JPH10282147A - 平板状被検査体の試験用ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験用ヘッドと被検査体とが相対的に押
圧されたときに被検査体に作用する総変位力を可能な限
り小さくすることにある。 【解決手段】 試験用ヘッドは、板状の支持台と、該支
持台にこれをその厚さ方向へ貫通した状態に並列的に配
置された複数のプローブユニットとを含む。各プローブ
ユニットは、支持台と平行に伸びる針装着部を有する支
持体と、針装着部に並列的に装着された複数のプローブ
とを備える。プローブユニットの配置空間を通って支持
台と平行に伸びる仮想線に関して一方の側に配置された
プローブと他方の側に配置されたプローブとは、針主体
部に対する針先部の位置を逆にされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハの
ような平板状の被検査体の電気的特性の試験に用いる試
験ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエーハに形成されたＩＣチップ
への通電試験は、一般に、プローブカード、プローブボ
ード等と称されている試験用ヘッドを用いて行われる。
従来の多くの試験用ヘッドは、複数のプローブを円板状
の支持台に放射状に配置しているにすぎないから、半導
体ウエーハ上のいくつかのＩＣチップを同時に検査する
ことができるにすぎず、したがって多数のＩＣチップが
形成された１つの半導体ウエーハの検査に多大の時間を
要する、という課題を有する。

【０００３】上記課題を解決する試験用ヘッドの１つと
して、水平方向へ伸びる平板状の支持体の下端縁部に複
数のプローブを配置した複数のプローブユニットを用い
た試験用ヘッドが提案されている（特開平７−２０１９
３５号公報）。プローブユニットは、配線基板のような
板状の支持台に支持体が平行となるように組み付けられ
る。

【０００４】各プローブは、水平線に対しわずかに傾斜
した方向へ伸びるように支持体に接着された針主体部
と、針主体部から下方へ曲げられて半導体ウエーハ上の
ＩＣチップの電極部に当接される針先部とを有する。半
導体ウエーハは、検査装置のチャックトップに真空吸着
された状態で、試験用ヘッドに向けて変位される。これ
により、各プローブの針先とＩＣチップの電極部とが相
対的に押圧されるから、各プローブはわずかに反るとと
もにＩＣチップの電極部を針先で擦る。

【０００５】しかし、この従来の試験用ヘッドでは、プ
ローブの針先とＩＣチップの電極部とを相対的に押圧し
たとき、半導体ウエーハが試験用ヘッドに対して吸着面
と平行の方向へ変位する。これは、半導体ウエーハを変
位させる変位力がプローブの擦り作用に起因して生じる
ことと、全てのプローブの針主体部に対する針先部の位
置が同じであることと、真空吸着では吸着面と平行な方
向への力に対する維持力が小さいこととに起因するもの
と考えられる。

【０００６】すなわち、その変位力が吸着面と平行な方
向への力であることと、多数のプローブが電極部に擦り
作用を同時に与えることとから、１つのプローブによる
変位力は小さくても、半導体ウエーハに作用する総変位
力が真空吸着により維持力を越えるため、と考えられ
る。

【０００７】半導体ウエーハが試験用ヘッドに対して変
位すると、試験用ヘッドに対する半導体ウエーハの位置
がずれるため、１つの半導体ウエーハを複数回の分けて
検査する場合、検査のたびに位置合わせをしなければな
らず、面倒である。

【０００８】ＩＣチップの電極部に対するプローブの針
先位置のばらつきが大きくなり、その結果電極部に接触
しないプローブが存在する。これは、ＩＣチップの電極
部に対するプローブの針先位置が同じになるように試験
用ヘッドを製作することが難しく、電極部に対する針先
位置に多少の誤差が存在し、その誤差の方向が不規則で
あり、半導体ウエーハが変位したとき誤差が小さくなる
プローブと誤差が大きくなるプローブとが存在するため
である。

