JPH1144709A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速動作信号や微小信号も正確に又ノイズの
影響を受けずに測定することができるプローブカードを
提供する。 【解決手段】 このプローブカード１は多層基板で構成
されており、外周部分の接続領域１０内には、テスタヘ
ッドへの接続が行われる接続手段１１が配置されてい
る。内周部の部品実装領域２０には、ウェハ内に形成さ
れた半導体デバイスの特性を測定する電子回路が形成で
きるように構成されている。接続領域１０からプローブ
までを電気的に接続する信号パターン２１には、それを
取囲むようにシールドパターン２２が設けられている。
接続手段１１内に挿入される接続ピンにはシールド部材
が設けられ、シールドパターン２２と接続されている。
プローブカード１上の電子回路により、高速信号を測定
できる。シールドパターン２２により、測定結果にノイ
ズが侵入しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスを
ウェハ状態で電気的に試験するためのプローブカードに
かかり、特に、測定精度の高いプローブカードに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造する際に
は、ウェハプロセス工程が終了した後、ダイシングを行
う前に、ウェハの状態でテスト装置を用いた動作試験が
行われており、ウェハをテスト装置に電気的に接続させ
るために、従来より、図３に示すようなプローブカード
１０２が用いられている。

【０００３】このプローブカード１０２は円板状に成形
されたプリント基板によって構成されており、外周に沿
った領域には、後述する接続ピンが挿入されることによ
り外部との電気的接続が行われるスルーホールから成る
端子１１１が設けられている。裏面には、プローブ・ニ
ードルの根本部分が接続固定される配線パターン１２１
が設けられている。プローブ・ニードルは、その先端部
分がプリント基板１０５の中央に形成された孔１２３方
向に向かって、、且つウエハに当接可能に折り曲げられ
て延びている。端子１１１は、配線パターン１２１やリ
ード線を介してプローブ・ニードルとが接続されてい
る。

【０００４】このプローブカード１０２は、図４(ａ)に
示すテストヘッド１３２に装着して用いるものであり、
このテストヘッド１３２の底面側、すなわちウエハと対
面する側には、接続ピン（不図示）が突出している。プ
ローブカード１０２を、プローブ・ニードルが設けられ
た面を下側に向け、端子１１１が設けられた面を上側に
向け、テストヘッドから突出する接続ピンをこの端子１
１１内に挿入することによって、プローブカード１０２
全体がテストヘッド１３２に保持されると共に、テスト
ヘッド１３２内の回路基板とプローブカード１０２との
電気的接続が行われる。

【０００５】テストヘッド１３２内の回路基板とテスト
装置１３３とはケーブル１３４によって接続されてお
り、かくてプローブ・ニードルとテスト装置１３３内の
回路とが電気的に接続される。

【０００６】テストヘッド１３２はプローバ１３１から
垂直に延びる支柱１３５によって昇降自在に支持されて
おり、図４（ａ）に示したテストヘッド１３２が上方へ
退避した状態でプローブカードを装着した後、図４
（ｂ）に示すように降下させると、テストヘッド１３２
はプローバ１３１上の所定位置へとセットされる。

【０００７】その状態で、図示せぬローディング機構に
よって測定対象のウェハ１４０をプローバ１３１内のス
テージ１３６上に載置する。図５にステージ１３６上に
載置されたウエハ１４０とプローブカード１０２との位
置関係を示す。ウェハ１４０をステージ１３６に吸着し
た状態で水平移動させ、プローブカード１０２から突き
出されたプローブ・ニードル１３０との相対的な位置合
わせを行った後、ステージ１３６を上方に移動させる。
この図５の符号１４７は、ウェハ１４０に形成された１
個の半導体デバイスを示しており、ステージ１３６が上
方に移動されると、半導体デバイス１４７の電極パッド
に各プローブ・ニードル１３０の先端部分が当接され
る。その状態では、半導体デバイス１４７は、プローブ
・ニードル１３０、配線パターン１２１(又はリード
線)、接続用ピン、テストヘッド１３２、ケーブル１３
４によって、テスト装置１３３内の測定装置と電気的に
接続される。

