KR20080079289A - 프로브 카드 - Google Patents

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니혼 하츠쵸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 검사시의 온도환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시킬 수 있는 프로브 카드를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여 도전성 재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계(中繼)하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 구성으로 한다.

Description

프로브 카드{PROBE CARD}
본 발명은 검사대상인 반도체 웨이퍼와 검사용 신호를 생성하는 회로구조와의 사이를 전기적으로 접속하는 프로브 카드에 관한 것이다.
반도체의 검사공정에서는, 다이싱하기 전의 반도체 웨이퍼의 상태에서 도전성을 가지는 프로브(도전성 접촉자)를 콘택트시킴으로써 도통검사를 행하고, 불량품을 검출하는 경우가 있다(WLT : Wafer Level Test). 이 WLT를 행할 때에는, 검사장치(테스터)에 의하여 생성, 송출되는 검사용 신호를 반도체 웨이퍼에 전달하기 위하여, 다수의 프로브를 수용하는 프로브 카드가 사용된다. WLT에서는, 반도체 웨이퍼상의 다이를 프로브 카드로 스캐닝하면서 프로브를 다이마다 개별로 콘택트시키나, 반도체 웨이퍼상에는 수백 내지 수만이라는 다이가 형성되어 있기 때문에, 하나의 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위해서는 상당한 시간이 필요하고, 다이의 수가 증가함과 동시에 비용의 상승을 초래하고 있었다.
상기한 WLT의 문제점을 해소하기 위하여, 최근에는 반도체 웨이퍼상의 모든 다이, 또는 반도체 웨이퍼상의 적어도 1/4 내지 1/2 정도의 다이에 수백 내지 수만의 프로브를 일괄하여 콘택트시키는 FWLT(Ful1 Wafer Level Test)라는 방법도 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 이 방법에서는 프로브를 반도체 웨이 퍼에 대하여 정확하게 콘택트시키기 위하여, 소정의 기준면에 대한 프로브 카드의 평행도나 평면도를 정밀도 좋게 유지함으로써 프로브의 선단 위치 정밀도를 유지하는 기술이나, 반도체 웨이퍼를 고정밀도로 얼라이먼트하는 기술이 필요하게 된다.
도 17은 상기한 FWLT에서 적용되는 프로브 카드 주요부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 상기 도면에 나타내는 프로브 카드(41)는, 반도체 웨이퍼(100)에 설치된 전극 패드(101)에 대응하여 배치된 복수의 프로브(42)와, 프로브(42)를 수용하는 프로브 헤드(43)와, 프로브 헤드(43)에서의 미세한 배선 패턴의 간격을 변환하여 중계하는 중계 기판인 스페이스 트랜스포머(44)를 구비한다. 스페이스 트랜스포머(44)에는 프로브 헤드(43)에 수용된 프로브(42)와 대응하는 위치에 전극 패드(45)가 설치되어 있고, 프로브(42)의 선단이 전극 패드(45)에 접촉하고 있다. 또 스페이스 트랜스포머(44) 내부에는, 전극 패드(45)에 대응한 패턴을 가지는 배선이 설치되어 있다(도시 생략). 이 배선은 인터포저를 거쳐 검사용 기판에 접속되어 있다(인터포저와 기판은 도시하지 않음).
[특허문헌 1]
일본국 특개2003-240801호 공보
그런데, 반도체 웨이퍼(100)의 검사는, 복수의 다른 온도 환경하에서 행하여진다. 이 때문에, 프로브 카드(41)에서는, 프로브 헤드(43), 스페이스 트랜스포머(44) 및 반도체 웨이퍼(100)가 각각 가지는 열팽창계수(CTE : Coefficient of Thermal Expansion)의 값의 차가 문제가 된다.
이하, 이 점에 대하여 구체적으로 설명한다. 이후의 설명에서, 도 17에 나타내는 상태는 상온 환경하(25℃ 정도)에서의 상태라고 한다. 또, 프로브 헤드(43)의 열팽창계수를 Cp, 스페이스 트랜스포머(44)의 열팽창계수를 Cs, 반도체 웨이퍼(100)의 열팽창계수를 Cw라 하였을 때, 3개의 열팽창계수 사이에는 Cs < Cp < Cw라는 관계가 성립되어 있다고 한다. 이 경우, 고온 환경하(예를 들면 85℃ 정도)에서는, 도 18에 나타내는 바와 같이, 프로브 헤드(43), 스페이스 트랜스포머(44) 및 반도체 웨이퍼(100)의 열팽창의 정도가 다르기 때문에, 상호의 위치관계가 상온시부터 변화하여, 프로브(42)가 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드(101)나 스페이스 트랜스포머(44)의 전극 패드(45)에 접촉하지 않게 되는 경우가 있었다.
