JPH08220138A

JPH08220138A - プローブカード

Info

Publication number: JPH08220138A
Application number: JP2485695A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mori; 陽一森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2689938B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子の電気特性の測定に際して、軸か
らの荷重と薄膜の張力に起因する押さえ板の反りを防
ぎ、半導体素子との良好なコンタクトを得る。【構成】絶縁基板３ａと、下面に被試験半導体素子に
接触される金属突起４ａを有する薄膜２ａと、金属突起
を半導体素子に接触させるための押さえ板１１ａとを備
えたメンブレンプローブカードにおいて、押さえ板が、
軸固定基準板１２ａから延びる軸１３ａを受ける上側面
と、円筒状の側面と、金属突起を押圧する下面と、この
下面と円筒状の側面との間に形成された下方へ突出する
傾斜面とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の電気特性の
測定に使用されるプローブカードに関し、特にメンブレ
ン方式のプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のメンブレンプローブカードについ
て図５〜７を用いて説明する。図５は従来のメンブレン
プローブカードの一例を示す断面図、図６（ａ），
（ｂ）は従来のメンブレンプローブカードの測定時にお
ける主要部分を示す断面図、図７は従来のメンブレンプ
ローブカードの他の例を示す断面図である。

【０００３】半導体集積回路装置（ＩＣ）の製造工程に
おいては、ウェハ上に形成された半導体素子の電気特性
を測定する検査装置（以下プローバと記す）として、半
導体素子の電極パターンに対応した探針を絶縁基板に固
定したプローブカードが一般的に使われている。特にデ
バイスの狭ピッチ化・高速化に対応する為、バンプ接触
によるメンブレン方式のプローブカードも使用されるよ
うになってきており、特開平１−２６９０６５，特開平
２−１２６１５９，特開平２−１２６１６０，特開平２
−１４１６８１，特開平２−１６３６６４でも紹介され
ている。そのメンブレンプローブカードは、図５に示す
ようにウェハ１ｃとコンタクト部である薄膜２ｃ、薄膜
２ｃを固定する絶縁基板３ｃ、薄膜２ｃの金属突起４ｃ
が絶縁基板３ｃの下面より突出するように固定している
部品を備えている。そして絶縁基板３ｃには先端に接触
片を有する導体パターンが形成されている。

【０００４】薄膜２ｃは、ポリイミド等の可撓性フィル
ムよりできており、そのフィルムの下面に、測定するウ
ェハ上の半導体素子５ｃの電極パッド６ｃに対応した金
属突起４ｃが形成されている。そして、その突起４ｃか
らスルーホールを介し、フィルム上面に導電体のパター
ン７ｃがフィルム外周部まで形成されており、フィルム
外周部の各パターンの先端には接触片が設けられてお
り、フィルムの各パターンは絶縁基板３ｃの間は部周辺
に設けられたパターンと、各々の先端に設けられた接触
片を介して接続されている。また、絶縁基板３ｃと並進
台８ｃは板バネ９ｃにより結合され、薄膜２ｃは並進台
８ｃにも結合されている。さらに、薄膜２ｃの中央領域
裏側には、弾性体１０ｃをはさんで円板状の押さえ板１
１ｃが配置され、並進台８ｃ中央空洞内の軸固定基準板
１２ｃから延びる軸１３ｃによって薄膜２ｃに押しつけ
られた状態に保たれる。上記の構成により薄膜２ｃは、
薄膜２ｃの金属突起４ｃが絶縁基板３ｃの下面より突出
するように固定されている。ウェハ１ｃは、プローバの
ステージ（不図示）上に搭載され、ステージの上昇によ
りプローブカードの金属突起４ｃとウェハ１ｃ上の半導
体素子５ｃの電極パッド６ｃが接触し、電気特性の測定
が行われる。押さえ板１１ｃには軸受が設けられてお
り、この軸受を支点としてウェハ１ｃとの平行度を強制
する機構を備えている。また、弾性体１０ｃは金属突起
４ｃの高さばらつきを吸収する役目をしている。さら
に、薄膜２ｃの導体パターン７ｃの裏面側に金属導体層
１４ｃを設け、それを接地（ＧＮＤ）とすることによ
り、マイクロストリップライン構造とし、インピーダン
ス整合及び低インダクタンス化を図っている。従来のメ
ンブレンプローブカードは、ガラス等からなる押さえ板
が半導体素子５ｃの外形寸法よりもかなり大きな円柱状
をしていたため、ウェハとのコンタクト時に、ウェハ上
の隣接半導体素子と薄膜下面のＧＮＤプレーンである金
属導体層１４ｃが接触し、ウェハ上で各半導体素子のＶ
_DD（電源電圧）端子が接続されている製品の場合、ＩＤ
Ｄ（電源電流）不良やリーク不良が多発し、パッドや薄
膜の焼損が起きていた。上記問題を解決する為、図７に
示すように押さえ板１１ｄの外形を半導体素子５ｄの外
形寸法と同程度に改善し、測定時隣接する半導体素子と
薄膜下面のＧＮＤプレーンとの接触を防止していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のメンブレンプロ
ーブカードは、ガラス等からなる押さえ板が半導体素子
の外形寸法よりもかなり大きな円柱状をしていたため、
図５に示すように、ウェハとのコンタクト時にウェハ上
の隣接する半導体素子と薄膜下面のＧＮＤプレーンが接
触し、ウェハ上で各半導体素子のＶ_DD端子が接続されて
いる製品の場合、ＩＤＤ不良やリーク不良が多発し、パ
ッドの焼損が起きていた。また、上記問題点を解決する
ため押さえ板の外形を半導体素子外形寸法と同程度に改
善したプローブカードにおいても、図８に示すように軸
部分からの荷重と薄膜による張力により押さえ板が反っ
てしまう為、コンタクト不良が多発するという問題点が
あった。円柱状の場合でも押さえ板は反るが、薄膜によ
る張力は均一であるため金属突起付近では、反り量の差
による金属突起の浮きの影響が少ない。しかし押さえ板
が長方形の場合、短辺と長辺、特にコーナー付近での張
力のアンバランスが影響して反り量が異なり、その付近
の金属突起が他よりもコンタクトしない。またコンタク
トしたとしても、電極パッド上にある非導電体の酸化ア
ルミニウムを貫通して導体のアルミニウムに達して良好
な接続を得るに至らない。

