JPWO2008126601A1 - プローブカード - Google Patents

Abstract

所定の基準面に対する平面度、平行度を精度よく保つことができるプローブカードを提供する。プローブヘッド１５の表面であって複数のプローブが突出する表面の縁端部近傍を全周にわたって基板の方向へ押さえ付けるリーフスプリング１７からプローブヘッド１５に加わる力の作用点Ｑをプローブヘッド１５の外縁よりも内側に位置させるとともに、スペーストランスフォーマ１４の縁端部近傍を全周にわたって基板の方向へ押さえ付けるリテーナ１６からスペーストランスフォーマ１４に加わる力の作用点Ｐをスペーストランスフォーマ１４の外縁よりも内側に位置させる。

Description

本発明は、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードに関する。

半導体の検査工程では、ダイシングする前の半導体ウェハの状態で導電性を有するプローブ（導電性接触子）をコンタクトさせることによって導通検査を行い、不良品を検出するウェハレベルテストを行うことがある。このウェハレベルテストを行う際には、検査装置（テスター）によって生成、送出される検査用の信号を半導体ウェハに伝えるために、多数のプローブを収容するプローブカードが用いられる。ウェハレベルテストでは、半導体ウェハ上のダイをプローブカードでスキャニングしながらプローブをダイごとに個別にコンタクトさせるが、半導体ウェハ上には数百〜数万というダイが形成されているので、一つの半導体ウェハをテストするにはかなりの時間を要し、ダイの数が増加するとともにコストの上昇を招いていた。

上述したウェハレベルテストの問題点を解消するために、最近では、半導体ウェハ上の全てのダイまたは半導体ウェハ上の少なくとも１／４〜１／２程度のダイに、数百〜数万のプローブを一括してコンタクトさせるフルウェハレベルテストという手法が用いられるようになってきている。この手法では、プローブを半導体ウェハに対して正確にコンタクトさせるため、所定の基準面に対するプローブカードの平行度や平面度を精度よく保つ技術が必要とされる。例えば、下記特許文献１には、配線基板を平坦化させる機構の一部として、プローブの微細な配線パターンの間隔を空間的に広げるスペーストランスフォーマの縁端部を押さえ付けるクランプフレームに関する技術が開示されている。

特開２００５−１６４６０１号公報（図１）

しかしながら、上述した従来のフルウェハレベルテスト用プローブカードでは、スペーストランスフォーマと配線基板との間に介在するインターポーザを構成する板バネ等の弾性部材の反力が、スペーストランスフォーマの縁端部の接触点を介してクランプフレームに作用することにより、クランプフレームがその接触点で略回転支持された状態となり、スペーストランスフォーマを押さえ付ける方向と反対の方向に反り返ってしまうという問題があった。この結果、スペーストランスフォーマ自体の反りを引き起こし、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができるプローブカードを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプローブカードは、検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、前記回路構造と電気的に接続する配線を有する基板と、前記基板の配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマの各縁端部近傍を前記基板の方向に押さえ付けることによって前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマを保持する保持手段と、を備え、前記保持手段から前記プローブヘッドに加わる力の作用点が前記プローブヘッドの外縁よりも内側に位置すること、および／または前記保持手段から前記スペーストランスフォーマに加わる力の作用点が前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記保持手段は、前記スペーストランスフォーマの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリテーナを有し、前記リテーナから前記スペーストランスフォーマに加える力の作用点は、前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記リテーナは、前記スペーストランスフォーマを収容する中空部を有する本体部と、前記本体部の端面から内周方向に帯状に延出し、前記スペーストランスフォーマと接触する接触部と、を備え、前記接触部は、前記スペーストランスフォーマと接触する側の基端部の表面が溝状に切り欠かれて成ることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記基板の表面から当該基板を貫通して埋め込まれ、当該基板の板厚よりも大きい高さを有する複数のポスト部材をさらに備え、前記ポスト部材の少なくとも一部は、前記スペーストランスフォーマの板厚方向において前記接触部と対向する位置に配置されたことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記リテーナは、前記スペーストランスフォーマを収容する中空部を有する本体部と、前記本体部の端面に取り付けられ、前記本体部の内縁よりも内周方向に帯状に延出したリング状をなし、前記スペーストランスフォーマと接触するリング部材と、を備え、前記リング部材は、前記帯状に延出した内縁部に、前記リングのなす平面と直交する方向に突起し、前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に接触する接触部を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記基板の表面から当該基板を貫通して埋め込まれ、当該基板の板厚よりも大きい高さを有する複数のポスト部材をさらに備え、前記ポスト部材の少なくとも一部は、前記スペーストランスフォーマの板厚方向において前記接触部と対向する位置に配置されたことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記スペーストランスフォーマの表面のうち前記リテーナと対向する表面の縁端部に面取りが施されていることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記保持手段は、前記プローブヘッドの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリーフスプリングを有し、前記リーフスプリングから前記プローブヘッドに加える力の作用点は、前記プローブヘッドの外縁よりも内側に位置することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記プローブヘッドの表面のうち前記リーフスプリングと対向する表面の縁端部に面取りが施されていることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材をさらに備え、前記保持手段は、前記スペーストランスフォーマ、前記基板、および前記補強部材を締結するネジ部材を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記保持手段は、前記スペーストランスフォーマの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリテーナをさらに備え、前記ネジ部材は、前記リテーナを、前記スペーストランスフォーマ、前記基板、および前記補強部材とともに締結することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記保持手段は、前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマを締結する第２ネジ部材を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブカードは、上記発明において、前記基板と前記スペーストランスフォーマとの間に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザをさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係るプローブカードによれば、保持手段からプローブヘッドに加わる力の作用点がプローブヘッドの外縁よりも内側に位置すること、および／または保持手段からスペーストランスフォーマに加わる力の作用点がスペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することとしたため、プローブヘッドおよびスペーストランスフォーマの反りを抑制することが可能となる。したがって、所定の基準面に対する平面度、平行度を精度よく保つことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブカード要部の構成を示す分解斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るプローブカードの構成を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線要部断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係るプローブカードが備えるインターポーザの内部構成を示す部分断面図である。 図５は、プローブおよびプローブヘッド要部の構成を示す部分断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係るプローブヘッドが備えるリテーナおよびリーフスプリングの要部の構成を示す部分断面図である。 図７は、リテーナの構成を示す平面図である。 図８は、リーフスプリングの使用前の状態および使用中の状態を模式的に示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１の一変形例に係るプローブカード要部の構成を示す部分断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係るプローブカード要部の構成を示す分解斜視図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係るプローブカード要部の構成を示す部分断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態３に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態４に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態５に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。 図１５は、本発明の実施の形態６に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１，４，５，６，７，８，９ プローブカード
２ プローブ
３ 半導体ウェハ
１１，５１，７１ 基板
１２，５２，７２ 補強部材
１３，５３，７３，８３ インターポーザ
１４，６４，７４，８４ スペーストランスフォーマ
１５，６５，７５ プローブヘッド
１５ｐ プローブ収容領域
１６，６６，７６，８５ リテーナ
１７，１９，６７ リーフスプリング
１８ コネクタ
２１，２２，１３３，１３４ 針状部材
２１ａ，２２ａ，１３３ａ，１３４ａ 針状部
２１ｂ，２２ｃ，１３３ｃ，１３４ｃ ボス部
２１ｃ 軸部
２２ｂ，１３３ｂ，１３４ｂ フランジ部
２３，１３５ バネ部材
２３ａ，１３５ａ 粗巻き部
２３ｂ，１３５ｂ 密着巻き部
３１，１１１，１４１ 電極パッド
５４ ポスト部材
５４ａ 大径部
５４ｂ 小径部
８６，１６１，６６１，７６１ 本体部
８７，９１，９２ リング部材
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ ネジ部材
１２１，１７１，１９１，５２１，６７１，７２１ 外周部
１２２，５２２，７２２ 中心部
１２３、５２３ 連結部
１３１ ハウジング
１３１ａ 第１部材
１３１ｂ 第２部材
１３２ 接続端子
１３６，１３７，１５１，５１１，５２４，５３１，７１１，７２４，７３１，７３２，７４１，７４２，７５１，７６３，８３１，８４１，９１１，９２１ 孔部
１５１ａ 小径孔
１５１ｂ 大径孔
１６２，６６２，７６２，８７１ 接触部
１６２ａ 薄肉部
１７２，１９２，６７２ 爪部
５４１ 中空部
６４１，６５１ 面取り部