이와 같이, 프로브 카드는 열팽창계수가 서로 다른 복수의 부재를 적층함으로써 구성되어 있기 때문에, 검사시의 온도환경에 의하여 각 부재의 팽창의 정도가 다른 것은 불가피하다. 그래서 이와 같은 상황을 개선하기 위하여, 검사시의 온도환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시킬 수 있는 기술이 크게 요구되고 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 검사시의 온도환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시킬 수 있는 프로브 카드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 발명은, 검사대상인 반도체 웨이퍼와 검사용 신호를 생성하는 회로구조와의 사이를 전기적으로 접속하는 프로브 카드에 있어서, 도전성 재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계(中繼)하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에서 있어서, 상기 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 구비하고, 상기 프로브 헤드는, 상기 복수의 위치 결정 핀을 각각 삽입하는 복수의 위치 결정 구멍을 가지고, 상기 복수의 위치 결정 구멍 중 적어도 하나는, 길이방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰, 긴 구멍 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 검사대상인 반도체 웨이퍼와 검사용 신호를 생성하는 회로구조와의 사이를 전기적으로 접속하는 프로브 카드에 있어서, 도전성 재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머와, 상기 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 구비하고, 상기 프로브 헤드는, 상기 복수의 위치 결정 핀을 각각 삽입하는 복수의 위치 결정 구멍을 가지고, 상기 복수의 위치 결정 구멍 중 적어도 하나는, 길이방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰, 긴 구멍 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 발명에 있어서, 상기 프로브 헤드의 표면은 중심 대칭인 형상을 이루고, 상기 표면의 중심을 통과하는 대각선의 양쪽 끝 부근에 한 쌍의 위치 결정 핀이 삽입되며, 상기 한 쌍의 위치 결정 핀의 한쪽을 삽입하는 위치 결정 구멍은, 상기 대각선에 평행한 방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 발명에 있어서, 상기 프로브 헤드의 표면은 중심 대칭인 형상을 이루고, 상기 표면의 중심에 대하여 대칭인 위치에 복수의 위치 결정 핀이 삽입되며, 각 위치 결정 핀을 삽입하는 위치 결정 구멍은, 상기 표면의 중심으로부터 방사상으로 넓어져 가는 지름방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 기판에 장착되어 상기 기판을 보강하는 보강부재와, 도전성 재료로 이루어지고, 상기 기판과 상기 스페이스 트랜스포머와의 사이에 개재하여 상기 기판의 배선을 중계하는 인터포저와, 상기 기판에 고착되고, 상기 인터포저 및 상기 스페이스 트랜스포머에 압력을 가하여 유지하는 유지부재와, 상기 유지부재에 고착되고, 상기 프로브 헤드의 표면으로서 상기 복수의 프로브가 돌출하는 표면의 가장자리 끝부 근방을 전체 주위에 걸쳐 상기 기판의 방향으로 가압하는 리프 스프링을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 프로브 카드에 의하면, 도전성재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 구성으로 함으로써, 검사시의 온도 환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관한 프로브 카드에 의하면, 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 구비하고, 상기 프로브 헤드는, 상기 복수의 위치 결정핀을 각각 삽입하는 복수의 위치 결정 구멍을 가지고, 이 복수의 위치 결정 구멍 중 적어도 하나는, 길이방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰, 긴 구멍형상을 이룸으로써, 검사시의 온도 환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시킬 수 있음과 동시에, 열팽창에 의한 프로브 카드의 파손 등을 방지하는 것도 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 프로브 카드의 구성을 나타내는 분해사시도,
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 프로브 카드의 구성을 나타내는 상면도,
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 프로브 카드를 사용한 검사의 개요를 나타내는 도,
도 4a는 최저 온도 환경하에서의 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 도,
도 4b는 평균 온도 환경하에서의 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 도,
도 4c는 최고 온도 환경하에서의 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 실시형태 1의 일 변형예에 관한 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 도,
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로브 카드 주요부의 최저 온도 환경하에서의 구성을 나타내는 도,
도 7은 도 6의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로브 카드 주요부의 평균 온도 환경하에서의 구성을 나타내는 도,
도 9는 도 8의 C-C선 단면을 모식적으로 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로브 카드 주요부의 최고 온도 환경하에서의 구성을 나타내는 도,
도 11은 도 10의 D-D선 단면을 모식적으로 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 실시형태 2의 일 변형예에 관한 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 도,
도 13은 본 발명의 실시형태 3에 관한 프로브 카드 주요부의 최저 온도 환경하에서의 구성을 나타내는 도,
도 14는 도 13의 E-E선 단면을 모식적으로 나타내는 도,
도 15는 본 발명의 실시형태 3에 관한 프로브 카드 주요부의 평균 온도 환경 하에서의 구성을 나타내는 도,
도 16은 본 발명의 실시형태 3에 관한 프로브 카드 주요부의 최고 온도 환경하에서의 구성을 나타내는 도,
도 17은 종래의 프로브 카드 주요부의 구성을 모식적으로 나타내는 도,
도 18은 종래의 프로브 카드 주요부의 고온 환경 하에서의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 21, 31, 41 : 프로브 카드 2, 42 : 프로브
3 : 커넥터 자리 4 : 웨이퍼척
11 : 기판 12 : 보강부재
13 : 인터포저
14, 14-2, 22, 25, 32, 44 : 스페이스 트랜스포머
15, 15-2, 23, 26, 33, 43 : 프로브 헤드
15p : 프로브 수용영역 16 : 유지부재
17 : 리프 스프링 18 : 배선
19 : 수커넥터 20 : 암커넥터
24a, 24b, 27a, 27b, 34a, 34b, 34c, 34d : 위치 결정 핀
45, 101, 141 : 전극 패드 100 : 반도체 웨이퍼
121 : 바깥 둘레부 122 : 중심부
123 : 연결부 171 : 멈춤쇠부
231, 232, 261, 331, 332, 333, 334 : 위치 결정 구멍
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이후,「실시형태」라고 한다)를 설명한다. 또한, 도면은 모식적인 것으로, 각 부분의 두께와 폭과의 관계, 각각의 부분의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 하며, 도면의 상호간에서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 프로브 카드 주요부의 구성을 나타내는 분해사시도이다. 또, 도 2는 본 실시형태 1에 관한 프로브 카드의 상면도이다. 또한 도 3은 본 실시형태 1에 관한 프로브 카드를 사용한 검사의 개요를 나타내는 도면이고, 프로브 카드에 대해서는 도 2의 A-A선 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이들 도 1 내지 도 3에 나타내는 프로브 카드(1)는, 복수의 프로브를 사용하여 검사대상인 반도체 웨이퍼(100)와 검사용 신호를 생성하는 회로구조를 구비하는 검사장치를 전기적으로 접속하는 것이다.
프로브 카드(1)는, 얇은 원반형상을 이루고, 검사장치와의 전기적인 접속을 도모하는 기판(11)과, 기판(11)의 한쪽 면에 장착되어, 기판(11)을 보강하는 보강부재(12)와, 기판(11)으로부터의 배선을 중계하는 인터포저(13)와, 인터포저(13)에 의하여 중계된 배선의 간격을 바꾸어 중계하는 스페이스 트랜스포머(14)(중계 기판)와, 기판(11)보다 지름이 작은 원반형상을 이루어 스페이스 트랜스포머(14)에 적층되고, 검사대상의 배선 패턴에 대응하여 복수의 프로브(2)를 수용 유지하는 프로브 헤드(15)를 구비한다. 또, 프로브 카드(1)는, 기판(11)에 고착되고, 인터포저(13) 및 스페이스 트랜스포머(14)를 적층한 상태에서 일괄하여 유지하는 유지부재(16)와, 유지부재(16)에 고착되어 프로브 헤드(15)의 끝부를 고정하는 리프 스프링(17)을 구비한다.
이하, 프로브 카드(1)의 더욱 상세한 구성을 설명한다. 기판(11)은, 폴리이미드, 베이클라이트, 에폭시 수지등의 절연성 물질을 이용하여 형성되고, 복수의 프로브(2)와 검사장치를 전기적으로 접속하기 위한 배선층(배선 패턴)이 관통구멍(via hall) 등에 의하여 입체적으로 형성되어 있다.