【０００９】

【解決しようとする課題】本発明の目的は、試験用ヘッ
ドと被検査体とが相対的に押圧されたときに被検査体に
作用する総変位力を可能な限り小さくすることにある。

【００１０】

【解決手段、作用、効果】本発明の試験用ヘッドは、板
状の支持台と、該支持台にこれをその厚さ方向へ貫通し
た状態に並列的に配置された複数のプローブユニットと
を含む。各プローブユニットは、支持台と平行に伸びる
針装着部を有する支持体と、針装着部にこれの長手方向
へ間隔をおいて並列的に装着された複数のプローブとを
備える。各プローブは、針装着部の長手方向と交差する
方向へ伸びる針主体部と、該針主体部から曲げられた針
先部とを有する。プローブユニットの配置空間を通って
支持台と平行に伸びる仮想線に関して一方の側に配置さ
れたプローブと他方の側に配置されたプローブとは、針
主体部に対する針先部の位置を逆にされている。

【００１１】試験用ヘッドと被検査体とが相対的に押圧
されたときに被検査体に作用する変位力の方向は、仮想
線に関して一方側のプローブユニットのプローブにより
発生する力と、他方側のプローブユニットのプローブに
より発生する力とで逆になる。このため、仮想線に関し
て一方側のプローブにより被検査体に作用する変位力
と、他方側のプローブにより被検査体に作用する変位力
とが打ち消し合い、被検査体に作用する総変位力が小さ
くなる。

【００１２】本発明によれば、プローブの向きを、プロ
ーブユニットの配置空間を通って支持台と平行に伸びる
仮想線に関して一方の側に配置されたプローブと他方の
側に配置されたプローブとで逆にしたから、被検査体に
作用する変位力が打ち消し合い、その結果被検査体に作
用する総変位力が小さくなる。

【００１３】好ましい実施例においては、針装着部は支
持台の厚さ方向における一方の側に設けられている。

【００１４】仮想線は針装着部の長手方向へ伸びる。こ
のようにすれば、各プローブユニットのプローブの向き
を同じにすることができるから、プローブユニットの製
作が容易になる。

【００１５】仮想線はプローブユニットを同数ずつに２
分する線とすることができる。このようにすれば、被検
査体に作用する変位力が相殺され、その結果被検査体に
作用する総変位力をほとんどなくすことができる。

【００１６】各プローブユニットは針先部が仮想線の側
となるように支持台に組み付けられている。このように
すれば、半導体ウエーハ上のＩＣチップのように電極部
を高密度に配置した被検査体であっても、多数のＩＣチ
ップの試験を同時に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図７を参照するに、試験用
ヘッド１０は、複数の集積回路チップ（ＩＣチップ）を
有する半導体ウエーハのように多数の端子部すなわち電
極部を微小ピッチで配置した平板状の被検査体１２の通
電試験に用いられる。被検査体１２は、図３に示すよう
に、検査ステージ１４のチャックトップ１６の上に真空
吸着により保持される。

【００１８】試験用ヘッド１０は、円板状の支持台２０
と、該支持台に組み付けられた取付枠２２と、該取付枠
に並列的に組み付けられた複数のプローブユニット２４
と、各プローブユニット２４から伸びる可撓性の複数の
フラットケーブル２６と、プローブユニット２４から伸
びる複数の配線基板２８とを含む。試験用ヘッド１０
は、支持台２０の厚さ方向が上下方向となるように、図
示しない検査装置に取り付けられる。なお、図１はフラ
ットケーブル２６を除去した状態で示す。

【００１９】支持台２０は、左右方向に長い長方形の開
口３０を中央部に有し、外部のテスタに電気的に接続さ
れる複数のテスターランド３２を外周部に有し、フラッ
トケーブル２６を接続する複数のコネクタ３４を前後方
向の中間部に有し、配線基板２８に電気的に接続される
複数の電源ランド３６を左右方向の中間部に有する。支
持台２０は、印刷配線技術により製作することができ
る。開口３０は、支持台２０を厚さ方向に貫通する貫通
穴である。