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブカード要部の構成を示す分解斜視図である。また、図２は、本実施の形態１に係るプローブカードを図１の上方から見た平面図である。さらに、図３は、図２のＡ−Ａ線を切断面とする要部断面図である。これらの図１〜図３に示すプローブカード１は、複数のプローブを用いて検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造を備える検査装置とを電気的に接続するものである。

プローブカード１は、円盤状をなして検査装置との電気的な接続を図る基板１１と、基板１１の一方の面に装着され、基板１１を補強する補強部材１２と、正八角形の表面を有する薄板状をなし、基板１１からの配線を中継するインターポーザ１３と、インターポーザ１３によって中継された配線の間隔を変換するスペーストランスフォーマ１４と、基板１１よりも径が小さい円盤状をなしてスペーストランスフォーマ１４に積層され、検査対象の配線パターンに対応して複数のプローブを収容保持するプローブヘッド１５と、を備える。また、プローブカード１は、基板１１に固着され、インターポーザ１３およびスペーストランスフォーマ１４を積層した状態で一括して保持するリテーナ１６と、リテーナ１６に固着されてプローブヘッド１５を保持するリーフスプリング１７と、基板１１に形成される配線の一端に接続されたコネクタ１８と、を備える。

以下、プローブカード１のより詳細な構成を説明する。基板１１は、ベークライトやエポキシ樹脂等の絶縁性材料を用いて形成され、複数のプローブと検査装置とを電気的に接続するための配線層（配線パターン）がビアホール等によって立体的に形成されている。

補強部材１２は、基板１１と略同径を有する円形の外周部１２１と、外周部１２１のなす円と同じ中心を有し、円盤状をなす中心部１２２と、中心部１２２の外周方向から外周部１２１に達するまで延出し、外周部１２１と中心部１２２とを連結する複数の連結部１２３（図１では４個）とを備える。補強部材１２は、アルマイト仕上げを行ったアルミニウム、ステンレス、インバー材、コバール（登録商標）材、ジュラルミンなど剛性の高い材料によって実現される。

図４は、インターポーザ１３の詳細な内部構成を示す部分断面図である。インターポーザ１３は、ハウジング１３１に複数の接続端子１３２を収容保持して成る。接続端子１３２は、基板１１に接触する針状部材１３３と、スペーストランスフォーマ１４に接触する針状部材１３４と、針状部材１３３および針状部材１３４の間に設けられて二つの針状部材１３３，１３４を連結するバネ部材１３５と、を備える。