보강부재(12)는, 기판(11)과 대략 같은 지름을 가지는 원형의 바깥 둘레부(121)와, 바깥 둘레부(121)가 이루는 원과 동일한 중심을 가지고, 인터포저(13)의 표면보다 약간 표면적이 큰 원반형상을 이루는 중심부(122)와, 중심부(122)의 바깥 둘레방향에서 바깥 둘레부(121)에 도달할 때까지 연장 돌출하고, 바깥 둘레부(121)와 중심부(122)를 연결하는 복수의 연결부(123)(도 1에서는 4개)를 구비한다. 이와 같은 보강부재(12)는, 알루마이트 마무리를 행한 알루미늄, 스테인리스, 인바(invar)재, 코바르재(등록상표), 두랄루민 등 강성이 높은 재료에 의하여 실현된다.
인터포저(13)는, 정8각형의 표면을 가지고, 박판형상을 이룬다. 이 인터포저(13)로서, 예를 들면 폴리이미드 등의 절연성재료로 이루어지는 박막형상의 기재와, 이 기재의 양면에 기설정된 패턴으로 배치되고, 캔틸레버 빔 형상을 이루는 판 스프링식의 복수의 접속단자를 가지는 것을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 인터포저(13)의 한쪽의 표면에 설치된 접속단자가 스페이스 트랜스포머(14)의 전극 패드에 접촉함과 동시에, 다른쪽의 표면에 설치된 접속단자가 기판(11)의 전극 패드에 접촉함으로써 양자의 전기적인 접속을 도모한다. 또한, 접속단자를 코일 핀에 의하여 구성하여도 된다.
인터포저(13)로서는, 상기 이외에도 박판형상의 실리콘 고무 내부의 판 두께방향으로 금속입자를 배열시킨 가압 도전고무(러버 커넥터)를 적용할 수도 있다. 이 가압 도전고무는, 판 두께방향으로 압력을 가하면, 실리콘 고무 내부에서 인접하는 금속입자가 서로 접촉함으로써 이방 도전성을 나타낸다. 이와 같은 성질을 가지는 가압 도전고무를 사용하여 인터포저(13)를 구성함으로써, 기판(11)과 스페이스 트랜스포머(14)와의 전기적인 접속을 도모하여도 된다.
스페이스 트랜스포머(14)는, 내부의 배선층도 기판(11)과 마찬가지로, 관통구멍 등에 의하여 입체적으로 형성되어 있다. 이 스페이스 트랜스포머(14)의 표면은 인터포저(13)와 대략 합동인 정8각형의 표면을 가지고, 박판형상을 이루고 있다. 이와 같은 스페이스 트랜스포머(14)는, 세라믹스 등의 절연성재료를 모재로 하고 있고, 프로브 헤드(15)의 열팽창계수와 기판(11)의 열팽창계수와의 차를 완화하는 기능도 하고 있다.
프로브 헤드(15)는, 원반형상을 이루고, 도 2에 나타내는 프로브 수용영역(15p)에서 복수의 프로브(2)를 도 2에서 지면 수직하게 돌출하도록 수용 유지하고 있다. 프로브 헤드(15)에 수용되는 프로브(2)의 수나 배치 패턴은, 반도체 웨이퍼(100)에 형성되는 반도체 칩의 수나 전극 패드(101)의 배치 패턴에 따라 정해진다. 예를 들면, 직경 8인치(약 200 mm)의 반도체 웨이퍼(100)를 검사대상으로 하는 경우에는, 수백 내지 수천개의 프로브(2)가 필요하게 된다. 또, 직경 12인치(약 300 mm)의 반도체 웨이퍼(100)를 검사대상으로 하는 경우에는, 수천 내지 수만개의 프로브(2)가 필요하게 된다.
프로브 헤드(15)는, 예를 들면 세라믹스 등의 절연성재료를 사용하여 형성되고, 반도체 웨이퍼(100)의 배열에 따라 프로브(2)를 수용하기 위한 구멍부가 두께 가 두꺼운 방향으로 형성되어 있다.
유지부재(16)는, 보강부재(12)와 동일한 재료에 의하여 구성되고, 인터포저(13)와 스페이스 트랜스포머(14)를 적층하여 유지 가능한 정8각 기둥형상의 중공부를 가진다. 이 유지부재(16)는, 인터포저(13) 및 스페이스 트랜스포머(14)를 기판(11)에 대하여 가압하여 유지함으로써, 기판(11)과 스페이스 트랜스포머(14)가 인터포저(13)를 거쳐 전기적으로 접속하기 위하여 필요한 압력을 가하고 있다.
리프 스프링(17)은, 인청동, 스테인리스(SUS), 베릴륨구리 등의 탄성이 있는 재료로 형성되고, 두께가 얇은 둥근 고리형상을 이루며, 그 안 둘레에는 인터포저(13), 스페이스 트랜스포머(14) 및 프로브 헤드(15)를 유지하기 위한 가압용 부재로서의 멈춤쇠부(171)가 전체 주위에 걸쳐 똑같이 설치되어 있다. 이와 같은 멈춤쇠부(171)는, 프로브 헤드(15) 표면의 가장자리 끝부 근방을 전체 주위에 걸쳐 기판(11)의 방향으로 균등하게 가압하고 있다. 따라서, 프로브 헤드(15)에서 수용하는 프로브(2)에는 대략 균일한 초기 하중이 발생하여, 상기한 바와 같이 다수의 프로브(2)를 유지하는 경우와 같이, 프로브 헤드(15)의 휘어짐, 굴곡, 요철 등의 변형이 문제가 되는 경우에도, 그와 같은 변형을 억제할 수 있다.
기판(11)과 보강부재(12)와의 사이, 기판(11)과 유지부재(16)와의 사이 및 유지부재(16)와 리프 스프링(17)과의 사이는, 기설정된 위치에 나사 고정되는 나사에 의하여 각각 체결되어 있다(도시 생략).
기판(11)에 형성되는 배선(18)의 한쪽 끝은, 검사장치(도시 생략)와의 접속을 행하기 위하여, 기판(11)의 표면으로서 보강부재(12)가 장착된 쪽의 표면에 설 치된 복수의 수커넥터(19)에 접속되는 한편, 그 배선(18)의 다른쪽 끝은, 스페이스 트랜스포머(14)의 하단부에 형성되는 전극 패드를 거쳐 프로브 헤드(15)에서 수용 유지하는 프로브(2)에 접속되어 있다. 또한, 도 3에서는 기재를 간략하게 하기 위하여, 일부의 배선(18)만을 모식적으로 나타내고 있다.