【０００６】例えば外形寸法が１２．０ｍｍ×１６．０
ｍｍ、電極パッドの数が５００、金属突起のピッチが約
１００μｍ、金属突起の高さが約３０μｍの半導体素子
では、メンブレンプローブカードの薄膜の張力による押
さえ板の反り量の差は、長辺中央部（中心からの距離＝
６．０ｍｍ）とコーナー部（中心からの距離＝１０．０
ｍｍ）で約１０μｍできてしまう。そして、ウェハとの
コンタクト時には約５ｋｇの荷重が素子中央部に加わ
り、押さえ板は反ったままの状態に保たれる。弾性体に
よる金属突起の高さばらつきの吸収はせいぜい６μｍ程
度であり、押さえ板の反り量の差から発生する金属突起
の浮き量は吸収しきれず、接触不良が起きてしまう。反
り量は距離の３乗に比例するので、特に半導体素子の外
形寸法が大きくなる程この問題は顕著になる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のプローブカード
は、内側に開口部を有し、この開口部の周辺領域に設け
られた複数の接触片を有する絶縁基板と、外周部が前記
絶縁基板に固定され、この外周部に前記周辺領域の接触
片に対応する複数の接触片を有し、中央部の下面に被試
験半導体素子の上面に配設された電極パッドに対応する
複数の金属突起を有し、かつ、これら複数の接触片から
前記金属突起まで延びる複数の導体パターンを有する薄
膜と、板ばねを介して前記絶縁基板に連結され、前記開
口部の中央領域に設けられた並進台内の軸固定基準板か
ら下方へ延びる軸の下端部を受ける凹状の受け部が設け
られた上側面と、前記薄膜の上面に上方より弾性体を介
して接触する下側面を有する押さえ板とを備え、前記薄
膜の外周部の接触片が、前記開口部の周辺領域に設けら
れた、絶縁基板の接触片に各々接続されており、前記薄
膜の、前記金属突起を有する下面が、前記絶縁基板の下
面より下方へ突出しているプローブカードにおいて、前
記押さえ板が、前記軸と同心の円筒状の側面を有し、前
記薄膜の前記中央部の上面に弾性体を介して接触する下
側面が前記被試験半導体素子の外形寸法と同寸法であ
り、前記円筒状の側面の下縁と前記下側面との間に下方
へ突出する形状の傾斜面が形成されており、この傾斜面
が前記薄膜の上面に接触している構成であることを特徴
としている。