針状部材１３３は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部１３３ａと、針状部１３３ａの先端と反対側の基端部に設けられ、針状部１３３ａの径よりも大きい径を有するフランジ部１３３ｂと、フランジ部１３３ｂの針状部１３３ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部１３３ｂの径よりも小さい径を有するボス部１３３ｃと、を備える。針状部材１３３の先端は、基板１１の電極パッド１１１に接触している。

針状部材１３４は、複数の爪が突出したクラウン形状の先端を有する針状部１３４ａと、針状部１３４ａの先端と反対側の基端部に設けられ、針状部１３４ａの径よりも大きい径を有するフランジ部１３４ｂと、フランジ部１３４ｂの針状部１３４ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部１３４ｂの径よりも小さい径を有するボス部１３４ｃと、を備える。針状部材１３４の先端は、スペーストランスフォーマ１４の電極パッド１４１に接触している。フランジ部１３４ｂの径はフランジ部１３３ｂの径と同じであり、ボス部１３４ｃの径はボス部１３３ｃの径と同じである。

なお、針状部材１３４として、針状部材１３３と同じ形状のものを適用してもよい。また、針状部材１３３として、針状部材１３４と同じ形状のものを適用してもよい。

バネ部材１３５は、針状部材１３３側が粗巻き部１３５ａである一方、針状部材１３４側が密着巻き部１３５ｂである。粗巻き部１３５ａの端部はボス部１３３ｃに巻き付けらている一方、密着巻き部１３５ｂの端部はボス部１３４ｃに巻き付けられている。粗巻き部１３５ａとフランジ部１３３ｂとの間および密着巻き部１３５ｂとフランジ部１３４ｂとの間は、ばねの巻き付き力および／または半田付けによってそれぞれ接合されている。

密着巻き部１３５ｂの一部は、針状部材１３３のボス部１３３ｃに接触している。したがって、密着巻き部１３５ｂには接続端子１３２の軸線方向に沿った直線的な電気信号が流れ、粗巻き部１３５ａにコイル状に電気信号が流れることがない。この結果、接続端子１３２のインダクタンスの増加を抑えることができる。

接続端子１３２を収容するハウジング１３１は、第１部材１３１ａおよび第２部材１３１ｂが重ね合わさって成る。第１部材１３１ａには、複数の接続端子１３２を個別に収容する段付き孔形状の孔部１３６が形成されている。また、第２部材１３１ｂには、複数の接続端子１３２を個別に収容する段付き孔形状の孔部１３７が形成されている。孔部１３６，１３７は、段付き孔形状をなすことによって接続端子１３２を抜け止めしている。

以上の構成を有するインターポーザ１３は、コイルばねを備えた複数の接続端子１３２を適用しているため、各々の接続端子１３２が軸線方向に独立に伸縮し、基板１１やスペーストランスフォーマ１４の変形にインターポーザ１３を追従させることができる。この結果、基板１１やスペーストランスフォーマ１４の変形によって一部の配線が断線してしまうのを防止することができる。また、インターポーザ１３は、接続端子１３２がハウジング１３１に挿入されているだけなので、不具合が生じた接続端子１３２のみを交換することができ、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができる。

スペーストランスフォーマ１４は、基板１１と同様、内部の配線層がビアホール等によって立体的に形成されている。スペーストランスフォーマ１４は、セラミックス等の絶縁性材料を母材とし、インターポーザ１３と略合同な正８角形の表面を有する薄板状をなしており、検査対象（半導体ウェハ）の熱膨張係数と基板１１の熱膨張係数との差を緩和する機能も果たしている。

図５は、プローブヘッド１５要部の構成およびプローブ２の詳細な構成を示す部分断面図である。図５では、図３や図４と上下を逆転させ、実際に検査を行う際の上下方向とあわせた記載を行っている。

プローブ２は、スペーストランスフォーマ１４に接触する針状部材２１と、この針状部材２１と相反する向きに突出し、半導体ウェハ３の電極パッド３１に接触する針状部材２２と、針状部材２１と針状部材２２との間に設けられ、二つの針状部材２１，２２を伸縮自在に連結するバネ部材２３とを備える。互いに連結される針状部材２１，２２、およびバネ部材２３は、同一の軸線を有している。

針状部材２１は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部２１ａと、針状部２１ａの先鋭端と反対側の基端部に設けられ、針状部２１ａの径よりも小さい径を有するボス部２１ｂと、ボス部２１ｂの針状部２１ａが接する側と反対側の表面から延出する軸部２１ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。これに対して、針状部材２２は、先端方向に突出した先鋭端を有する針状部２２ａと、針状部２２ａの先鋭端と反対側の基端部に設けられ、針状部２２ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂの針状部２２ａが接する側と反対側の表面から突出し、フランジ部２２ｂの径よりも小さい径を有するボス部２２ｃとを備え、長手方向に軸対称な形状をなしている。

バネ部材２３は、針状部材２１側が粗巻き部２３ａである一方、針状部材２２側が密着巻き部２３ｂである。粗巻き部２３ａの端部は針状部材２１のボス部２１ｂに巻き付けられ、密着巻き部２３ｂの端部は針状部材２２のボス部２２ｃに巻き付けられている。粗巻き部２３ａとボス部２１ｂとの間および密着巻き部２３ｂとボス部２２ｃとの間は、ばねの巻き付き力および／または半田付けによってそれぞれ接合されている。密着巻き部２３ｂの少なくとも一部は、針状部材２１を電極パッド１４１に接触させた状態すなわち図５に示す状態で、針状部材２１の軸部２１ｃに接触している。