각 수커넥터(19)는, 기판(11)의 중심에 대하여 방사상으로 설치되고, 검사장치의 커넥터 자리(3)에서 대향하는 위치에 설치되는 암커넥터(20)의 각각과 쌍을 이루어, 서로의 단자가 접촉함으로써 프로브(2)와 검사장치와의 전기적인 접속을 확립한다. 수커넥터(19)와 암커넥터(20)로 구성되는 커넥터로서, 수커넥터를 끼우고 뺄 때에 외력을 거의 필요로 하지 않고, 커넥터끼리를 결합한 후에 외력에 의하여 압접력을 가하는 제로 인서션 포스(ZIF : Zero Insertion Force)형 커넥터를 적용할 수 있다. 이 ZIF형 커넥터를 적용하면, 프로브 카드(1)나 검사장치는, 프로브(2)의 수가 많아도 접속에 의한 스트레스를 거의 받지 않게 되기 때문에, 확실한 전기적 접속을 얻을 수 있고, 프로브 카드(1)의 내구성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 프로브 카드와 검사장치에서, 커넥터의 숫과 암을 반대로 하여도 상관없다. 또, 커넥터는 방사상 이외의 배치로 하여도 된다. 또한 프로브 카드와 검사장치와의 접속을 커넥터에 의하여 실현하는 대신에, 스프링작용이 있는 포고 핀(Pogo Pin) 등의 단자를 검사장치에 설치하고, 이와 같은 단자를 거쳐 프로브 카드와 검사장치를 접속하는 구성으로 하여도 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 프로브(2)는, 웨이퍼척(4)에 탑재된 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드의 배치 패턴에 대응하여 한쪽의 선단이 돌출하도록 하여 프 로브 헤드(15)에 수용 유지되어 있고, 각 프로브(2)의 선단(저면측)이 반도체 웨이퍼(100)의 복수의 전극 패드(101)의 표면에 대하여 수직한 방향에서 기설정된 압력으로 접촉한다. 이와 같은 프로브(2)는 가는 바늘형상을 이룸과 동시에, 길이방향으로 신축 자유롭게 탄발 가세되어 있다. 이와 같은 프로브(2)로서, 종래부터 알려져 있는 프로브 중 어느 하나를 적용할 수 있다.
다음에, 프로브 카드(1)와 반도체 웨이퍼(100)와의 위치관계에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼(100)의 검사를 행하는 경우에는, 복수의 다른 온도 환경하에서 검사를 행하기 때문에, 검사시 온도의 최소값(최저 온도)과 최대값(최고 온도)의 온도차가 크면, 프로브 카드(1)를 구성하는 각 부재의 열팽창계수의 차이에 의한 팽창의 정도의 차이가 현저해진다. 이 때문에 검사시의 온도에 따라서는 프로브(2)의 선단이 반도체 웨이퍼(100)나 스페이스 트랜스포머(14)의 적절한 위치에 접촉하지 않는 경우가 일어날 수 있다. 그래서 본 실시형태 1에서는, 검사시의 최저 온도와 최고 온도의 평균 온도를 가지는 온도 환경 하에서 검사를 행하는 경우에, 프로브(2)의 양쪽 끝이, 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드나 스페이스 트랜스포머(14)의 전극 패드의 중앙부 부근에서 접촉하는 구성으로 한다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 검사의 내용 등에 따라, 프로브 카드(1) 및 웨이퍼척(4)을 포함하는 검사 시스템의 분위기 온도를 변화시키는 경우도 있으면, 웨이퍼척(4)의 온도를 변화시키는 경우도 있다. 따라서, 여기서 말하는 온도 환경이란, 검사시의 분위기 온도 및/또는 웨이퍼척(4)의 온도에 따른 환경의 것을 의미한다. 이 점에 대해서는, 본 발명의 모든 실시형태에 공통이다.
도 4a 내지 도 4c는, 다른 온도를 가지는 온도 환경에서 프로브 카드(1)를 구성하는 스페이스 트랜스포머(14), 프로브 헤드(15) 및 반도체 웨이퍼(100)의 상호의 위치관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 상기한 배경기술의 항과 마찬가지로, 스페이스 트랜스포머(14)의 열팽창계수를 Cs, 프로브 헤드(15)의 열팽창계수를 Cp, 반도체 웨이퍼(100)의 열팽창계수를 Cw라 한다. 또, 도 4a 내지 도 4c에서는 3개의 열팽창계수의 사이에 Cs > Cp > Cw의 관계가 성립되어 있는 것으로 한다.
또한, 도 4a 내지 도 4c에서는, 스페이스 트랜스포머(14), 프로브 헤드(15),및 반도체 웨이퍼(100)의 위치관계를 설명하는 것이 주안점이기 때문에, 그것 이외의 구성의 상세에 대해서는 간략화하고 있고, 프로브(2)도 2개만을 기재하고 있다.
도 4a는, 검사시의 최저 온도(Tlow)를 가지는 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(14), 프로브 헤드(15) 및 반도체 웨이퍼(100)의 위치관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 최저 온도 환경 하에서, 프로브(2)의 상단은 스페이스 트랜스포머(14)에 설치된 전극 패드(141)의 바깥 가장자리부 부근과 접촉하고 있다. 또, 프로브(2)의 하단은, 검사시에 반도체 웨이퍼(100)에 설치된 전극 패드(101)의 안쪽 가장자리부 부근과 접촉하고 있다.
도 4b는, 최저 온도(Tlow)에서 온도를 상승시키고, 검사시의 최저 온도(Tlow) 및 최고 온도(Thigh)의 평균값[Tmean =(Tlow+Thigh)/2]을 가지는 온도 환경 하에서의 스 페이스 트랜스포머(14), 프로브 헤드(15) 및 반도체 웨이퍼(100)의 위치관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 평균 온도 환경 하에서, 프로브(2)의 상단은 스페이스 트랜스포머(14)의 전극 패드(141)의 중앙부 부근과 접촉하는 한편, 프로브(2)의 하단은 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드(101)의 중앙부 부근과 접촉한다. 또한, 도 4b에 나타내는 파선은, 최저 온도 환경 하에서의 위치관계(도 4a)를 나타낸 것이다.