【００２０】取付枠２２は、開口３０に嵌合されてお
り、また複数のねじ部材または接着材により支持台２０
に変位不能に取り付けられており、さらに支持台の一部
材として作用する。

【００２１】各プローブユニット２４は、細長い平板状
の形状を有しており、また複数のねじ部材２５により取
付枠２２に取り外し可能に取り付けられている。フラッ
トケーブル２６および配線基板２８は、プローブユニッ
ト２４の一部材としてプローブユニット２４に設けられ
ている。

【００２２】各フラットケーブル２６は、印刷配線技術
により形成された導電性の複数のリード部を有する可撓
性の帯状配線回路板であり、また支持台２０のコネクタ
３４に結合されるコネクタ３８を一端部に有する。各フ
ラットケーブル２６のリード部は、信号ラインの一部と
して作用する。図示の例では、各プローブユニット２４
に複数のフラットケーブル２６が設けられている。

【００２３】各配線基板２８は、印刷配線技術により形
成された導電性の複数のリード部を有するＴ字状の印刷
配線回路基板であり、また図４に示すように、上部の各
端部に複数のランド４０を有する。各配線基板２８の各
リード部は、ランド４０に電気的に接続されている。図
示の例では、１つのプローブユニット２４に１つの配線
基板２８が設けられている。

【００２４】各配線基板２８の各ランド４０は、図２に
示す導線４２により支持台２０の電源ランド４０に接続
される。支持台２０の電源ランド３６のうち、１以上の
ランド３６はアースに接続され、残りのランド３６は電
源の正または負の電位を有する端子に接続される。この
ため、各配線基板２８のリード部のうち、１以上のリー
ド部はアースラインの一部として作用し、残りのリード
部は電源用ラインすなわち電力供給用ラインの一部とし
て作用する。

【００２５】各プローブユニット２４は、細長い直方体
の形状を有する支持体４４と、該支持体の下端部にその
長手方向へ間隔をおいて配置された複数の第１のプロー
ブ４６と、支持体の下端部にあって第１のプローブ４６
より下方に配置された複数の第２のプローブ４８と、配
線基板２８に配置された複数のコンデンサ５０とを含
む。

【００２６】支持体４４は、断面形状がほぼ長方形の厚
い板の形を有しており、また各端面の上端部から長手方
向へ突出する板状の取付部５２を有する。支持体４４
は、取付部５２に形成された穴５４に通されるねじ部材
により、図１〜図３に示す取付枠２２に取り付けられて
いる。配線基板２８は、支持体４４に支持されている。

【００２７】図６に詳細に示すように、第１および第２
のプローブ４６および４８は、それぞれ、針主体部４６
ａおよび４８ａと、該針主体部から下方に曲げられた針
先部４６ｂおよび４８ｂと、針主体部から上方に曲げら
れた針後部４６ｃおよび４８ｃとを備える。

【００２８】第１のプローブ４６は、同じプローブユニ
ット２４のプローブ４６の針先部４６ｂが同じ側となり
かつ互いに平行に伸びるように、合成樹脂、接着剤等の
電気的絶縁材料からなる装着部材すなわち装着手段５６
により針主体部４６ａにおいて支持体４４の下面に取り
付けられている。

【００２９】第２のプローブ４８は、同じプローブユニ
ット２４のプローブ４８の針先部４８ｂが同じ側となり
かつ互いに第１のプローブ４６と平行に伸びるように、
合成樹脂、接着剤等の電気的絶縁材料からなる装着部材
すなわち装着手段５８により針主体部４８ａにおいて装
着手段５６の下面に取り付けられている。

【００３０】それゆえに、第１および第２のプローブ４
６および４８は、図６および図７に示すように、支持体
４４の下端縁に上下方向へ間隔をおいた２層構造に配置
されている。また、支持体４４の下面は、支持台２０と
平行に開口３０の長手方向へ伸びる針装着部として作用
する。