以上の構成を有するプローブ２は、半導体ウェハ３の電極パッド３１の配置パターンに対応して、針状部２２ａの先端が突出するように配設されている。針状部２２ａの先端は、対応する電極パッド３１の表面に対し、その表面と垂直な方向から接触する。この接触により、バネ部材２３はさらに湾曲して蛇行する。この際、密着巻き部２３ｂの一部は針状部材２１の軸部２１ｃに接触した状態を保持するため、密着巻き部２３ｂにはプローブ２の軸線方向に沿った直線的な電気信号が流れる。したがって、粗巻き部２３ａにコイル状に電気信号が流れることがなく、プローブ２のインダクタンスの増加を抑えることができる。

なお、図５では明示していないが、プローブヘッド１５が収容保持するプローブ２の中には、グランド用のプローブや、電力供給用のプローブが含まれる。このため、プローブ２に接続される配線の中には、グランド層や電源層に接続されるものもある。

プローブヘッド１５は、プローブ２を収容するための孔部１５１が板厚方向（図５の鉛直方向）に貫通されて成るプローブ収容領域１５ｐを有する。孔部１５１は、少なくとも針状部２２ａの長手方向の長さよりも小さい長さを有する小径孔１５１ａと、小径孔１５１ａと同じ中心軸を有し、小径孔１５１ａよりも径が大きい大径孔１５１ｂとから成る。小径孔１５１ａの内径は、針状部材２２の針状部２２ａの外径よりも若干大きく、かつフランジ部２２ｂの外径よりも若干小さい。これにより、小径孔１５１ａは、針状部材２２を抜け止めしている。

プローブヘッド１５に収容されるプローブ２の数や配置パターンは、半導体ウェハ３に形成される電極パッド３１の配置パターンに応じて定まる。例えば、直径８インチ（約２００ｍｍ）の半導体ウェハ３を検査対象とする場合には、数百〜数千個のプローブ２が必要となる。また、直径１２インチ（約３００ｍｍ）の半導体ウェハ３を検査対象とする場合には、数千〜数万個のプローブ２が必要となる。プローブヘッド１５は、例えばセラミックス等の絶縁性材料を用いて形成される。

なお、プローブヘッド１５を、図５の鉛直方向に沿って上下二つの部分に分割して構成してもよい。この場合には、ねじと位置決めピンを用いて二つの部分を締結するが、プローブ２の初期荷重で下側の板が膨らんでしまうのを防ぐため、下側に来る部分の厚みが上側に来る部分の厚みより厚くなるように設定するのが好ましい。このようにプローブヘッド１５を分割して構成することにより、メインテナンスの際にプローブ２を容易に交換することが可能となる。

図６は、リテーナ１６およびリーフスプリング１７の要部の構造を示す部分断面図である。

リテーナ１６は、インターポーザ１３とスペーストランスフォーマ１４を積層して保持可能な正八角柱形状の中空部を有する本体部１６１と、本体部１６１の端部のうちリーフスプリング１７が積層される端部から中空部の中心方向へ全周にわたって帯状に延出し、スペーストランスフォーマ１４の縁端部近傍に接触する接触部１６２とを有する。図７は、リテーナ１６の構成を示す平面図であり、プローブヘッド１５が積層される側から見た図である。

接触部１６２は、スペーストランスフォーマ１４の外縁よりも内側の表面に面的に接触し、スペーストランスフォーマ１４を基板１１の方向へ押し付ける。接触部１６２には、スペーストランスフォーマ１４と対向する側の表面の基端部を溝状に切り欠くことによって形成され、接触部１６２の他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部１６２ａが形成されている。

リテーナ１６は、補強部材１２と同様、アルマイト仕上げを行ったアルミニウム、ステンレス、インバー材、コバール材（登録商標）、ジュラルミンなど剛性の高い材料によって実現される。

リーフスプリング１７は、薄肉の円環状をなす外周部１７１と、外周部１７１から内周方向に階段状をなして延出し、プローブヘッド１５の縁端部近傍を押さえ付ける爪部１７２とを有する。爪部１７２は、図１に示すように、外周部１７１の全周にわたって一様に設けられており、外周部１７１から内周方向に舌片状に延出した部分に曲げ加工を施すことによって形成される。リーフスプリング１７は、リン青銅、ステンレス（ＳＵＳ）、ベリリウム銅などの弾性のある材料によって形成される。なお、リーフスプリング１７の爪部１７２は、図２に示す場合に限られるわけではない。例えば、隣接する爪部１７２間のピッチ角θを変更してもよいし、爪部１７２の円周方向の幅ｗを変更してもよい。

図８は、リーフスプリング１７の使用前の状態および使用中の状態を模式的に示す図である。図８に示すように、爪部１７２には、予めプローブヘッド１５を押さえ付ける方向に荷重が加えられている。プローブヘッド１５を取り付けた状態で、爪部１７２の先端付近の表面は、外周部１７１の表面と略平行になり、プローブヘッド１５の縁端部近傍でプローブヘッド１５と面的に接触する。

以上の構成を有するリテーナ１６およびリーフスプリング１７は、ネジ部材１０１によって基板１１および補強部材１２に締結されている。

リテーナ１６およびリーフスプリング１７は、プローブヘッド１５およびスペーストランスフォーマ１４の各縁端部近傍を基板１１に対して押さえ付けることによってプローブヘッド１５およびスペーストランスフォーマ１４を少なくとも保持する保持手段を構成する。

コネクタ１８は、基板１１の中心に対して放射状に複数配設され、検査装置側に設けられるコネクタの各々と対をなし、互いの端子が接触することによってプローブ２と検査装置との電気的な接続を確立する。このようなコネクタとして、ゼロインサーションフォース（ＺＩＦ）型コネクタを適用することができる。