도 4c는, 평균 온도(Tmean)로부터 더욱 온도를 상승시켜 검사시의 최고 온도(Thigh)를 가지는 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(14), 프로브 헤드(15), 및 반도체 웨이퍼(100)의 위치관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도 4c에 나타내는 최고 온도 환경 하에서, 프로브(2)의 상단은 스페이스 트랜스포머(14)의 전극 패드(141)와 그 전극 패드(141)의 안쪽 가장자리부 부근과 접촉하고 있다. 또, 프로브(2)의 하단은, 검사시에 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드(101)의 바깥 가장자리부 부근과 접촉하고 있다. 또한, 도 4c에 나타내는 파선은, 평균 온도 환경 하에서의 위치관계(도 4b)를 나타낸 것이다.
이와 같이, 프로브(2)의 선단이 전극 패드(101)나 전극 패드(141)와 접촉하는 위치가 다른 것은, 3개의 열팽창계수(Cs, Cp, 및 Cw)에 차가 있기 때문이다. 즉, 이들 3개의 부재 중 열팽창계수가 최대인 스페이스 트랜스포머(14)는, 온도의 상승에 따라 가장 팽창하기 쉽기 때문에, 도 4b나 도 4c에서 수평방향으로 넓어지는 비율이 가장 크다. 이것에 대하여 3개의 부재 중, 열팽창계수의 값이 최소인 반도체 웨이퍼(100)는, 도 4b나 도 4c에서 수평방향으로 넓어지는 비율이 가장 작다. 따라서, 도 4a에 나타내는 최저 온도 환경 하에서는, 프로브(2)의 선단 위치와 전극 패드(101 및 141)의 중앙부와 위치가 어긋나 접촉하고 있는 것에 대하여, 도 4b에 나타내는 평균 온도 환경 하에서는, 프로브(2)의 선단이 전극 패드(101 및 141)의 중앙부와 접촉한다. 또한, 이들 3개의 부재의 연직방향의 두께는 각 부재의 수평방향의 폭과 비교하여 현저하게 작기 때문에, 연직방향으로의 열팽창은 무시할 수 있다.
종래의 프로브 카드에서는, 상온 환경(최저 온도 환경과 일치하는 것도 있다)하에서 프로브와 전극 패드와의 위치맞춤을 행하고 있었다. 그러나 이 경우에는, 고온 환경 하에서 프로브와 전극 패드의 어긋남량이 커져 접촉하지 않게 되는 경우가 있었다(도 18을 참조). 이것에 대하여 본 실시형태 1에서는, 평균 온도 환경 하에서 프로브(2)의 선단이 전극 패드(101 및 141)의 중앙부와 접촉하도록 위치맞춤을 행하고 있기 때문에, 검사시에 상정되는 온도 대역에서의 접촉위치의 어긋남량을 종래의 1/2정도로 작게 할 수 있다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(100)의 전극 패드(101)나 스페이스 트랜스포머(14)의 전극 패드(141)와 프로브(2)의 선단을, 온도 환경에 의하지 않고 확실하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
그런데, 3개의 열팽창계수(Cs, Cp 및 Cw) 사이의 관계는, 상기한 경우에 한정되는 것은 아니다. 도 5는 3개의 열팽창계수(Cs, Cp 및 Cw)의 사이에 Cs < Cp < Cw의 관계가 있는 경우의 평균 온도 환경 하에서의 상호의 위치관계를 나타내는 도면이 다. 상기 도면에 나타내는 경우에도, 평균 온도 환경 하에서 프로브(2)의 선단이 전극 패드(101 및 141)의 중앙부 부근과 접촉하고 있다. 또한, 도 5에서는, 최저 온도 환경 하에서의 상호의 위치관계를 파선으로 표시함과 동시에, 최고 온도 환경 하에서의 상호의 위치관계를 1점 쇄선으로 나타내고 있다.
도 5에 나타내는 경우에는, 반도체 웨이퍼(100)의 열팽창의 정도가 가장 크고, 스페이스 트랜스포머(14-2)의 열팽창의 정도가 가장 작다. 따라서, 프로브 헤드(15-2)에 수용 유지된 프로브(2)의 전극 패드(101)에 대한 검사시의 접촉위치는, 온도가 상승하여 감에 따라 바깥 가장자리부측에서 안쪽 가장자리부측으로 변화된다. 이것에 대하여, 프로브(2)의 전극 패드(141)와의 접촉위치는, 온도가 상승함에 따라 전극 패드(141)의 안쪽 가장자리부측에서 바깥 가장자리부측으로 변화된다.
일반적으로, 실리콘을 주성분으로 하는 반도체 웨이퍼(100)의 열팽창계수(Cw)는 3.4(ppm/℃) 정도인 것이 알려져 있으나, 본 실시형태 1에서는, 검사에서 사용하는 온도의 평균값에서의 위치관계를 기준으로 하면 될 뿐이기 때문에, 스페이스 트랜스포머(14) 및 프로브 헤드(15)는, 열팽창계수에 관계없이 최적의 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 프로브 카드(1)를 제조할 때의 재료선택의 자유도가 각별하게 증가한다.
이상 설명한 본 발명의 실시형태 1에 관한 프로브 카드에 의하면, 도전성재료로 이루어지고, 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 구성으로 함으로써, 검사시의 온도환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태 1에 의하면, 검사시의 온도 폭의 중간, 즉 검사시의 최저 온도와 최고 온도의 평균 온도를 가지는 온도 환경 하에서의 프로브 헤드, 스페이스 트랜스포머 및 반도체 웨이퍼의 상호의 위치관계를 기준으로 한 위치맞춤을 행하고 있기 때문에, 검사시에 상정되는 온도 대역이면, 프로브가 반도체 웨이퍼나 스페이스 트랜스포머의 전극 패드와 접촉하지 않게 되는 경우가 없다. 따라서 프로브 헤드나 스페이스 트랜스포머의 재료 선택의 자유도가 증가한다. 이 결과, 고객의 요망에 유연하게 대응할 수 있음과 동시에, 비용의 삭감을 도모하는 것도 가능해진다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면, 반도체 웨이퍼나 스페이스 트랜스포머의 전극 패드의 사이즈에도 유연하게 대응하는 것이 가능하고, 예를 들면 프로브를 0.2 mm 피치 이하의 미소한 사이즈의 전극 패트에 접촉시키는 것도 용이해진다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2에 관한 프로브 카드는, 프로브 헤드와 스페이스 트랜스포머와의 위치 결정을 행하는 한 쌍의 위치 결정핀을 구비하고, 이 한 쌍의 위치 결정 핀을 삽입하는 위치 결정 구멍 중의 하나를 길이방향의 길이가 위치 결정 핀의 지름보다 큰 긴 구멍형상으로 한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태 2에서도, 스페이스 트랜스포머나 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드와 프로브와의 위치맞춤은, 상기 실시형태 1과 마찬가지로 이루어져 있는 것으로 한다. 즉, 검사시의 최저 온도와 최고 온도의 평균 온도를 가지는 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머, 프로브 헤드 및 반도체 웨이퍼의 상호의 위치관계를 기준으로 하여 위치맞춤이 행하여지고 있는 것으로 한다.