【０００８】テスト装置１３３内には検査用電源や電圧
計、さらには半導体デバイスとの間で所定の信号のやり
取りを行う信号処理回路等の測定装置が設けられてお
り、テスト装置１３３から電源電圧と検査用の信号を出
力し、半導体デバイスを動作させ、半導体デバイス１４
７の動作状態を測定すると、良否を判断することができ
る。

【０００９】所定項目の測定を行い、１つの半導体デバ
イスの試験が終了すると、ステージ１３６を下方に移動
させ、プローブ・ニードル１３０をウェハ１４０から離
した状態でステージ１３６を水平方向にステップ動作さ
せ、未測定の半導体デバイスの電極パッドにプローブ・
ニードル１３０の先端を当接させ、同様に、測定を行
う。このように、ウェハ１４０内の全半導体デバイスの
試験が終了し、不良の半導体デバイスにマーキングが行
われると、そのウェハ１４０の検査は終了し、未測定の
ウェハと交換される。

【００１０】以上のようにウェハ段階で不良品を選別で
きれば、ダイシング後、良品のみを後工程に送ることが
できるので、不良品に不要な手間をかけることがなくな
り、全体のコストを低下させることが可能となる。

【００１１】しかしながら上述のようなプローブカード
１０２を用いる場合には、ウェハ１４０からテスト装置
１３３までの配線の引回し距離が長くなっており、その
ため、高周波信号を測定する際には、配線の浮遊容量や
インダクタンス成分の影響によって波形が歪んだり、ノ
イズの影響によって測定値が不正確になる等の問題があ
る。

【００１２】特に、近年ではＤＲＡＭを始めとする高速
のディジタル信号処理を行う半導体デバイスが増えてお
り、そのため、プローブカードを用いて正確な測定を行
える技術の開発が望まれている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑みて創作されたもので、その目的は、高速
信号や微小信号を正確に測定できるプローブカードを提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、平板状基板上に、外部装置
と電気的に接続するための接続手段に接続可能な複数の
端子と、ウエハに形成された測定対象の半導体デバイス
の電気的特性を試験するための電子回路を構成する電子
部品と、先端部分が前記ウエハ上に形成された電極パッ
ドに当接可能な複数のプローブ・ニードルと、前記端
子、電子部品及びプローブ・ニードルを電気的に接続す
る配線とを備えたことを特徴とする。

【００１５】この発明によれば、プローブカードの基板
上に電子部品を実装することにより、試験用電子回路を
プローブカード上に形成したので、その回路はウェハに
近接配置されることになる。従って、ウエハ内の半導体
デバイスを試験する際に、配線容量やインダクタンスの
影響が小さくなり、高速動作信号を正確に測定すること
が可能になる。また微小信号の測定に際しても増幅回路
や信号処理回路をウェハに近接して配置することができ
るので、測定結果にノイズが侵入する前に信号を増幅及
び／又は変換処理し、テスト装置に出力することができ
る。

【００１６】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
のプローブカードであって、前記基板は中央に開口を有
する略円板形状であることを特徴とする。

【００１７】さらに請求項３記載の発明は、請求項２記
載のプローブカードであって、前記略円板状の基板の外
周側に前記複数の端子が設けられた端子領域が形成さ
れ、該基板の内周側に前記電子部品が設けられた部品実
装領域が形成されたことを特徴とする。

【００１８】したがって、この請求項２及び３に記載の
発明によって、電子部品および端子を円形状の基板上に
効率よく配置することができるとともに、電子部品をプ
ローブ・ニードルに近接して配置することができる。

【００１９】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載のプローブカードであって、前記基板は多層配線基板
であることを特徴とする。