なお、プローブカードと検査装置との接続をコネクタによって実現する代わりに、検査装置にスプリング作用のあるポゴピン等の端子を設け、かかる端子を介してプローブカードを検査装置に接続する構成としてもよい。この場合には、プローブカードにコネクタを設ける必要はない。

以上の構成を有するプローブカード１では、リテーナ１６の接触部１６２の基端部に薄肉部１６２ａを設けているため、この部分が逃げとなってリテーナ１６がスペーストランスフォーマ１４の外縁の端点Ｐ₀と接触することがなくなる。このため、リテーナ１６がスペーストランスフォーマ１４から受ける力の作用点は、スペーストランスフォーマ１４の外縁よりも内側に位置することとなる。換言すると、スペーストランスフォーマ１４がリテーナ１６から押し付けられる力（リテーナ１６がスペーストランスフォーマ１４から受ける力の反作用）の作用点Ｐは、スペーストランスフォーマ１４の外縁よりも内側に位置することとなる。

その結果、接触部１６２が端点Ｐ₀で回転支持されることがなくなり、接触部１６２の反り返りが抑制される。したがって、リテーナ１６がスペーストランスフォーマ１４を押さえ付ける力Ｆ₁は、スペーストランスフォーマ１４の板厚方向と略平行な方向を指向し、スペーストランスフォーマ１４やインターポーザ１３の反りを防止することが可能となる。

また、プローブカード１では、リーフスプリング１７に加わる力の作用点Ｑがプローブヘッド１５の外縁の端点Ｑ₀よりも内側に位置する。したがって、リーフスプリング１７がプローブヘッド１５を基板１１の方向に押さえ付ける力Ｆ₂は、プローブヘッド１５の板厚方向と略平行な方向を指向し、プローブヘッド１５を適確に保持することができる。

このため、フルウェハレベルテストのように大量のプローブ２を保持する場合であっても、プローブヘッド１５の反り等の変形が発生するのを抑えることができ、耐久性にも優れ、安定したプローブストロークを得ることができる構成となっている。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、リーフスプリングからプローブヘッドに加わる力の作用点がプローブヘッドの外縁よりも内側に位置するとともに、リテーナからスペーストランスフォーマに加わる力の作用点がスペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することとしたため、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となる。したがって、所定の基準面に対する平面度、平行度を精度よく保つことができる。

また、本実施の形態１によれば、リテーナやリーフスプリングに発生する応力として、曲げ応力よりもせん断応力が支配的となるため、リテーナがスペーストランスフォーマを押さえ付ける力や、リーフスプリングがプローブヘッドを押さえ付ける力を増加させることができる。

なお、本実施の形態１では、リテーナおよびリーフスプリングのいずれか一方の構成を従来型の構成とすることが可能である。例えば、リテーナ１６を適用する場合には、舌片状の爪部を有するリーフスプリングを適用してもよい。また、リーフスプリング１７を適用する場合には、接触部に薄肉部を有しないリテーナを適用してもよい。

（実施の形態１の変形例）
図９は、本実施の形態１の一変形例に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブカード４においては、リーフスプリングの形状が上述した実施の形態１と異なっている。

リーフスプリング１９は、薄肉の円環状をなす外周部１９１と、外周部１９１から内周方向に延出した爪部１９２とを有する。爪部１９２は、外周部１９１から延出した部分の略中央部に頂点を有する山型の断面形状をなす。頂点よりも内周側に位置し、スペーストランスフォーマ１４と接触する接触面は、プローブヘッド１５を取り付けた状態で外周部１９１の表面と略平行であり、外周部１９１と段差を有している。爪部１９２には、爪部１７２と同様、予めプローブヘッド１５を押さえ付ける方向に荷重が加えられている。

このような構成を有するプローブカード４によれば、上述した実施の形態１と同様、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となり、所定の基準面に対する平面度、平行度を精度よく保つことができる。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るプローブカードの要部の構成を示す分解斜視図である。また、図１１は、本実施の形態２に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。これらの図に示すプローブカード５は、基板５１の所定箇所に設けられた複数の孔部５１１に複数のポスト部材５４がそれぞれ埋め込まれた構成を有する。

ポスト部材５４は、基板５１の板厚よりも若干大きい板厚を有する中空円筒形状の大径部５４ａ、および大径部５４ａよりも小さい径を有し、大径部５４ａと同じ中心軸を有する中空円筒形状の小径部５４ｂから成る。ポスト部材５４の中心軸方向（高さ方向）には、中空部５４１が設けられている。中空部５４１は、補強部材５２（外周部５２１、中心部５２２および連結部５２３を有する）およびインターポーザ５３にそれぞれ形成された孔部５２４および５３１に連通しており、中空部５４１の内側面には、ネジ部材１０２，１０３を螺合可能なネジ山が設けられている。ポスト部材５４は、補強部材５２と同様の材料によって構成することができるが、高い加工精度が要求される点に鑑みて、ステンレスが特に適している。

図１０に示すように、ポスト部材５４は、径が異なる２つの同心円上に配設される。これらの円の中心は、基板５１の中心と一致しており、径が小さい円周上には４つのポスト部材５４が中心対称に配設される一方、径が大きい円周上には８つのポスト部材５４が中心対称に配設される。図１１は、径が大きい方の円周上に配設されたポスト部材５４のみが通過する切断面でみた断面図を示している。