【００３１】第１および第２のプローブ４６および４８
は互いに平行に伸びており、針主体部４６ａおよび４８
ａは図５に示すように被検査体１２に対し角度θを有し
て支持体４４の厚さ方向へ伸びる。角度θは、３〜６
度、好ましくは４度程度とすることができる。

【００３２】第１および第２の装着手段５６および５８
の間、すなわち第１および第２のプローブ４６および４
８の間には、第１の導電体層６０が形成されている。装
着手段５８の下面には、第２の導電体層６２が形成され
ている。第１および第２の導電体層６０，５４は、銅の
ような金属製のシートまたはフィルムもしくは膜で形成
することができる。

【００３３】図７に示す間隔Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 およびＸ
4 は、テスタに対する最適なインピーダンス、たとえば
５０Ωとなるように、適宜な値に決定される。プローブ
ユニット２４は、プローブ４６，４８の最先端の位置が
同じ平面上に位置するように、製作されている。

【００３４】第１のプローブ４６の後端は、フラットケ
ーブル２６のリード部に半田付け等により電気的に接続
されている。第２のプローブ４８は、配線基板２８のリ
ード部に半田付け等により電気的に接続されている。

【００３５】コンデンサ５０は、配線基板２８のリード
部に半田付け等により電気的に接続されている。このた
め、コンデンサ５０をフラットケーブルに半田付け等に
より支持させた場合に比べ、コンデンサ５０が外れにく
い。

【００３６】プローブユニット２４は、フラットケーブ
ル２６、配線基板２８および支持体４４が取付枠２２を
上下方向に貫通し、プローブ４６，４８が下方となる状
態に取付枠２２に並列的に配置され、支持体４４におい
てねじ止めされる。取付枠２２は、複数のプローブユニ
ット２４を取り付けた状態で、プローブ４６，４８が下
方となるように支持台２０に組み付けられる。

【００３７】プローブユニット２４は、プローブユニッ
トの配置空間を通って支持台２０と平行に伸びる仮想線
５１を境にして２つのユニット群に分けられており、ま
たプローブ４６，４８の針先が同じユニット群では同じ
側とであるが、ユニット群相互では逆になるように、取
付枠２２に組み付けられている。

【００３８】図示の例では、仮想線５１は、開口３０の
中心を通って支持台２０と平行に伸びる中心線であり、
プローブユニット２４を同数ずつのユニット群に分けて
いる。また、各プローブユニット２４は、針先部が仮想
線５１側となるように支持台２０に配置されている。

【００３９】第１のプローブ４６はフラットケーブル２
６によりコネクタ３４に接続されて信号用として用いら
れ、第２のプローブ４８は配線基板２８および導線４２
により電源ランド３６に接続されて電力用として用いら
れる。第１および第２の導電体層６０および６２と支持
体４４とは、図示しない導線によりアースに接続され
る。第１および第２の導電体層６０および６２を配線基
板２８または導線によりアース電位の電源ランド３６に
接続してもよい。

【００４０】フラットケーブル２６は、配線基板２８と
支持体４４との間を伸びている。これにより、フラット
ケーブル２６のリード部と配線基板２８のリード部との
間、すなわち信号用ラインと電源用ラインとの間の電気
的干渉が防止される。

【００４１】各フラットケーブル２６は、図３に示すよ
うに、上部を湾曲した状態にコネクタ３８をコネクタ３
４に接続される。これにより、被検査体と直角の方向に
おけるプローブユニット２４の寸法が大きくなることを
防止することができる。

【００４２】上記のように信号用プローブ４６のグルー
プと電力用プローブ４８のグループとを被検査体１２に
対し直角の方向（上下方向）に間隔をおいて配置する
と、信号用プローブ４６のグループと電力用プローブ４
８のグループとを上下方向における同じ位置に配置した
場合に比べ、信号用プローブ４６と電力用プローブ４８
との間の電気的干渉が著しく小さくなり、電気的干渉に
よる弊害も著しく小さくなる。