【００２０】さらに請求項５記載の発明は、請求項４記
載のプローブカードであって、前記端子からプローブ・
ニードルへ至る配線のうち所定の信号配線は、その両側
にシールドパターンが配置されていることを特徴とす
る。

【００２１】したがって、この請求項４及び５に記載の
発明によって、信号を伝達する配線間でプローブカード
表面を伝わるクロストークがなく、ノイズのない測定を
行うことができる。

【００２２】さらに請求項６記載の発明は、請求項５記
載のプローブカードであって、前記シールドパターン
は、前記接続手段を介して外部基板と電気的に接続可能
に構成されたことを特徴とする。

【００２３】したがって、この請求項６の発明によれ
ば、一つの信号伝達経路を同一のシールド配線によって
シールドし、テスト装置内で接地させることができるの
で、いわゆる１点グラウンドが可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１(ａ)の符号１は、本発明の一
実施形態のプローブカードであり、図１(ｂ)はその要部
(符号Ａの部分)の拡大図である。

【００２５】図２は、図１のプローブカードをテストヘ
ッド４２に装着した状態を示す断面図である。テストヘ
ッド４２の底面には、アダプタ４８が固定されており、
テストヘッド４２から延びるコネクタ５０に対して電気
的に接続されている。さらにアダプタ４８の底面には、
テスタ４２のコネクタ５０と図示せぬ配線によって接続
された端子が設けられており、アダプタ４８の底面にイ
ンターフェースヘッド４９を固定することによって、ア
ダプタ４８の端子に対して、インターフェースボード内
を貫通するように配置されている接続用ピン１５が挿入
されて電気的に接続される。この接続用ピン１５がプロ
ーブカードを外部装置と電気的に接続する接続手段であ
る。接続ピン１５の下端部は、インターフェースヘッド
４９下面に突き出されている。

【００２６】接続ピン１５の外周は、絶縁した状態でシ
ールド被覆１２によって覆われており、各接続ピン１５
及びシールド被覆１２は、それぞれアダプタ４８の端子
に接続されている。接続ピン１５はテスト装置内の測定
回路に至るように接続されているとともに、シールド被
覆１２はテスト装置内の接地電位に至るように接続され
ている。

【００２７】プローブカード１は、略円板形状の多層プ
リント基板から構成されている。プローブカード１の外
周部分には、端子領域１０が形成されており、該端子領
域１０内にはスルーホールから成る端子１１が設けられ
ている。また、プローブカード１の中心部分には孔２３
が設けられており、プローブカード１の裏面には、プロ
ーブ・ニードル３０が配置されている。プローブ・ニー
ドル３０は根本部分がプローブカード１に固定され、先
端部分が孔２３側に向けて突き出されている。

【００２８】このようなプローブカード１では、プロー
ブ・ニードル３０が設けられた面を下側に向けた状態
で、接続ピン１５を端子１１内に挿入することによっ
て、プローブカード１とテストヘッド４２との固定及び
電気的接続を行う。

【００２９】図１(ｂ)に示すように、端子１１の周囲に
は、この端子１１内と同心円状のシールド端子１３が形
成されている。すなわち、端子１１に接続ピン１５の先
端を挿入すると、このシールド端子１３とシールド被覆
１２の下端部とが、電気的に接続されるように構成され
ている。

【００３０】プローブカード１には、信号パターン２１
が形成されており、該信号パターン２１は端子１１と電
気的に接続され、テストヘッド４２とケーブルを介して
テスト装置に接続されている。

【００３１】さらに、信号パターン２１に沿って、その
両側を挟むようにシールドパターンが形成されている。
このシールドパターン２２は、前述のシールド端子と図
示せぬパターンによって電気的に接続されている。従っ
て、各シールドパターン２２は接地電位に接続されてい
る。信号パターン２１間には必ずシールドパターン２２
が配置されているため、信号パターン２１が高速信号を
伝送し、その信号がプローブカード１表面に漏れる場合
であっても、その信号はシールドパターン２２に吸収さ
れ、信号パターン２１間にクロストークが生じることは
ない。