径が大きい方の円周上に配設されたポスト部材５４の端面のうち、インターポーザ５３に当接する端面は、リテーナ１６の接触部１６２がスペーストランスフォーマ１４に接触する接触面と、スペーストランスフォーマ１４の板厚方向（図１１の鉛直方向）で対向する位置に配設されている。したがって、接触部１６２とポスト部材５４とがスペーストランスフォーマ１４およびインターポーザ５３を挟み付ける構成となり、基板５１が波打ち等の変形を生じても、インターポーザ５３およびスペーストランスフォーマ１４を確実に保持し続けることが可能となる。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、リーフスプリングからプローブヘッドに加わる力の作用点がプローブヘッドの外縁よりも内側に位置するとともに、リテーナからスペーストランスフォーマに加わる力の作用点がスペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することとしたため、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となる。したがって、所定の基準面に対する平面度、平行度を精度よく保つことができる。

また、本実施の形態２によれば、基板の変形を抑えるために複数のポスト部材を配設し、このポスト部材の一部が、プローブカードの板厚方向でリテーナの接触部と対向する位置に来るようにしたため、基板の変形の有無に関わらず、インターポーザやスペーストランスフォーマを確実に保持することができ、所定の基準面に対するプローブカードの平面度、平行度の精度を一段と向上させることができる。

なお、本実施の形態２においても、リテーナおよびリーフスプリングのいずれか一方に対して従来型を適用することが可能である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、プローブヘッドやスペーストランスフォーマの縁端部に面取りを施すことにより、保持手段に加わる力の作用点が、プローブヘッドおよびスペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置する構成としたことを特徴とする。

図１２は、本実施の形態３に係るプローブカードの要部の構成を示す要部断面図である。同図に示すプローブカード６は、各々の縁端部に面取りが施されたスペーストランスフォーマ６４およびプローブヘッド６５とを備える。また、プローブカード６は、本体部６６１および本体部６６１から内周方向に全周にわたって帯状に延出する接触部６６２を有するリテーナ６６と、外周部６７１および外周部６７１から舌片状に延出した爪部６７２を有するリーフスプリング６７とを備える。図１２に示す以外のプローブカード６の構成は、上記実施の形態１に係るプローブカード１の構成と同じである。

スペーストランスフォーマ６４は、リテーナ６６と対向してリテーナ６６と面的に接触する表面の縁端部にＣ面取りが施された面取り部６４１を有する。また、プローブヘッド６５は、リーフスプリング６７の爪部６７２と対向して接触する表面の縁端部にＣ面取りが施された面取り部６５１を有する。

以上の構成を有するプローブカード６では、リテーナ６６がスペーストランスフォーマ６４に加える力の作用点Ｒ、およびリーフスプリング６７がプローブヘッド６５に加える力の作用点Ｓが、スペーストランスフォーマ６４およびプローブヘッド６５の各縁端部に面取りを施さない場合よりもそれぞれ内側に位置している。

したがって、本発明の実施の形態３に係るプローブカードによれば、上述した二つの実施の形態と同様に、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、プローブヘッドの反りを抑制することが可能となり、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができる。

なお、図１２では、スペーストランスフォーマの縁端部やプローブヘッドの縁端部にＣ面取りを施した場合を記載しているが、その代わりにＲ面取りを施してもよい。また、スペーストランスフォーマとプローブヘッドのいずれか一方の縁端部にのみ面取りを施してもよい。

さらに、本実施の形態３において、上記実施の形態１で適用したリテーナ１６や、リーフスプリング１７または１９を適用することも可能である。

また、本実施の形態３において、上記実施の形態２と同様、基板にポスト部材５４を埋め込んだ構造としてもよい。その場合には、複数のポスト部材５４の少なくとも一部が、スペーストランスフォーマ６４の板厚方向において、リテーナ６６の接触部６６２と対向する位置に配置されていればより好ましい。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブカード７は、スペーストランスフォーマ７４をリテーナ７６およびネジ部材１０４によって基板７１の方向へ押さえ付けるとともに、プローブヘッド７５をネジ部材１０５（第２ネジ部材）によって基板７１の方向へ押さえ付けることを特徴とする。

リテーナ７６は、インターポーザ７３およびスペーストランスフォーマ７４を収容する中空部を有する本体部７６１と、本体部７６１から内周方向に全周にわたって帯状に延出する接触部７６２とを備える。接触部７６２には、肉厚方向に貫通する孔部７６３が形成されている。この孔部７６３は、基板７１、補強部材７２（外周部７２１および中心部７２２を有する）、インターポーザ７３、スペーストランスフォーマ７４にそれぞれ形成された孔部７１１，７２４，７３１，７４１と連通している。孔部７６３，７１１，７２４，７３１，７４１にはネジ山が設けられており、ネジ部材１０４が螺合される。このため、スペーストランスフォーマ７４には、ネジ部材１０４によって基板７１の方向へ押さえ付ける力が加わる。この力の作用点は、孔部７４１の位置である。すなわち、リテーナ７６に取り付けられるネジ部材１０４からスペーストランスフォーマ７４に加わる力の作用点は、スペーストランスフォーマ７４の外縁よりも内側に位置している。

プローブヘッド７５の縁端部近傍には、肉厚方向に貫通する孔部７５１が形成されている。孔部７５１は、インターポーザ７３、スペーストランスフォーマ７４にそれぞれ形成された孔部７３２，７４２と連通している。孔部７５１，７３２，７４２にはねじ山が設けられており、ネジ部材１０５が螺合される。このため、プローブヘッド７５には、ネジ部材１０５によって基板７１の方向へ押さえ付ける力が加わる。この力の作用点は、孔部７５１の位置である。すなわち、ネジ部材１０５からプローブヘッド７５に加わる力の作用点は、プローブヘッド７５の外縁よりも内側に位置している。