【０００８】さらに、薄膜と弾性体の、複数の金属突起
により包囲された内側の部分が開口されていることを特
徴としている。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例のメンブレンプローブ
カードを示す断面図で、図２（ａ），（ｂ）は本発明の
一実施例の測定時における主要部分を示す断面図であ
る。メンブレンプローブカードは、図１に示すようにウ
ェハ１ａとのコンタクト部である薄膜２ａと、薄膜２ａ
を固定する絶縁基板３ａとを有し、複数の金属突起４ａ
が絶縁基板３ａの下面より下方へ突出するように薄膜２
ａのコンタクト部に設けられている。薄膜２ａは、ポリ
イミド等の可撓性フィルムよりできており、そのフィル
ムの下面に、測定するウェハ１ａ上の半導体素子５ａの
電極パッド６ａに対応した金属突起４ａが形成されてい
る。そして、その突起４ａからスルーホールを介し、フ
ィルム上面に導電体パターン７ａがフィルム外周部まで
形成されており、このフィルム外周部の各導電体パター
ン７ａと絶縁基板３ａの開口部周辺に設けられたパター
ンとが各々先端に設けられた接触片を介して接続されて
いる。

【００１０】また、絶縁基板３ａと並進台８ａは板バネ
９ａにより結合され、薄膜２ａは並進台にも結合されて
いる。さらに薄膜２ａの中央領域内側には、弾性体１０
ａをはさみ円板状の押さえ板１１ａが配置され、この押
さえ板は、並進台８ａ中央空洞内の軸固定基準板１２ａ
から延びる軸１３ａによって薄膜２ａに押しつけられた
状態に保たれる。上記の構成によりメンブレンプローブ
カードは、薄膜２ａの金属突起４ａが絶縁基板３ａの下
面より下方へ突出するように固定されている。押さえ板
１１ａの上面中央には軸１３ａの先端を受ける軸受が設
けられており、この軸受を支点として押さえ板とウェハ
との平行度が保たれる機構を備えている。また、弾性体
１０ａは金属突起４ａの高さばらつきを吸収する役目を
している。さらに、薄膜２ａの導体パターンに対して裏
面側に金属導体層１４ａを設けることにより、インピー
ダンス整合及び低インダクタンス化を図っている。

【００１１】本発明のプローブカードでは、金属突起４
ａを被試験半導体素子５ａに接触させるための押さえ板
１１ａの形状が、軸１３ａを受ける軸受が形成されてい
る上面と円筒状の側面を有し、ウェハと接触する下側の
コンタクト面が半導体素子の外形寸法と同寸法になって
おり、円筒状の側面の下縁とウェハとのコンタクト面の
外縁との間に下方へ突出する形状の傾斜面が形成されて
いる。この傾斜面が薄膜２ａを内側から下方へ押出して
いる構造となっている。被測定ウェハ１ａは、プローバ
のステージ上に搭載され、アライメントされた後ステー
ジが上昇し、図２（ａ），（ｂ）に示したように、プロ
ーブカードの金属突起４ａとウェハ１ａ上の半導体素子
５ａの電極パッド６ａが接触し、電気特性の測定が行わ
れる。

【００１２】このとき、メンブレンプローブカードの押
さえ板の形状を軸１３ａと接触する上面側を円柱状に
し、一方ウェハに対応する面を試験する半導体素子の外
形寸法とした事により、薄膜下面のＧＮＤプレーンであ
る金属導体層１４ａと隣接する半導体素子が接触するこ
とにより発生するＩＤＤ不良、リーク不良及びパッドや
薄膜の焼損を完全に防止できる。さらに、押さえ板の円
柱の下側の傾斜面である円周部分が薄膜を内側から押し
出している構造にすることにより薄膜の張力を緩衝し、
張力を半分以下にすることができる。つまり、従来、張
力をもった薄膜が押さえ板の長方形または正方形の下面
にしか接触してなかったので、張力が下面に集中してい
たのに比べて、本実施例では円筒の下に円錐状の側面を
有しているので、張力をもった薄膜が押さえ板の下面と
円錐形の側面とに接触するために、薄膜の張力が下面と
側面とに分散し、かつ円筒の部分が従来の抑え板よりも
太くなり、丈夫になるので抑え板の反りを防止できると
いう効果を有する。例えば外形寸法が１２．０ｍｍ×１
６．０ｍｍ、電極パッドの数が５００、金属突起のピッ
チが約１００μｍ、金属突起の高さが約３０μｍの半導
体素子では、メンブレンプローブカードの薄膜の張力に
よる押さえ板の反り量の差を５μｍ以下にすることがで
きる。これにより、プローブカードの金属突起の浮き量
はウェハへのコンタクト時に弾性体により吸収でき全電
極パッドについて均一なコンタクトが得られる。そし
て、針跡の不均一がなくなり、金属突起と半導体素子パ
ッド間の接触抵抗が安定し、コンタクト不良の発生を防
止できる。

