を小さくすることにより一つの層レベルに多数形
成することができるが（図２はこの場合に相当する）、
バンプ４１の数が多くて一つの層レベルでは対応できな
い場合には複数の層レベルにを形成すればよい。

【００１８】またカード本体２０の両面において、スル
ーホール２１、２２及び導電層４２から離れてかつこれ
を囲むように例えば銅箔よりなる接地層３０、４０が形
成されている。これら接地層３０、４０は、例えば配線
基板３に形成された接地層３２を介して、前記接続用ス
ルーホール２２の並びに含まれる接地用スルーホール
（図示せず）に電気的に接続されている。この接地用ス
ルーホールは後述の中間接続体及びテストヘッドのパフ
ォーマンスボードを介して接地され、これにより信号線
用導電路は電気的に遮蔽されることになる。そして配線
基板３及びＳｉＮ薄膜４は、夫々厚さが例えば数百ミク
ロンオーダであり、この例ではスルーホール２１、２２
によって局所的に固定されている。

【００１９】前記プローブカード２の上方側には例えば
リング状の中間接続体５が配設され、更にその上には下
部にパフォーマンスボードと呼ばれる配線基板６１を備
えた測定部の一部をなすテストヘッド６が配置されてい
る。中間接続体５の周縁部には、前記接続用スルーホー
ル２２に対応して常時突出方向に付勢された導体軸いわ
ゆるポゴピン５１が両面に突出しており、このポゴピン
５１の下端は前記スルーホール２２の上端に接触する一
方、ポゴピン５１の上端は前記配線基板６１の接点（図
示せず）に接触し、こうしてプローブカード２のバンプ
４１は、プローブカード２内の導電層４２、３１及びス
ルーホール２１、２２を経て、更に中間接続体５を介し
てテストヘッド６に電気的に接続されることとなる。

【００２０】またリング状の中間接続体５の中央空間即
ちプローブカード２とパフォーマンスボード５１との間
には、エアマットやゴム体などの緩衡体５２が自らの復
元力に抗して挟入されており、これによりカード本体２
０が下面側に押圧されることになる。

【００２１】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずシリコンを基材とする被検査体例えばウエハＷをウエ
ハ載置台１に載置し、その後例えばウエハ載置台１とプ
ローブカード２との間に光学系を挿入して駆動機構１２
によりウエハ載置台１をＸ、Ｙ、θ方向に移動させてプ
ローブカード２に対するウエハＷの位置合わせを行い、
続いてウエハ載置台１を上昇させ、プローブカード２に
配列されたバンプ４１をウエハＷの全てのチップの電極
パッドに一括して接触させる。このとき緩衝体５２の復
元力によりバンプ４１はチップの電極パッドに押圧した
状態で接触し、確実な電気的接触が図られる。その後ヒ
ータ１１をオンにしてウエハＷを例えば８０〜１５０℃
に加熱し、テストヘッド６から所定のパルス信号をウエ
ハＷのチップに与え、チップ側からのパルス信号をテス
トヘッド６に取り込んでチップの良否を判定する。

【００２２】このような実施例によれば、ウエハＷの熱
がバンプ４１を介してまた輻射によりプローブカード２
に伝熱され、両者の位置が極めて接近しているためほと
んど同温度になるが、シリコンの熱膨張率係数が２．４
２×１０^-6であるのに対しＳｉＮの熱膨張係数が２．５
×１０^-6であり、これらの熱膨張係数がほとんど同じで
あるため、ＳｉＮ薄膜４とウエハＷとが同程度に熱膨張
する。なお、ＳｉＮ薄膜４の上の配線基板３の基材であ
るポリイミドは、ＳｉＮ薄膜４にスルーホール２１、２
２により局所的に接合されており、その熱膨張係数が
３．１×１０^-5であり、ＳｉＮ薄膜４の熱膨張係数より
も大きいので配線基板３は上側に撓み、このためＳｉＮ
薄膜４はポリイミド膜３の熱膨張による歪みなどの影響
を受けない。