このように、本実施の形態４においては、リテーナ７６、ネジ部材１０４、１０５が、保持手段の少なくとも一部を形成している。

以上説明した本発明の実施の形態４によれば、上述した実施の形態１〜３と同様、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となり、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができる。

なお、リテーナ７６とネジ部材１０４によってスペーストランスフォーマ７４を押さえ付ける一方、上記実施の形態１〜３のいずれかで適用したリーフスプリングを用いてプローブヘッド７５を押さえ付けるようにしてもよい。この場合には、ネジ部材１０５は不要である。

また、ネジ部材１０５によってプローブヘッド７５を押さえ付ける一方、上記実施の形態１〜３のいずれかで適用したリテーナを用いることによってスペーストランスフォーマ７４を押さえ付けるようにしてもよい。この場合には、ネジ部材１０４は不要である。

（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブカード８は、スペーストランスフォーマ８４をリテーナ８５によって基板１１の方向へ押さえ付けるとともに、プローブヘッド７５をネジ部材１０５（第２ネジ部材）によって基板１１の方向へ押さえ付けることを特徴とする。

リテーナ８５は、インターポーザ８３およびスペーストランスフォーマ８４を収容する中空部を有する本体部８６と、本体部８６の端面に取り付けられ、本体部８６の内縁よりも内周方向に帯状に延出したリング状をなし、スペーストランスフォーマ８４と接触するリング部材８７と、を備える。リング部材８７は、帯状に延出した内縁部に、リングのなす平面（図１４の水平面）と直交する方向に突起し、スペーストランスフォーマ８４の外縁よりも内側で面的に接触する接触部８７１を有する。したがって、リテーナ８５が接触部８７１を介してスペーストランスフォーマ８４に加える力の作用点は、スペーストランスフォーマ８４の外縁よりも内側に位置している。

リテーナ８５は、ネジ部材１０１によって基板１１および補強部材１２（外周部１２１および中心部１２２を有する）に締結されている。

プローブヘッド７５の縁端部近傍には、肉厚方向に貫通する孔部７５１が形成されている。孔部７５１は、インターポーザ８３、スペーストランスフォーマ８４にそれぞれ形成された孔部８３１，８４１と連通している。孔部７５１，８３１，８４１にはねじ山が設けられており、ネジ部材１０５（第２ネジ部材）が螺合される。このため、プローブヘッド７５には、ネジ部材１０５によって基板１１の方向へ押さえ付ける力が加わる。この力の作用点は、孔部７５１の位置である。すなわち、ネジ部材１０５からプローブヘッド７５に加わる力の作用点は、プローブヘッド７５の外縁よりも内側に位置している。

このように、本実施の形態５においては、リテーナ８５およびネジ部材１０５が、保持手段の少なくとも一部を形成している。

以上説明した本発明の実施の形態５によれば、上述した実施の形態１〜４と同様、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となり、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができる。

なお、本実施の形態５において、上記実施の形態２と同様、基板に複数のポスト部材５４を埋め込んだ構成としてもよい。その場合には、複数のポスト部材５４の少なくとも一部が、スペーストランスフォーマ８４の板厚方向において、リング部材８７の接触部８７１と対向する位置に配置されていればより好ましい。

また、本実施の形態５で適用したリテーナ８５を、上述した実施の形態１〜３におけるリテーナとして適用することも可能である。

（実施の形態６）
図１５は、本発明の実施の形態６に係るプローブカードの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブカード９は、スペーストランスフォーマ７４をネジ部材１０４によって基板７１の方向へ押さえ付けるとともに、プローブヘッド７５をネジ部材１０６（第２ネジ部材）によって基板７１の方向へ押さえ付けることを特徴とする。

ネジ部材１０４とスペーストランスフォーマ７４の間には、ネジ部材１０４の確実な締結を図る円環状のリング部材９１が介在している。ネジ部材１０４は、リング部材９１、スペーストランスフォーマ７４、インターポーザ７３、基板７１、補強部材７２がそれぞれ有し、互いに連通する孔部９１１，７４１，７３１，７１１，７２４に螺合される。このため、スペーストランスフォーマ７４には、ネジ部材１０４によって基板７１の方向へ押さえ付ける力が加わる。この力の作用点は、孔部７４１の位置である。すなわち、ネジ部材１０４からスペーストランスフォーマ７４に加わる力の作用点は、スペーストランスフォーマ７４の外縁よりも内側に位置している。

ネジ部材１０６とプローブヘッド７５の間にも、ネジ部材１０６の確実な締結を図る円環状のリング部材９２が介在している。ネジ部材１０６は、リング部材９２、プローブヘッド７５、スペーストランスフォーマ７４、インターポーザ７３がそれぞれ有し、互いに連通する孔部９２１，７５１，７４２，７３２に螺合される。このため、プローブヘッド７５には、ネジ部材１０６によって基板７１の方向へ押さえ付ける力が加わる。この力の作用点は、孔部７５１の位置である。すなわち、ネジ部材１０５からプローブヘッド７５に加わる力の作用点は、プローブヘッド７５の外縁よりも内側に位置している。

以上説明した本発明の実施の形態６によれば、上述した実施の形態１〜５と同様、インターポーザ、スペーストランスフォーマ、およびプローブヘッドの反りを抑制することが可能となり、所定の基準面に対する平行度や平面度を精度よく保つことができる。