【００３２】端子領域１０の内側には、部品実装領域２
０が設けられており、その部品実装領域２０内には、ス
ルーホールが設けられている。各スルーホール内には、
電子部品３９のリード端子が、電子部品の種類に応じた
位置に挿入されている。各電子部品３９の間は、シール
ドパターン２２によってシールドされた状態で、信号パ
ターン２１によって互いに接続されている。

【００３３】尚、このプローブカードを構成するプリン
ト基板は多層基板により構成されており、上述の信号パ
ターン、シールドパターン及び電源電位のパターンは、
多層間においてスルーホール等によって接続され複雑な
回路パターンにを構成することを可能としている。

【００３４】従って、部品実装領域２０内に実装された
電子部品３９により、所定の電子回路が形成されてお
り、その電子回路は、テスト装置が出力する信号によっ
て動作できるように構成されており、その電子回路は、
信号パターン２１により、シールドパターン２２でシー
ルドされた状態でプローブ・ニードル３０に接続されて
いる。

【００３５】プローブ・ニードル３０は、シールド筒と
中心針とから成り、中心針がシールド筒内に挿入された
同軸構造になっており、中心針とシールド筒とは互いに
絶縁されている。

【００３６】中心針の根本部分は信号パターン２１に接
続されており、その中心針は、信号パターン２１によっ
て端子１１に直接接続されるか、又は、部品実装領域２
０内の電子回路に接続されている。従って、中心針に
は、テスト装置が出力する信号が直接印加されるか、又
は、部品実装領域２０内の電子回路が出力する信号が印
加される。

【００３７】他方、シールド筒の根本部分はシールドパ
ターン２２に接続され、シールド被覆１２を介してテス
ト装置内で接地電位に置かれている。従って、中心針は
シールド筒によってシールドされている。

【００３８】プローブ・ニードル３０の先端部分は孔２
３方向に向かって延び、その先端部分では、中心針がシ
ールド筒からわずかに露出され、プローブ・ニードル３
０をウェハ４０に当接させたときには中心針だけがウェ
ハ４０と接触するように構成されている。

【００３９】以上のような構成により、中心針を半導体
デバイスのパッド電極と接触させると、ウェハ４０内の
半導体デバイスは、プローブ・ニードル３０の中心針と
信号パターン２１を介して端子１１に接続され、該端子
１１から、接続用ピン１５、テストヘッド４２、及び図
示しないケーブルによってテスト装置内の測定装置と接
続される。

【００４０】上述したように、プローブ・ニードル３０
の中心針はシールド筒によってシールドされ、信号パタ
ーン２１と端子１１はシールドパターン２２によってシ
ールドされている。また、接続用ピン１５はシールド被
覆１２によってシールドされており、テストヘッド４２
内とケーブル内でも、信号が伝達される配線はシールド
されている。従って、プローブ・ニードル３０の先端部
分を除き、テスト装置からウェハ４０に到るまで、信号
が伝達される経路は完全にシールドされていることにな
る。

【００４１】ところで、上述の部品実装領域２０は、プ
ローブ・ニードル３０近傍に配置されており、部品実装
領域２０内に実装された電子部品３９によって形成され
た電子回路は、ウェハ４０と近接し、互いの電気的距離
が短くなっている。その電子回路は、配線長の影響があ
ると測定精度が低下する試験項目や、応答速度が問題と
なる試験項目を測定する回路であり、それらの電子回路
は、テスト装置が出力する信号によって動作し、ウェハ
４０内の半導体デバイスの電気的特性を測定し、測定結
果をテスト装置に送信するように構成されている。

【００４２】また、他の種類の電子回路としては、微小
な測定信号を変換および／または増幅して出力する処理
回路があり、測定結果は増幅された状態でテスト装置に
出力されるように構成されている。

【００４３】このように、本発明のプローブカード１上
にはテスト装置内に設けると不都合な電子回路が形成さ
れており、配線長の影響が排除され、また、ノイズの侵
入によって測定結果が不正確になることが防止されてい
る。

