JPH1172512A - プローブカードおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微細なパッドを有するウェハの検査に利用でき
るプローブカードを実現すること。 【解決手段】カード基板１と、このカード基板１に設け
られ、かつウェハ７のパッド８と電気的に接続可能なプ
ローブ２と、このプローブ２にカード基板１中の多層配
線構造３を介して電気的に接続し、かつテスタとの電気
的な接続に供する端子とを備えてなるプローブカードに
おいて、プローブ２を、複数のＡｕボール５からなるプ
ローブ本体と、このプローブ本体を変形可能に保持する
弾性保持部材４とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブに特徴が
あるプローブカードおよびその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターや通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり素子の微細化により実現できるため、微細
加工技術が重要となる。一方、このような微細加工技術
と同時に、微細加工にて得られたチップやデバイスなど
を検査する技術も、半導体装置の発展・進歩には重要で
ある。

【０００４】検査装置の１つとして、ウェハプローブが
ある。ウェハプローブは、ウェハ工程終了時点で製品の
良品、不良品を判定するプローブ検査工程で用いられ、
プローブとウェハのパッドとを位置合わせし、テスタと
電気的に接続する装置である。

【０００５】図８に、従来のウェハプローブの要部（プ
ローブカード）を模式的に示す。図中、８１はプローブ
カードを示しており、このプローブカード８１は、大き
く分けて、ガラスエポキシからなるカード基板８２と、
このカード基板８２に設けられたニードルタイプのプロ
ーブ８３と、端子８４とで構成されている。

【０００６】プローブ８３は例えばタングステン（Ｗ）
で形成され、その長さは２〜１０μｍ程度である。ま
た、プローブ８３は、カード基板８２中の多層配線構造
８５を介して端子８４に接続している。なお、図中、プ
ローブ８３が接しているところは多層配線構造８５のパ
ッドである。この端子８４は、同軸ケーブル８６を介し
て図示しないテスタに接続できるようになっている。

【０００７】プローブ８３の下にはステージ８６が設け
られ、このステージ８６上にはウェハ８７が載置されて
いる。なお、図中、８８はプローブカード８１を支持す
るＳＵＳ製の支持板を示している。そして、この支持板
８８を図示しない移動機構により下方に移動させること
により、プローブ８３をウェハ８７上の図示しないパッ
ドに接続できるようになっている。

【０００８】ところで、この種のニードルタイプのプロ
ーブ８３を用いたプローブカード８１には、以下のよう
な問題があった。プローブ８３をウェハ８７上のパッド
に接続する際、スクライブによりプローブ８３の先端部
が移動する。この先端部の移動により、ウェハ８７上の
パッド（不図示）の表面に酸化等によって形成された金
属酸化物が除去され、プローブ８３とウェハ８７上のパ
ッドとの良好な電気的接続が可能となる。

【０００９】ここで、プローブ８３の先端部の移動量
（スクライブ量）は、最大で１００μｍ程度である。こ
のため、素子の高集積化、高性能化に伴い入出力ピンの
増大し、ウェハ８７上のパッドが縮小化すると、ウェハ
８７の検査が困難になるという問題があった。

【００１０】また、プローブ８３はアセンブリにより１
つずつ配置していたが、アセンブリの精度が悪く、プロ
ーブ８３間の水平方向、垂直方向の距離を短くできず、
またはこれらの距離にばらつきが生じ、この点でもウェ
ハ８７の検査が困難になるという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のニ
ードルタイプのプローブを用いたプローブカードは、ス
クライブ量が多く、パッドが縮小化したウェハの試験が
困難であるという問題があった。

【００１２】また、アセンブリの精度が悪く、プローブ
間の水平方向、垂直方向の距離を短くできず、またこれ
らの距離にばらつきも生じ、この点でもパッドの縮小化
したウェハの試験が困難になるという問題があった。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、微細なパッドを有する
ウェハに対しても有効なプローブカードおよびその形成
方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