도 6은, 본 실시형태 2에 관한 프로브 카드의 프로브 헤드와 스페이스 트랜스포머와의 구성을 나타내는 도면이다. 또, 도 7은 도 6의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 스페이스 트랜스포머의 열팽창계수(Cs)와 프로브 헤드의 열팽창계수(Cp)와의 사이에 Cs < Cp라는 관계가 있는 것으로 한다. 또, 도 6 및 도 7은, 검사시의 최저 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머와 프로브 헤드와의 위치관계를 나타내고 있는 것으로 한다. 또한, 도 7에서는 프로브를 포함하는 내부의 배선에 관한 기재를 생략하고 있다. 이 점에 대해서는, 이하에서 참조하는 동일한 단면에 대해서도 동일한 것을 말할 수 있다.
도 6 및 도 7에 나타내는 프로브 카드(21)는, 스페이스 트랜스포머(22)와, 프로브 헤드(23)와, 스페이스 트랜스포머(22)의 표면과 직교하는 방향으로 연장 돌출하도록 고착된 2개의 위치 결정 핀(24a 및 24b)을 구비한다. 위치 결정 핀(24a 및 24b)은, 스페이스 트랜스포머(22)의 표면의 중심을 통과하는 대각선의 양쪽 끝 부근에 고착된다. 프로브 헤드(23)에는, 서로 동일한 형의 위치 결정 핀(24a 및 24b)을 각각 삽입하여 프로브 헤드(23)의 스페이스 트랜스포머(22)에 대한 위치 결정을 행하는 한 쌍의 위치 결정 구멍(231 및 232)이, 프로브 헤드(23)의 표면의 중심을 통과하는 대각선상의 양쪽 끝 부근에 형성되어 있다.
2개의 위치 결정 구멍 중, 위치 결정 구멍(231)은 위치 결정 핀(24a) 등과 대략 동일한 지름을 가지고 있고, 프로브 헤드(23)에 대한 위치가 거의 고정되어 있다. 이것에 대하여 위치 결정 구멍(232)은, 프로브 헤드(23) 표면이 이루는 원의 바깥 둘레방향의 길이가 위치 결정 핀(24a) 등의 지름보다 크다. 따라서 위치 결정 구멍(232)에 삽입된 위치 결정 핀(24b)은, 프로브 헤드(23)에 대하여 원의 바깥 둘레방향을 따라 이동하는 자유도를 가진다.
또한, 프로브 카드(21)의 상기 이외의 구성은, 상기한 프로브 카드(1)와 동일하다.
도 8은, 프로브 카드(21)가 평균 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(22)와 프로브 헤드(23)의 위치관계를 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 C-C선 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 8에서의 파선은, 도 6의 상태, 즉 검사시의 최저 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(22)와 프로브 헤드(23)와의 위치관계를 나타내고 있다. 도 8 및 도 9에서는, 프로브 헤드(23)의 쪽이 열 팽창의 정도가 크기 때문에, 위치 결정 핀(24b)은 위치 결정 구멍(232)의 중앙 부근에 위치한다.
도 10은, 프로브 카드(21)가 검사시의 최고 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(22)와 프로브 헤드(23)의 위치관계를 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10의 D-D선 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한 도 10에서의 파선은 도 6의 상태, 즉 검사시의 최저 온도 환경하에서의 스페이스 트랜스포머(22)와 프로브 헤드(23)와의 위치관계를 나타내고 있다. 도 10 및 도 11에 나타내는 상태에서, 위치 결정 핀(24b)은 위치 결정 구멍(232)의 안쪽 가장자리부 부근에 위치한다.
이와 같이, 프로브 헤드(23)에 긴 구멍형상을 이루는 위치 결정 구멍(232)을 설치함으로써, 스페이스 트랜스포머(22)와 프로브 헤드(23)와의 위치관계를 온도에 의하여 변화시키고, 스페이스 트랜스포머(22)의 열팽창계수(Cs)와 프로브 헤드(23)의 열팽창계수(Cp)와의 차를 완화, 흡수시킬 수 있다. 이 결과, 모든 위치 결정 핀을 위치 결정 핀(24a)과 동일하게 대략 동일한 지름의 위치 결정 구멍에 삽입하는 경우와 같이, 온도의 상승에 의하여 팽창된 프로브 헤드의 위치 결정 핀이 삽입된 부분에 균열 등이 생김으로써 파손되는 경우가 없어진다.
본 실시형태 2에서도, 스페이스 트랜스포머의 열팽창계수(Cs)와 프로브 헤드의 열팽창계수(Cp)와의 사이에 Cs > Cp라는 관계가 성립하는 경우도 상정된다. 도 12는 이 경우에 검사시의 최저 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머와 프로브 헤드와의 위치관계를 나타내는 도면이다. 상기 도면에 나타내는 경우, 스페이스 트랜스포머(25)와 프로브 헤드(26)는, 2개의 위치 결정 핀(27a 및 27b)에 의하여 위치 결정되어 있다. 이 중, 위치 결정 핀(27b)은, 길이방향이 프로브 헤드(26) 표면의 지름방향으로 평행한 긴 구멍형상을 이루는 위치 결정 구멍(261)을 삽입하고 있다. 도 12에서는 위치 결정핀(27b)은 위치 결정 구멍(261)의 안쪽 가장자리부측에 위치하고 있고, 온도가 상승함에 따라 위치 결정 구멍(261)의 바깥 가장자리부측으로 삽입 위치가 변화하여 간다.
이상 설명한 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로브 카드에 의하면, 도전성재료로 이루어지고, 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 구성으로 함으로써, 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 검사시의 온도 환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태 2에 의하면, 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 한 쌍의 위치 결정 핀 을 더 구비하고, 그 한 쌍의 위치 결정 핀을 각각 삽입하는 위치 결정 구멍 중 적어도 하나의 바깥 둘레방향의 길이를 위치 결정 핀의 지름보다 크게 함으로써, 프로브 헤드의 열팽창계수와 스페이스 트랜스포머와의 열팽창계수에 차이가 있는 경우에도, 고온시의 반도체 웨이퍼의 검사에서 프로브 헤드나 스페이스 트랜스포머가 파손되는 경우가 없다.