【００４４】なお、上述した本発明のプローブカード１
を従来技術のプローブカード１０２と比較した場合に
は、図６の符号１０２に示す従来技術のプローブカード
１０２では、部品実装領域が設けられていないため、プ
ローブカード１０２上に電子回路を形成することができ
ない。従って、電子回路をウェハ１４０に近接配置しよ
うとしても、図示のように、テストアダプタ１４８上に
電子部品１３９を配置するのが限界であり、従って、測
定結果が不正確になりやすい。

【００４５】また、プローブカード１０２上の信号パタ
ーンはシールドされていないため、信号パターン同士の
クロストークが発生し、ノイズとなって測定結果に影響
を与えてしまう。

【００４６】更に、従来のプローブカード１０２とイン
ターフェースヘッド１４９とを接続する配線部材１５０
はシールドされておらず、ビニール被覆されているだけ
なので、この配線部材１５０からノイズが侵入しやす
い。

【００４７】それに対し、上述した本発明のプローブカ
ード１によれば、電子回路をウェハ４０と近接してプロ
ーブカード１上に設けることができるので、配線長の影
響により、測定結果が不正確になることはなく、また、
信号の伝達経路が完全にシールドされているので、ノイ
ズが侵入し、測定結果が不正確になることもない。

【００４８】

【発明の効果】測定に用いる電子回路をウェハに近接さ
せることができるので、配線容量やインダクタンス影響
を受けずに電気的特性を測定することができる。信号が
伝達される配線がシールドされているので、ノイズの影
響がなく、正確な電気的特性を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)：本発明の実施形態によるプローブカード
を模式的に示す全体平面図 (ｂ)：その要部拡大図

【図２】図１のプローブカードをテストヘッドに装着し
た状態を示す断面側面図

【図３】従来技術によるプローブカードを示す全体平面
図

【図４】プローブカードが装着使用されるテスト装置の
概略図 (ａ)：テストヘッドを上昇させたところ (ｂ)：テス
トヘッドを下降させたところ

【図５】プローブカードと半導体ウェハとの相対的な位
置関係を説明する図

【図６】従来のプローブカードをテストヘッドに装着し
た状態を示す断面側面図

【符号の説明】

１……プローブカード １０……端子領域 １１…
…端子 １２……シールド被覆 １５……接続用ピ
ン ２０……部品実装領域 ２１……信号パターン
２２……シールドパターン ３０……プローブ・
ニードル ４０……ウェハ ４２……テストヘッド
４３……テスト装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状基板上に、外部装置と電気的に接続
   するための接続手段に接続可能な複数の端子と、ウエハ
   に形成された測定対象の半導体デバイスの電気的特性を
   試験するための電子回路を構成する電子部品と、先端部
   分が前記ウエハ上に形成された電極パッドに当接可能な
   複数のプローブニードルと、前記端子、電子部品及びプ
   ローブ・ニードルを電気的に接続する配線とを備えたこ
   とを特徴とするプローブカード。
2. 【請求項２】前記基板は中央に開口を有する略円板形状
   であることを特徴とする請求項１記載のプローブカー
   ド。
3. 【請求項３】前記略円板上の基板の外周側に前記複数の
   端子が設けられた端子領域が形成され、該基板の内周側
   に前記電子部品が設けられた部品実装領域が形成された
   ことを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
4. 【請求項４】前記基板は、多層配線基板であることを特
   徴とする請求項１記載のプローブカード。
5. 【請求項５】前記端子からプローブ・ニードルへ至る配
   線のうち所定の信号配線は、その両側にシールドパター
   ンが配置されていることを特徴とする請求項４記載のプ
   ローブカード。
6. 【請求項６】前記シールドパターンは、前記接続手段を
   介して外部基板と電気的に接続可能に構成されたことを
   特徴とする請求項５記載のプローブカード。