【００１３】次に、本発明の第二の実施例について図
３、４を用いて説明する。図３（ａ），（ｂ）は本発明
第二の実施例の測定時における主要部分を示す断面図、
図４は第二の実施例のプローブカードの金属突起側を示
す平面図である。この実施例では、薄膜２ｂ及び弾性体
１０ｂの金属突起４ｂより内側の中央部分を開口してあ
る。薄膜２ｂの厚さは約２５μｍ、弾性体１０ｂの厚さ
は約１５０μｍ、また金属突起４ｂの高さは３０μｍで
ある。従来のメンブレンプローブカードでは、ウェハ上
の半導体素子の測定時、被測定半導体素子の活性領域表
面とプローブカードの薄膜との隙間は金属突起の高さ
（約３０μｍ）分しかなく、アルミ屑等のゴミが半導体
素子表面に付着している場合には、プローブカードにゴ
ミが転写され、以降の半導体素子の測定の際にそのゴミ
により素子表面の回路が傷つき、電気不良となる不具合
も発生する可能性があった。本実施例では、ウェハ１ｂ
測定時、被測定半導体素子５ｂの活性領域表面とプロー
ブカードの金属突起４ｂの内側中央部分との隙間は約２
００μｍとなる。これにより、素子表面上に１００μｍ
大程度のゴミが存在してもプローブカードに転写する事
はなく、ゴミ等が素子表面を傷つけ不良が多発するとい
う不具合は未然に防止できる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はメンブレ
ンプローブカードの押さえ板の形状を軸部分と接触する
上面側を円柱状に、一方ウェハに対応する面が試験する
半導体素子の外形寸法とし、円柱状部分とウェハに対応
する面の間に下方へ突出する傾斜面を形成したことによ
り、ウェハ測定時、隣接デバイスと薄膜のＧＮＤプレー
ンが接触することにより発生するＩＤＤ不良、リーク不
良及びパッドの焼損を完全に防止できる。

【００１５】また、押さえ板の円柱の下側の傾斜した円
周部分が薄膜に接触し、薄膜を内側から押し出している
構造にした事により、押さえ板の円柱の下側円周部分が
薄膜の張力を緩衝し、薄膜の張力を半分以下にできるた
め、プローブカードの金属突起の浮き量はウェハへのコ
ンタクト時に弾性体により吸収でき、全電極パッドにつ
いて均一なコンタクトが得られる。そして、金属突起と
半導体素子パッド間の接触抵抗が安定し、コンタクト不
良の発生を防止できるという効果がある。

【００１６】さらに、薄膜及び弾性体の金属突起より内
側の部分を開口し、ウェハ測定時に被測定半導体素子の
活性領域表面とプローブカードの金属突起の内側（押さ
え板）との隙間を約２００μｍとすることにより、素子
表面上にゴミが存在してもプローブカードに転写する事
はなく、ゴミ等が素子表面を傷つけ不良が多発するとい
う不具合を未然に防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメンブレンプローブカード
を示す断面図

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例の測定時に
おける主要部分を示す断面図

【図３】（ａ），（ｂ）は本発明第二の実施例の測定時
における主要部分を示す断面図

【図４】第二の実施例のプローブカードの金属突起側を
示す平面図

【図５】従来のメンブレンプローブカードを示す断面図

【図６】（ａ），（ｂ）は図５のメンブレンプローブカ
ードの測定時における主要部分を示す断面図

【図７】従来のメンブレンプローブカードの他の例を示
す断面図

【図８】（ａ），（ｂ）は図７のメンブレンプローブカ
ードの測定時における主要部分を示す断面図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄウェハ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ薄膜３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ絶縁基板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ金属突起５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ半導体素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ電極パッド７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ導電体パターン８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ並進台９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ板バネ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ弾性体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ押さえ板１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ軸固定基準軸１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ軸１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ金属導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被試験半導体素子上に配設された電極パ
ッドに対応する複数の金属突起がその一方の面に形成さ
れている薄膜と、前記薄膜の他方の面に弾性体を介して
当接し、前記金属突起を前記電極パッドに対して押圧す
るための押さえ板とを有するプローブカードにおいて、前記押さえ板が、前記被試験半導体素子と同一の外形寸
法を有する、前記薄膜に当接する下面と、前記被試験半
導体素子の外形寸法より大きな円形の上面とを有し、前
記上面と下面との間に、前記下面の外線から外方へ、斜
め上方へ延びる傾斜面が形成されているプローブカー
ド。
【請求項２】薄膜と弾性体の、複数の金属突起により
包囲された内側の部分が開口されている請求項１記載の
プローブカード。