(실시형태 3)
본 발명의 실시형태 3에 관한 프로브 카드는, 상기 실시형태 2와 마찬가지로 프로브 헤드와 스페이스 트랜스포머와의 위치 결정을 행하는 위치 결정 핀을 구비한다. 본 실시형태 3에서는, 중심 대칭인 형상을 이루는 프로브 헤드의 표면의 중심에 대하여 대칭인 위치에 복수의 위치 결정 핀이 삽입되고, 각 위치 결정 핀을 삽입하는 위치 결정 구멍의 프로브 헤드 표면의 지름방향의 길이를 위치 결정 핀의 지름보다 큰 긴 구멍형상으로 한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태 3에서도, 스페이스 트랜스포머나 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드와 프로브와의 위치맞춤은, 상기 실시형태 1과 동일하게 이루어져 있는 것으로 한다. 즉, 검사시의 최저 온도와 최고 온도의 평균 온도를 가지는 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머, 프로브 헤드 및 반도체 웨이퍼의 상호의 위치관계를 기준으로 하여 위치맞춤이 행하여지고 있는 것으로 한다.
도 13은 본 실시형태 3에 관한 프로브 카드의 프로브 헤드와 스페이스 트랜스포머와의 구성을 나타내는 도면이다. 또, 도 14는 도 13의 E-E선 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 스페이스 트랜스포머의 열팽창계 수(Cs)와 프로브 헤드의 열팽창계수(Cp)와의 사이에 Cs < Cp라는 관계가 있는 것으로 한다. 또, 도 13 및 도 14는, 검사시의 최저 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머와 프로브 헤드와의 위치관계를 나타내고 있는 것으로 한다.
도 13 및 도 14에 나타내는 프로브 카드(31)는, 스페이스 트랜스포머(32)와, 프로브 헤드(33)와, 스페이스 트랜스포머(32)의 표면과 직교하는 방향으로 연장 돌출하도록 고착된 4개의 위치 결정 핀(34a, 34b, 34c, 및 34d)을 구비한다. 위치 결정 핀(34a∼34d)은, 스페이스 트랜스포머(32)의 표면의 중심에 대하여 대칭인 위치에 고착된다. 프로브 헤드(33)에는, 위치 결정 핀(34a∼34d)을 각각 삽입하여 프로브 헤드(33)의 스페이스 트랜스포머(32)에 대한 위치 결정을 행하는 위치 결정 구멍(331∼334)이, 프로브 헤드(33)의 표면의 원의 중심에 대하여 대칭인 위치에 형성되어 있다.
위치 구멍(331∼334)은, 프로브 헤드(33) 표면이 이루는 원의 중심에서 방사상으로 넓어져 가는 지름방향의 길이가 위치 결정 핀(34a) 등의 지름보다 크다. 따라서 위치 결정 구멍(331∼334)에 각각 삽입된 위치 결정핀(34a∼34d)은 프로브 헤드(33)에 대하여 원의 지름방향을 따라 이동하는 자유도를 가진다. 즉, 본 실시형태 3에서는 온도의 상승에 따라, 프로브 헤드(33)는 그 표면의 원의 중심에서 방사상으로 넓어져 팽창되어 간다.
또한, 프로브 카드(31)의 상기 이외의 구성은, 상기한 프로브 카드(1)와 동일하다.
도 15는 프로브 카드(31)가 검사시의 평균 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(32)와 프로브 헤드(33)의 위치관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 15에서의 파선은, 도 13의 상태, 즉 검사시의 최저 온도 환경하에서의 스페이스 트랜스포머(32)와 프로브 헤드(33)와의 위치관계를 나타내고 있다. 본 실시형태 3에서는, 프로브 헤드(33)의 쪽이 열팽창의 정도가 크기 때문에, 평균 온도 환경 하에서, 위치 결정 핀(34a∼34d)은, 위치 결정 구멍(331∼334)의 중앙 부근에 위치한다.
도 16은 프로브 카드(31)가 검사시의 최고 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(32)와 프로브 헤드(33)의 위치관계를 나타내는 도면이다. 또한 도 16에서의 파선도, 도 13의 상태, 즉 검사시의 최저 온도 환경 하에서의 스페이스 트랜스포머(32)와 프로브 헤드(33)와의 위치관계를 나타내고 있다. 도 16에 나타내는 상태에서, 위치 결정핀(34a∼34d)은 위치 결정 구멍(331∼334)의 각 안쪽 가장자리부 부근에 위치한다.
이와 같이 하여, 프로브 헤드(33)에 표면의 지름방향을 길이방향으로 하는 긴 구멍형상을 이루는 위치 결정 구멍(331∼334)을 설치함으로써, 스페이스 트랜스포머(32)와 프로브 헤드(33)와의 위치관계를 온도에 의하여 변화시켜, 스페이스 트랜스포머(32)의 열팽창계수(Cs)와 프로브 헤드(33)의 열팽창계수(Cp)와의 차이를 완화, 흡수시킬 수 있다. 이 결과, 상기 실시형태 2와 마찬가지로, 온도의 상승에 의하여 팽창된 프로브 헤드의 위치 결정 핀 삽입부분에 균열 등이 생김으로써 파손 되는 경우가 없어진다.
그런데, 스페이스 트랜스포머의 열팽창계수(Cs)와 프로브 헤드의 열팽창계수(Cp)와의 사이에 Cs > Cp라는 관계가 있는 경우도 상정된다. 이 경우에는, 상기 실시형태 2에서 설명한 도 12에서의 위치 결정 구멍(261)과 같이, 최저 온도 환경 하에서의 위치 결정 핀이 위치 결정 구멍의 안쪽 가장자리부에 위치하도록 위치맞춤을 행하면 된다.
이상 설명한 본 발명의 실시형태 3에 관한 프로브 카드에 의하면, 도전성재료로 이루어지고, 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와, 상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와, 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과, 상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고, 상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 구성으로 함으로써, 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 검사시의 온도 환경에 의하지 않고 프로브를 접촉대상에 대하여 확실하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태 3에 의하면, 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이 스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 더 구비하고, 각 위치 결정 핀을 삽입하는 위치 결정 구멍의 프로브 헤드 표면의 중심으로부터 방사상으로 넓어져 가는 지름방향의 길이를 위치 결정 핀의 지름보다 크게 함으로써, 상기 실시형태 2와 마찬가지로, 프로브 헤드의 열팽창계수와 스페이스 트랜스포머와의 열팽창계수에 차이가 있는 경우에도, 고온시의 반도체 웨이퍼의 검사에서, 프로브 헤드나 스페이스 트랜스포머가 파손되는 경우가 없다.