［構成］上記目的を達成するために、本発明に係るプロ
ーブカード（請求項１）は、テスタと電気的に接続可能
なカード基板と、ウェハと電気的に接続可能であり、か
つ前記カード基板を介して前記テスタと電気的に接続可
能なプローブとを備えたプローブカードであって、前記
プローブは、複数の導電性ボールからなるプローブ本体
と、弾性材からなり、前記プローブ本体を変形可能に保
持する弾性保持部材とから構成されていることを特徴と
する。

【００１５】ここで、前記プローブの具体的な構成は、
前記弾性保持部材は貫通孔を有するもので、この貫通孔
内に前記複数の導電性ボールが積層されていることを特
徴とする（請求項２）。あるいは前記弾性保持部材に前
記プローブ本体が埋設されていることを特徴とする（請
求項５）。

【００１６】前者の具体的な構成は、前記弾性保持部材
が、その貫通孔の一方の開口面側が前記カード基板に接
続し、かつ他方の開口面側には前記弾性保持部材から前
記プローブ本体が抜け出すことを防止するためのストッ
パが設けられていることを特徴とする（請求項３）。

【００１７】前者の他の具体的な構成は、前記弾性保持
部材が、その貫通孔の一方の開口面側が前記カード基板
に接続し、かつ前記プローブ本体は前記貫通孔の側壁に
接するとともに、前記側壁からの弾性力によって前記弾
性保持部材から抜け出すことが防止されていることを特
徴とする（請求項４）。

【００１８】また、弾性保持部材を構成する弾性材とし
ては、例えば、発泡スチロールやゴムがあげられる（請
求項６）。本発明に係るプローブカードの形成方法（請
求項７）は、カード基板上に貫通孔を有するレジストを
形成する工程と、前記貫通孔の側壁を弾性材で被覆し、
前記弾性材からなる弾性保持部材を形成する工程と、前
記貫通孔内に複数の導電性ボールを積層して設ける工程
とを有することを特徴とする。

【００１９】また、本発明に係る他のプローブカードの
形成方法（請求項８）は、カード基板上に弾性膜を形成
する工程と、この弾性膜上に開口部を有するレジストを
形成する工程と、このレジストをマスクにして前記弾性
膜をエッチングし、前記弾性膜に貫通孔を形成する工程
と、この貫通孔内に複数の導電性ボールを積層して設け
る工程とを有することを特徴とする。

【００２０】［作用］本発明者の実験によれば、プロー
ブとして、複数の導電性ボールからなるプローブ本体を
その形状が変形可能となるように弾性材で被覆されたも
のを用いたところ、スクライブ量を十分に少なくできる
ことが分かった。具体的には弾性ボールの直径程度にで
きることが分かった。

【００２１】したがって、このようなプローブを用いた
本発明（請求項１〜６）によれば、高集積化、高性能化
に伴い入出力ピンの増大し、パッドの縮小化したウェハ
でも検査できる。このように本発明によれば、微細なパ
ッドを有するウェハに対しても有効なプローブカードを
実現できるようになる。

【００２２】また、本発明（請求項７，８）では、この
ようなプローブをレジストを利用して形成している。し
たがって、プローブ間の水平方向、垂直方向の距離およ
びこれらの距離のばらつきをフォトリソグラフィの精度
まで小さくできる。このように本発明によれば、微細な
パッドを有するウェハに対しても有効なプローブカード
を実現できるようになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るプローブカードの要部を示す断面図である。

【００２４】このプローブカードは、大きく分けて、ガ
ラスエポキシからなるカード基板１と、このカード基板
１に設けられたプローブ２と、図示しない端子とで構成
されている。

【００２５】プローブ２は、カード基板１中の多層配線
構造３を介して、上記端子に電気的に接続している。な
お、図中、プローブ２が接しているところは多層配線構
造３のパッドである。そして、上記端子は、従来と同様
に同軸ケーブルを介して、テスタに接続できるようにな
っている。図には１本のプローブ２しか示してないが、
実際には測定するウェハ上のパッドと同じ数だけある。
基本構成はこのように従来と同じである。