【００４３】信号用プローブ４６と電力用プローブ４８
との間の導電体層６０を検査のための基準電位たとえば
アースに接続すれば、信号用プローブ４６と電力用プロ
ーブ４８との間の電気的干渉が導電体層６０により防止
され、両プローブ４６，４８間の電気的干渉がより確実
に防止される。同様に、導電体層６２を検査のための基
準電位たとえばアースに接続すれば、被検査体とプロー
ブ４８との間の電気的干渉が防止される。

【００４４】被検査体１２の通電試験をするとき、試験
用ヘッド１０は、被検査体１２が試験用ヘッド１０に向
けて移動されることにより、各プローブ４６，４８の針
先を被検査体１２に押圧される。この状態で、各プロー
ブに通電される。このとき、コンデンサ５０は、電源ラ
インに起因する信号ラインへの雑音の混入を防止する。
また、各第１のプローブ４６は、第２のプローブ４８、
導電体層６０，６２等により外部電波の混入および外部
への電波の漏洩を防止される。

【００４５】プローブ４６，４８の針先が被検査体１２
の電極部に押圧されると、プローブ４６，４８が弾性変
形して弧状に反るから、各プローブの針先は図８（Ａ）
および（Ｂ）に示すように被検査体の電極部に対し変位
する。これにより、被検査体１２は、その電極部を各プ
ローブの針先で擦られるから、試験用ヘッド１０に対し
チャックトップ１６の吸着面と平行の方向へ移動する変
位力を受ける。

【００４６】しかし、試験用ヘッド１０では、プローブ
４６，４８の針先部の側が仮想線５１に対して一方側の
ユニット群と他方側のユニット群とで逆であるから、被
検査体１２に作用する変位力の方向が、仮想線５１に関
して一方側のユニット群のプローブにより発生する力
と、他方側のユニット群のプローブにより発生する力と
で逆向きになる。

【００４７】上記のように、両ユニット群のプローブに
より発生する変位力が逆であると、一方のユニット群の
プローブにより被検査体１２に作用する変位力と、他方
のユニット群のプローブにより被検査体１２に作用する
変位力とが打ち消し合うから、被検査体１２に作用する
総変位力は著しく小さくなり、被検査体１２は試験用ヘ
ッド１０に対して変位しない。

【００４８】結果として、試験用ヘッド１０によれば、
試験用ヘッドに対する被検査体の位置ずれが小さいか
ら、１つの被検査体を複数回の分けて検査する場合で
も、被検査体と試験用ヘッドとの位置合わせをすべき回
数が減少する。また、被検査体１２の電極部に対するプ
ローブの針先位置のばらつきが大きくなるおそれがな
く、各プローブが被検査体１２の電極部に確実に接触す
る。

【００４９】図８において、（Ａ）は被検査体１２の電
極部１８に対する針主体部の角度θが６度の場合の針先
の変位量Ｌ６を示し、（Ｂ）は電極部１８に対する針主
体部の角度θが４度の場合の針先の変位量Ｌ４を示す。
図８から明らかなように、針先の変位量は角度θ小さい
ほど小さい。しかし、角度θが小さいほど、プローブが
弧状に湾曲したときにプローブユニットが被検査体に接
触しやすくなるから、角度θは４度程度がこのましい。

【００５０】上記のプローブユニット２４のように、プ
ローブ４６，４８の向きが同じであると、支持体４４に
対するプローブ４６，４８の位置決めおよび装着が容易
になるから、プローブユニット２４の製作が容易にな
る。

【００５１】針先部が中心線の側となるように各プロー
ブユニット２４を支持台２０に組み付けるならば、プロ
ーブユニット２４を逆に（針先部４６ｂ，４８ｂが中心
線５１の側と反対の側となるように）組み付けた場合に
比べ、プローブユニット２４の配置密度を高めることが
できるから、半導体ウエーハ上のＩＣチップのように電
極部を高密度に配置した被検査体であっても、多数のＩ
Ｃチップの試験を同時に行うことができる。