특히, 본 실시형태 3에 의하면, 모든 위치 결정 구멍이 프로브 헤드 표면의 중심에 대하여 방사상으로 넓어져 가는 방향을 길이방향으로 하는 긴 구멍형상을 이룸으로써, 프로브 헤드는 표면의 중심에 대하여 방사상으로 팽창하게 되기 때문에, 프로브 헤드의 특정한 부분에 과도한 부하가 가해질 염려가 거의 없어진다.
또한, 이상의 설명에서는 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍이 각각 4개인 경우를 설명하였으나, 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍의 수는 이것에 한정되는 것은 아니고, 3개 또는 5개 이상이어도 된다.
(그 밖의 실시형태)
여기까지, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태로서, 실시형태 1 내지 실시형태 3을 상세하게 설명하여 왔으나, 본 발명은 그것들 3개의 실시형태에 의해서만 한정되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면 본 발명에 관한 프로브 카드는 원반형상 이외의 형상으로서 다각형의 표면 형상을 이루는 프로브 헤드를 구비하여도 되고, 그것들의 형상은 검사대상의 형상 또는 전극 패드의 배치 패턴에 의하여 변경 가능하다.
또, 인터포저나 스페이스 트랜스포머의 각 표면 형상을 프로브 헤드에 서로 모양이 비슷한 원형으로 하여도 된다. 이 경우에는, FWLT용 프로브 카드로서는 가장 대칭성이 높아지기 때문에, 프로브 카드의 평면도나 평행도를 최우선하는 경우에는 최적이다.
상기 이외에도 인터포저나 스페이스 트랜스포머의 각 표면을 적당한 정다각형으로 하고, 프로브 헤드를 그 정다각형과 서로 모양이 비슷한 정다각형으로 하여도 된다. 또, 인터포저나 스페이스 트랜스포머의 형상의 변화에 따라 유지부재의 빼냄형상도 변화된다. 또한, 프로브 헤드가 반도체 웨이퍼에 풀 콘택트하는 경우에는 프로브 헤드는 원형으로 하여도 된다. 이와 같이, 본 발명에 관한 프로브 카드는 원반 이외의 형상을 이루는 기판이나 프로브 헤드를 구비하여도 되고, 그것들의 형상은 검사대상의 형상이나 그 검사대상에 설치되는 전극 패드의 배치 패턴에 의하여 변경 가능하다.
이상의 설명에서도 분명한 바와 같이, 본 발명은, 여기서는 기재하고 있지 않은 여러가지의 실시형태 등을 포함할 수 있는 것으로, 특허청구범위에 의하여 특정되는 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지의 설계변경 등을 실시하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 프로브 카드는, 반도체 웨이퍼의 전기 특성검사에 유용하고, 특히 FWLT를 행하는 데 적합하다.

Claims (6)

  1. 검사대상인 반도체 웨이퍼와 검사용 신호를 생성하는 회로구조와의 사이를 전기적으로 접속하는 프로브 카드에 있어서,
    도전성 재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와,
    상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와,
    상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과,
    상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계(中繼)하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머를 구비하고,
    상기 프로브의 양쪽 끝은, 상기 반도체 웨이퍼를 검사할 때의 최저 온도와 최고 온도와의 평균 온도를 가지는 환경 하에서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 스페이스 트랜스포머가 각각 가지는 상기 전극 패드의 중앙부 부근에 접촉하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 구비하고,
    상기 프로브 헤드는, 상기 복수의 위치 결정 핀을 각각 삽입하는 복수의 위 치 결정 구멍을 가지고, 상기 복수의 위치 결정 구멍 중 적어도 하나는, 길이방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰, 긴 구멍 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  3. 검사대상인 반도체 웨이퍼와 검사용 신호를 생성하는 회로구조와의 사이를 전기적으로 접속하는 프로브 카드에 있어서,
    도전성 재료로 이루어지고, 상기 반도체 웨이퍼가 가지는 전극 패드에 접촉하여 전기신호의 입력 또는 출력을 행하는 복수의 프로브와,
    상기 복수의 프로브를 수용 유지하는 프로브 헤드와,
    상기 회로구조에 대응하는 배선 패턴을 가지는 기판과,
    상기 프로브 헤드에 적층되고, 상기 기판이 가지는 상기 배선 패턴의 간격을 바꾸어 중계하며, 이 중계한 배선에 대응하여 상기 프로브 헤드와 대향하는 쪽의 표면에 설치된 전극 패드를 가지는 스페이스 트랜스포머와,
    상기 스페이스 트랜스포머에 고착되고, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 프로브 헤드와의 위치 결정을 행하는 복수의 위치 결정 핀을 구비하고,
    상기 프로브 헤드는, 상기 복수의 위치 결정 핀을 각각 삽입하는 복수의 위치 결정 구멍을 가지고, 상기 복수의 위치 결정 구멍 중 적어도 하나는, 길이방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰, 긴 구멍 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 프로브 헤드의 표면은 중심 대칭인 형상을 이루고, 상기 표면의 중심을 통과하는 대각선의 양쪽 끝 부근에 한 쌍의 위치 결정 핀이 삽입되며, 상기 한 쌍의 위치 결정 핀의 한쪽을 삽입하는 위치 결정 구멍은, 상기 대각선에 평행한 방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 프로브 헤드의 표면은 중심 대칭인 형상을 이루고, 상기 표면의 중심에 대하여 대칭인 위치에 복수의 위치 결정 핀이 삽입되며, 각 위치 결정 핀을 삽입하는 위치 결정 구멍은, 상기 표면의 중심으로부터 방사상으로 넓어져 가는 지름방향의 길이가 상기 위치 결정 핀의 지름보다 큰 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 장착되어 상기 기판을 보강하는 보강부재와,
    도전성 재료로 이루어지고, 상기 기판과 상기 스페이스 트랜스포머와의 사이에 개재하여 상기 기판의 배선을 중계하는 인터포저와,
    상기 기판에 고착되고, 상기 인터포저 및 상기 스페이스 트랜스포머에 압력을 가하여 유지하는 유지부재와,
    상기 유지부재에 고착되고, 상기 프로브 헤드의 표면으로서 상기 복수의 프로브가 돌출하는 표면의 가장자리 끝부 근방을 전체 주위에 걸쳐 상기 기판의 방향 으로 가압하는 리프 스프링을 더 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
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