【００２６】本実施形態のプローブカードの特徴は、プ
ローブ２の構成が従来のそれとは異なっていることにあ
る。すなわち、プローブ２は、弾性樹脂（例えば発泡ス
チロールやゴム）から形成され、直径１００μｍ、高さ
２００μｍの筒状弾性保持部材４と、この筒状弾性保持
部材４内に設けられ、直径が２０〜８０μｍの複数個
（ここでは３個）のＡｕボール５が積層されてなるプロ
ーブ本体と、筒状弾性保持部材４からプローブ本体が抜
け出すことを防止するためのリング状のストッパ６とか
ら構成されている。

【００２７】ストッパ６は絶縁性である。すなわち、プ
ローブ２のうち、パッドと電気的に接続するところは、
プローブ本体だけとする。また、筒状弾性保持部材４
は、カード基板１に対して垂直に取り付けられている。

【００２８】このように構成されたプローブカードによ
れば、図２に示すように、プローブ２をウェハ７のパッ
ド８に押しつけて接続する際、筒状弾性保持部材４の変
形に伴ってプローブ本体の形状が変化し、パッド８と接
するＡｕボール５の位置がずれる。

【００２９】このＡｕボール５の位置ずれによって、パ
ッド８の表面に酸化等によって形成された金属酸化物が
除去され、Ａｕボール５とパッド８との良好な電気的接
続が可能となる。

【００３０】このときのＡｕボール５の位置ずれの量
（スクライブ量）は、筒状弾性保持部材４の直径と同程
度であり、例えば５０μｍ程度である。すなわち、従来
に比べてスクライブ量は十分に少なくなる。

【００３１】また、後述するように、プローブ２はフォ
トリソグラフィを用いて形成できるので、プローブ２間
の水平方向、垂直方向の距離およびこれらの距離のばら
つきは、フォトリソグラフィの精度まで小さくできる。

【００３２】したがって、本実施形態のプローブカード
は、高集積化、高性能化に伴い入出力ピンの増大し、パ
ッド８の縮小化したウェハ７を検査できるものである。
また、プローブ２をウェハ７のパッド８に押しつける際
に、複数のＡｕボール５は互いに電気的に接続しあう。
なお、あらかじめ複数のＡｕボール５が互いに電気的に
接続しあうようにしても良い。

【００３３】図３は、本実施形態のプローブカードの製
造方法を示す工程断面図である。まず、周知の方法に従
って、図３（ａ）に示すように、ガラスエポキシからな
るカード基板１を形成する。この後、同図（ａ）に示す
ように、カード基板１の一方の表面にレジスト９を塗布
する。

【００３４】次に図３（ｂ）に示すように、フォトリソ
グラフィとＲＩＥを用いて、カード基板１中の多層配線
構造３に接続する貫通孔をレジスト９に形成する。この
後、同図（ｂ）に示すように、筒状弾性保持部材となる
弾性樹脂膜４を貫通孔の内面を被覆するように塗布す
る。

【００３５】次に図３（ｃ）に示すように、例えばエッ
チバックにより、貫通孔の底面の弾性樹脂膜４および貫
通孔以外の領域の弾性樹脂膜４を除去した後、弾性樹脂
膜４を硬化処理する。その結果、弾性樹脂膜からなる筒
状の筒状弾性保持部材４が得られる。

【００３６】次に図３（ｄ）に示すように、筒状弾性保
持部材４内に３個のＡｕボール５を埋め込む。なお、筒
状弾性保持部材４、Ａｕボール５のサイズは、先に説明
した通りである。

【００３７】次に図３（ｅ）に示すように、筒状弾性保
持部材４からＡｕボール（プローブ本体）５が抜け出す
ことを防止するためのストッパ６としての性樹脂フィル
ムを形成する。