【００２３】従ってウエハＷ上の電極パッドとプローブ
カード２上のバンプ４１の広がり方が同程度であり、常
温でウエハＷに対するプローブカードの位置合わせをし
ておくことにより互に接触して両者が高温状態となった
後も電極パッドとバンプ４１との相対位置がほとんど変
わらないため、ウエハＷ上に微小な電極パッドが狭ピッ
チで配列されていても電極パッドとバンプとが正確に接
触する。この結果デバイスの高集積化、微細化に対応す
ることができ、また被検査領域が広くても電極パッドと
バンプとの相対位置のずれの程度が小さいのでウエハＷ
の大口径化にも対応することができる。そしてプローブ
カード２を配線基板３とＳｉＮ薄膜４とから構成すれ
ば、配線基板３として単層あるいは多層の導電層を形成
するのに適した材質例えば薄膜の材質を自由に選定でき
る（上述の例ではポリイミド膜を選定している。）とい
う利点がある。

【００２４】以上において本発明では、プローブカード
側にヒータなどを含む温度調整手段を設け、ウエハＷと
プローブカードとを別々に加熱（あるいは冷却）した状
態でウエハとプローブカードとの位置合わせを行っても
よい。

【００２５】またプローブカード２における導電路とし
ては基板（上述実施例では膜）内に両方向に導電層を形
成することに限らず、基板表面のプリント配線及びスル
ーホールのみによって、バンプから中間接続体に対する
接点までの導電路を構成してもよい。

【００２６】図３はこのような実施例を示す図であり、
この実施例ではプローブカード２の基板がＳｉＮ膜７０
により構成されており、各バンプ４１が信号線用スルー
ホール７１の下端に形成されると共に当該スルーホール
７１からプローブカード２の周縁部の接続用スルーホー
ル７２までプリント配線による導電路７３が形成されて
いる。なお図３中７４、７５は接地層である。このよう
な実施例においてもウエハＷとプローブカード２とが高
温状態となったとき両者は同程度に熱膨張するので同様
の作用効果がある。

【００２７】また本発明は、高温試験に限らず低温試験
を行う場合においても同様の効果がある。そしてバンプ
はウエハの全チップの電極パッドに一括して接触するよ
うに配列されることに限定されず例えば１チップあるい
は複数チップの電極パッドに対応して配列されるもので
あってもよい。

【００２８】更にプローブカードとテストヘッドとの接
続の仕方については、リング状の中間接続体を用いるこ
となく、例えば上述実施例のようにプローブカードの周
縁部に接続用スルーホールを形成し、この接続用スルー
ホールの上端または下端に接点をなすバンプを形成して
これにテストヘッド側から伸びるケーブルの先端のコネ
クタに接続するといった構造を採用してもよいし、プロ
ーブカードの周縁に平型のコネクタ端子を設けるなどし
てもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、シリコン
を基材とした被検査体の電気的測定を行うにあたって、
プローブカードの少なくとも被検査体側の基板の材質が
シリコンの熱膨張係数と同等の熱膨張係数を有するＳｉ
Ｎで構成されているため、被検査体及びプローブカード
を加熱または冷却したときに被検査体側の電極パッドに
対するプローブカード側の接触子の相対位置の変化の程
度が小さいので、微細な電極パッドが狭ピッチで配列さ
れていても電極パッドと接触子とを確実に接触させるこ
とができる。

【００３０】また請求項２の発明のように、プローブカ
ードを配線基板とＳｉＮ基板とから構成すれば、配線基
板の材質をＳｉＮ以外のものから適宜選定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施例の要部を示す縦断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の要部を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ウエハ載置台 ２ プローブカード ２０ カード本体 ２１、７１ 信号線用スルーホール ２２、７２ 接続用スルーホール ３ 配線基板 ３１ 導電層 ４ ＳｉＮ薄膜 ４１ バンプ ５ 中間接続体 ６ テストヘッド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定部に電気的に接続され、プローブカ
   ードに配列された接触子を、シリコンを基材とした被検
   査体の電極パッドに接触させ、前記被検査体を加熱また
   は冷却して、測定部によりチップの電気的測定を行うプ
   ローブ装置において、 プローブカードの少なくとも被検査体側の基板の材質が
   窒化シリコンであることを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】 プローブカードは、絶縁基板内に面方向
   に導電層を形成してなる配線基板と、この配線基板の被
   検査体側の面に接合されると共に局所的に固定された窒
   化シリコン基板と、この窒化シリコン基板の表面に配列
   されると共に前記導電層に電気的に接続された接触子と
   を含むものであることを特徴とする請求項１記載のプロ
   ーブ装置。
3. 【請求項３】 プローブカードの全体の基板の材質が窒
   化シリコンにより構成されることを特徴とする請求項１
   記載のプローブ装置。