【００５２】しかし、仮想線５１をプローブユニット２
４と直角に伸びる線とし、各プローブユニット２４のプ
ローブをその仮想線を境にして逆向きに配置してもよ
い。

【００５３】上記のように仮想線５１をプローブユニッ
ト２４を同数ずつに２分する中心線とするならば、被検
査体１２に作用する変位力がほぼ完全に相殺されるか
ら、被検査体に作用する総変位力をゼロ近くにまで小さ
くすることができる。

【００５４】しかし、仮想線５１は、プローブユニット
２４を異なる数ずつのユニット群に分けるものであって
もよい。また、プローブユニット２４を２つのユニット
群に分ける代わりに、３以上好ましくは１ｎ（ただし、
ｎは１以上の整数）ユニット群に分けてもよい。

【００５５】上記の実施例では、４つのプローブユニッ
トを備えているが、本発明は、複数、好ましくは２ｎ
（ただし、ｎは１以上の整数）のプローブユニットを備
え多試験用ヘッドに適用することができる。また、本発
明は、プローブを２層以上の多層に配置した試験用ヘッ
ドのみならず、プローブを１層に配置した試験用ヘッド
にも適用することができる。

【００５６】本発明は、上記実施例に限定されない。た
とえば、本発明は、半導体ウエーハに形成されたＩＣチ
ップの試験のみならず、切断されたＩＣチップの試験の
ような他の平板状被検査体の試験用ヘッドにも適用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の試験用ヘッドの一実施例を示す平面図
である。

【図２】図１の２−２線に沿って得た断面図である。

【図３】図１の３−３線に沿って得た断面図である。

【図４】プローブユニットの一実施例を示す正面図であ
る。

【図５】図４に示すプローブユニットの左側面図であ
る。

【図６】図４に示すプローブユニットの下端部の拡大断
面図である。

【図７】図６の７−７線に沿って得た断面図である。

【図８】電極部に対する針先の変位を説明するための図
である。

【符号の説明】

１０ 試験用ヘッド １２ 被検査体 ２０ 支持台 ２２ 取付枠 ２４ プローブユニット ２６ フラットケーブル ２８ 配線基板 ３０ 開口（貫通穴） ４４ 支持体 ４６，４８ プローブ ５１ 仮想線 ４６ａ，４８ａ 針主体部 ４６ｂ，４８ｂ 針先部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の支持台と、該支持台にこれをその
   厚さ方向へ貫通した状態に並列的に配置された複数のプ
   ローブユニットとを含み、各プローブユニットは、前記
   支持台と平行に伸びる針装着部を有する支持体と、前記
   針装着部にこれの長手方向へ間隔をおいて並列的に装着
   された複数のプローブとを備え、各プローブは、前記針
   装着部の長手方向と交差する方向へ伸びる針主体部と、
   該針主体部から曲げられた針先部とを有し、前記プロー
   ブユニットの配置空間を通って前記支持台と平行に伸び
   る仮想線に関して一方の側に配置された前記プローブと
   他方の側に配置された前記プローブとは、前記針主体部
   に対する前記針先部の位置を逆にされている、平板状被
   検査体の試験用ヘッド。
2. 【請求項２】 前記針装着部は、前記支持台の厚さ方向
   における一方の側に設けられている、請求項１に記載の
   試験用ヘッド。
3. 【請求項３】 前記仮想線は、前記針装着部の長手方向
   へ伸びる、請求項１または２に記載の試験用ヘッド。
4. 【請求項４】 前記仮想線は、前記プローブユニットを
   同数ずつに２分する線である、請求項３に記載の試験用
   ヘッド。
5. 【請求項５】 各プローブユニットは、前記針先部が前
   記仮想線の側となるように前記支持台に組み付けられて
   いる、請求項４に記載の試験用ヘッド。