【００３８】最後に、図３（ｆ）に示すように、レジス
ト９およびその上の性樹脂フィルムを除去して、プロー
ブカードが完成する。このような形成方法では、Ａｕボ
ール（プローブ本体）５が埋め込まれる貫通孔をレジス
ト９を利用して形成しているので、プローブ間の水平方
向、垂直方向の距離およびこれらの距離のばらつきをフ
ォトリソグラフィの精度まで小さくできる。したがっ
て、微細なパッドを有するウェハ２に対しても有効なプ
ローブカード１を実現できるようになる。

【００３９】図４、図５に本実施形態の変形例を示す。
これらの変形例は、カード基板１とプローブ２との接続
強度を強くするのに有効な構造を有するものである。す
なわち、図４は、筒状弾性保持部材４を接着層１０を介
して多層配線構造３のパッドに接続する例を示してい
る。接着層１０は弾性材で形成されていることが好まし
い。

【００４０】また、図５は、筒状弾性保持部材４が、多
層配線構造３（金属）ではなく、カード基板１（樹脂）
に接続している例を示している。筒状弾性保持部材４と
カード基板１とはともに同質材料（樹脂材）で形成され
ているため、接着層を用いずに必要な接着強度を確保す
ることが可能となる。 （第２の実施形態）図６は、本発明の第２の実施形態に
係るプローブカードの要部を示す断面図である。なお、
図１のプローブカードと対応する部分には図１と同一符
号を付してあり、詳細な説明は省略する。

【００４１】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、弾性樹脂からなる円柱弾性状部材４ａ内に、複数の
Ａｕボール５が埋め込まれた構成のプローブ２を用いた
ことにある。

【００４２】このようなプローブ２は、例えば、軟化状
態の円柱弾性状部材４ａ中にＡｕボール５を埋め込んだ
後に、硬化処理することにより実現できる。なお、一番
下のＡｕボールの一部は、パッドと電気的に接続できる
ように露出している。

【００４３】このような構成でも第１の実施形態と同様
な効果が得られる。また、本実施形態の場合、Ａｕボー
ル５が円柱弾性状部材４ａ中に埋め込まれているので、
ストッパは不要となる。 （第３の実施形態）図７は、本発明の第３の実施形態に
係るプローブカードの要部を示す断面図である。なお、
図１のプローブカードと対応する部分には図１と同一符
号を付してあり、詳細な説明は省略する。

【００４４】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、弾性樹脂からなり、円柱状の貫通孔を有する弾性保
持部材４ｂと、この弾性保持部材４ｂの貫通孔内に設け
られた複数のＡｕボール５とで構成され、かつ弾性保持
部材４ｂの弾性力によって、その貫通孔内にＡｕボール
５が保持されているプローブ２を用いたことにある。

【００４５】弾性保持部材４ｂの貫通孔の直径、Ａｕボ
ール５の直径は、弾性保持部材４ｂの弾性力によって、
貫通孔内にＡｕボール５が、保持されるように選ばれて
いる。また、十分な弾性力が得られるように、弾性保持
部材４ｂは横方向に厚く形成されている。

【００４６】このようなプローブ２は、例えばまずカー
ド基板１上に弾性保持部材４ｂとなる弾性膜を形成し、
次にフォトリソグラフィとＲＩＥを用いて弾性膜に貫通
孔を形成し、次にこの貫通孔内にＡｕボール５を積層し
て設けることにより形成できる。

【００４７】このような構成でも第１の実施形態と同様
な効果が得られる。また、第２の実施形態と同様にスト
ッパが不要となる。なお、本発明は上記実施形態に限定
されるものではない。例えば、上記実施形態では、Ａｕ
ボールを用いた場合について説明したが、半田ボール、
Ａｇボールなどの他のメタルボールを用いても良い。た
だし、貴金属のボールのほうが信頼性の高い接続が可能
である。