なお、リング部材９１を用いる代わりに、個々のネジ部材１０４とスペーストランスフォーマ８４との間に個別のワッシャを介在させるようにしてもよい。また、リング部材９２を用いる代わりに、個々のネジ部材１０６とプローブヘッド７５の間に個別のワッシャを介在させるようにしてもよい。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態１〜６を詳述してきたが、本発明はそれらの実施の形態によって限定されるべきものではない。

本発明において、プローブヘッド、インターポーザ、スペーストランスフォーマの各形状は上記以外の形状でもよい。例えば、プローブヘッドの形状を、上述したインターポーザやスペーストランスフォーマの各形状と相似な正８角形にしてもよい。この場合には、リーフスプリングの形状もプローブヘッドにあわせて正８角形型とし、少なくとも各頂点を含む全周を均一に押えつけることができるように爪部を形成すればよい。

また、本発明において、インターポーザやスペーストランスフォーマの各表面形状をプローブヘッドに相似な円形としてもよい。この場合には、フルウェハレベルテスト用のプローブカードとしては最も対称性が高くなるため、プローブカードの平面度や平行度を最優先する場合には最適である。

さらに、本発明において、インターポーザやスペーストランスフォーマの各表面を適当な正多角形とし、プローブヘッドをその正多角形に相似な正多角形としてもよい。

加えて、本発明では、プローブとして、従来知られている様々な種類のプローブのうちのいずれかを適用することが可能である。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上のように、本発明に係るプローブカードは、半導体の電気特性検査を行う際に有用であり、特にフルウェハレベルテストを行う場合に好適である。

Claims (13)

1. 検査対象である半導体ウェハと検査用の信号を生成する回路構造との間を電気的に接続するプローブカードであって、
   導電性材料から成り、前記半導体ウェハに接触して電気信号の入力または出力を行う複数のプローブと、
   前記複数のプローブを収容保持するプローブヘッドと、
   前記回路構造と電気的に接続する配線を有する基板と、
   前記基板の配線の間隔を変換して前記プローブヘッドと対向する側の表面に表出するスペーストランスフォーマと、
   前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマの各縁端部近傍を前記基板の方向に押さえ付けることによって前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマを保持する保持手段と、
   を備え、
   前記保持手段から前記プローブヘッドに加わる力の作用点が前記プローブヘッドの外縁よりも内側に位置すること、および／または前記保持手段から前記スペーストランスフォーマに加わる力の作用点が前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することを特徴とするプローブカード。
2. 前記保持手段は、前記スペーストランスフォーマの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリテーナを有し、
   前記リテーナから前記スペーストランスフォーマに加える力の作用点は、前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に位置することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記リテーナは、
   前記スペーストランスフォーマを収容する中空部を有する本体部と、
   前記本体部の端面から内周方向に帯状に延出し、前記スペーストランスフォーマと接触する接触部と、
   を備え、
   前記接触部は、前記スペーストランスフォーマと接触する側の基端部の表面が溝状に切り欠かれて成ることを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
4. 前記基板の表面から当該基板を貫通して埋め込まれ、当該基板の板厚よりも大きい高さを有する複数のポスト部材をさらに備え、
   前記ポスト部材の少なくとも一部は、前記スペーストランスフォーマの板厚方向において前記接触部と対向する位置に配置されたことを特徴とする請求項３記載のプローブカード。
5. 前記リテーナは、
   前記スペーストランスフォーマを収容する中空部を有する本体部と、
   前記本体部の端面に取り付けられ、前記本体部の内縁よりも内周方向に帯状に延出したリング状をなし、前記スペーストランスフォーマと接触するリング部材と、
   を備え、
   前記リング部材は、前記帯状に延出した内縁部に、前記リングのなす平面と直交する方向に突起し、前記スペーストランスフォーマの外縁よりも内側に接触する接触部を有することを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
6. 前記基板の表面から当該基板を貫通して埋め込まれ、当該基板の板厚よりも大きい高さを有する複数のポスト部材をさらに備え、
   前記ポスト部材の少なくとも一部は、前記スペーストランスフォーマの板厚方向において前記接触部と対向する位置に配置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。
7. 前記スペーストランスフォーマの表面のうち前記リテーナと対向する表面の縁端部に面取りが施されていることを特徴とする請求項２記載のプローブカード。
8. 前記保持手段は、前記プローブヘッドの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリーフスプリングを有し、
   前記リーフスプリングから前記プローブヘッドに加える力の作用点は、前記プローブヘッドの外縁よりも内側に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のプローブカード。
9. 前記プローブヘッドの表面のうち前記リーフスプリングと対向する表面の縁端部に面取りが施されていることを特徴とする請求項８記載のプローブカード。
10. 前記基板に装着されて前記基板を補強する補強部材をさらに備え、
    前記保持手段は、
    前記スペーストランスフォーマ、前記基板、および前記補強部材を締結するネジ部材を有することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
11. 前記保持手段は、前記スペーストランスフォーマの表面の縁端部近傍を前記基板の方向へ押さえ付けるリテーナをさらに備え、
    前記ネジ部材は、前記リテーナを、前記スペーストランスフォーマ、前記基板、および前記補強部材とともに締結することを特徴とする請求項１０記載のプローブカード。
12. 前記保持手段は、
    前記プローブヘッドおよび前記スペーストランスフォーマを締結する第２ネジ部材を有することを特徴とする請求項１〜７，１０，１１のいずれか一項記載のプローブカード。
13. 前記基板と前記スペーストランスフォーマとの間に積層され、前記基板の配線を中継するインターポーザをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。

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