【００４８】また、以上説明したプローブカードに係る
本発明は、以下のより広い接触部材に係る発明に包含さ
れるものである。すなわち、この接触部材に係る発明
は、被接触材と接触可能な接触部材であって、前記被接
触部材と接触する部分が、複数のボール部材からなる接
触部本体と、この接触部本体を変形可能に保持する保持
部材とから構成されていることを特徴とする。

【００４９】具体的には、例えばコンセントと電気的に
接続可能なプラグがあげられ、この場合、コンセントの
差し込み口に入る部分が、複数の導電性ボールからなる
プラグ本体と、このプラグ本体を変形可能に保持する保
持部材とで構成されていることになる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来のニードルタイプのプローブに代わって、複数の導電
性ボールからなるプローブ本体をその形状が変形可能と
なるように弾性保持部材で保持したプローブを用いるこ
とにより、スクライブ量を十分に小さくでき、これによ
り微細なパッドを有するウェハに対しても有効なプロー
ブカードを実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るプローブカード
の要部を示す断面図

【図２】図１のプローブカードのプローブとウェハのパ
ッドとの接続状態を示す図

【図３】本発明の第１の実施形態に係るプローブカード
の形成方法を示す工程断面図

【図４】図１のプローブカードの変形例を示す断面図

【図５】図１のプローブカードの他の変形例を示す断面
図

【図６】本発明の第２の実施形態に係るプローブカード
の要部を示す断面図

【図７】本発明の第３の実施形態に係るプローブカード
の要部を示す断面図

【図８】従来のプローブカードを模式的に示す図

【符号の説明】

１…カード基板 ２…プローブ ３…多層配線構造 ４…筒状弾性保持部材 ４ａ…円柱弾性状部材 ４ｂ…弾性保持部材 ５…Ａｕボール（導電性ボール） ６…ストッパ ７…ウェハ ８…パッド ９…レジスト １０…接着層

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テスタと電気的に接続可能なカード基板
   と、 ウェハと電気的に接続可能であり、かつ前記カード基板
   を介して前記テスタと電気的に接続可能なプローブと を具備してなるプローブカードであって、 前記プローブは、複数の導電性ボールからなるプローブ
   本体と、弾性材からなり、前記プローブ本体を変形可能
   に保持する弾性保持部材とから構成されていることを特
   徴とするプローブカード。
2. 【請求項２】前記弾性保持部材は貫通孔を有し、この貫
   通孔内に前記複数の導電性ボールが積層されていること
   を特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 【請求項３】前記弾性保持部材は、その貫通孔の一方の
   開口面側が前記カード基板に接続し、かつ他方の開口面
   側には前記弾性保持部材から前記プローブ本体が抜け出
   すことを防止するためのストッパが設けられていること
   を特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
4. 【請求項４】前記弾性保持部材は、その貫通孔の一方の
   開口面側が前記カード基板に接続し、かつ前記プローブ
   本体は前記貫通孔の側壁に接するとともに、前記側壁か
   らの弾性力によって前記弾性保持部材から抜け出すこと
   が防止されていることを特徴とする請求項２に記載のプ
   ローブカード。
5. 【請求項５】前記弾性保持部材に前記プローブ本体が埋
   設されていることを特徴とする請求項１に記載のプロー
   ブカード。
6. 【請求項６】前記弾性材は、発砲スチロールまたはゴム
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいず
   れかに記載のプローブカード。
7. 【請求項７】カード基板上に貫通孔を有するレジストを
   形成する工程と、 前記貫通孔の側壁を弾性材で被覆し、前記弾性材からな
   る弾性保持部材を形成する工程と、 前記貫通孔内に複数の導電性ボールを積層して設ける工
   程とを有することを特徴とするプローブカードの形成方
   法。
8. 【請求項８】カード基板上に弾性膜を形成する工程と、 この弾性膜上に開口部を有するレジストを形成する工程
   と、 このレジストをマスクにして前記弾性膜をエッチング
   し、前記弾性膜に貫通孔を形成する工程と、 この貫通孔内に複数の導電性ボールを積層して設ける工
   程とを有することを特徴とするプローブカードの形成方
   法。