JP2009200272A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップデバイスの電気的特性の検査に使用するプローブカードに関し、高温状態での試験や低温状態での試験においても、プローブ群先端部の位置精度を良好に維持できるプローブカードを提供する。
【解決手段】回路基板、上記回路基板の一方の面側に配置され、表面の所定位置に複数のプローブを保持するプローブ基板、上記回路基板の他方の側に配置された補強板、および上記プローブ基板と上記補強板との間に介在し、上記プローブ基板の熱を上記補強板に伝達することによって、上記プローブ基板の温度と上記補強板の温度とを平衡させる伝熱部材を備え、上記伝熱部材が単数又は複数の棒状良熱伝導体であって、上記プローブ基板の中央部分に設け、又は、その伝熱機能の分布を上記プローブ基板の中央部を中心として、中心から周辺に徐々に少なくなるように配置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップデバイスの電気的機能試験において、高温または低温状態で使用されるプローブカードの構造に関するものである。

従来、半導体ウェハ上にあるチップデバイスの電気的機能試験に使用されるプローブカードは、図４（ａ）に示すように、複数のテスタ接続端子４ａが接続された回路基板４と、複数のプローブ２が装着されたプローブ基板３と、テスタ接続端子４ａに接続された回路基板４の接続端子５ａと各プローブ２に接続されたプローブ基板３の接続端子３ａとを夫々電気的に接続するための弾性を有する中継接続ピン５群と、回路基板４の背面に取付けられた機械的強度を補強する金属製の補強板６と、回路基板４及び補強板６とプローブ基板３を所定位置に保持する支持体７と支持ボルト８とから構成される。この複数のプローブ２とそれが固着されているプローブ基板３との構成体をプローブユニットと称する。この回路基板４及びプローブ基板３の形状は所定の厚みを有する円形又は方形の平板である。回路基板４に固着された中継接続ピン５は弾性体であり、押圧力に比例して生ずる反力により回路基板４の中継接続ピン５の先端部と、対応するプローブ基板３の接続端子３ａとが圧接して電気的接続が確保される。

半導体ウエハ上のチップデバイスについて電気的機能試験を行う試験装置は、図５に示すように、被試験体の半導体ウエハ２０を載せ、そのチップデバイスの電極とプローブカード１のプローブ２先端との接点位置を調節して決めるためにウエハ載置台２１を移動させるプローバ２２と、チップデバイスに対して電気的測定信号をプローブ２、回路基板４を経由して入出力し、電気的機能試験を行うテスタ３０と、から構成される。半導体ウエハ２０上に形成されるチップデバイスの電気的機能試験は、試験の厳格化と最終工程まで含めた試験コストの低減のために、使用環境に近い条件で実施されて来ており、特に温度に対して品質特性が敏感に変動するチップデバイスは、組立工程後の最終検査を高温状態で行うのが一般的であって、さらに、試験効率の向上の点も加わって、半導体ウエハ２０の状態での電気的機能試験が最終製品の試験温度に近づけて行う必要性があって、高温試験では、温度が１００℃前後から１５０℃へと高くすることが要求されている。また低温環境での試験も必要で、−４０℃までの温度での試験が要求されている。半導体ウエハ２０のチップデバイスを高温又は低温の試験温度に保持して電気的機能試験を行うために、ウエハ載置台２１と半導体ウエハ２０を試験条件の温度に保持する高温、低温試験装置２５が用いられる。

チップデバイスを高温に保って試験を行うためには、ウエハ載置台２１を高温（例えば、１５０℃）に保ち、このウエハ載置台２１に載せることにより、ウエハ２０のチップデバイスは高温状態になる。このチップデバイスの電極にプロブカード１のプローブ２が接触して電気的機能試験が行われる際に、プローブカード１は高温状態にあるウエハ２０から加熱され、プローブカード１の構成部品であるプローブ基板３、回路基板４や補強板６等の構成部品が加熱される。この場合に、熱伝達の差異によりウエハ２０に近いプローブ２及びプローブ基板３はより温度が高く、ウエハ２０より離れた回路基板４、補強板６はより低い温度状態にあることになり、これによって構成部品の熱膨張に差が生じて、図４（ｂ）に示すように、プローブカードのプローブ基板３の撓みβが発生し、ひいてはプローブ２群の先端部ラインαの直線性が失われ、ウエハ２０側に凸状になる。一方、低温状態の場合には、これの逆となり、プローブ２群の先端部ラインαがウエハ２０側に凹状になる。また、ウエハ搬送装置のウエハ載置台２１からウエハ２０を取り外す場合やウエハ２０をウエハ載置台２１へ設置する場合には、プローブカード１を高温又は低温状態のウエハ載置台２１から遠ざける必要があり、その際にプローブカード１の温度条件に変化をもたらし、プローブカード１の構成部品内での熱膨張による差が生じて、プローブ２先端の位置精度が悪化し、試験条件を劣化させることになる。

前述のような状況が起きると、プローブ２先端部の位置変動が生じ、チップデバイスの電極と適切なコンタクトが失われて、電気的機能試験の品質を劣化させ、良品を不良品と判定したり、または試験の遂行が困難になる不具合が生ずる。また、プローブ２群の先端部ラインαがウエハ２０側に凸状になると、プローブ２によるチップデバイスの電極に対するオーバードライブが過剰になって、想定外の荷重をチップデバイスやプローブ２に掛けてしまい、それらに損傷が生じることになる。一方、プローブ２群の先端部ラインαがウエハ２０側に凹状になると、プローブ２によるチップデバイスの電極に対するオーバードライブが適正に掛からず、不十分な荷重でチップデバイスの電極にコンタクトして試験を行うことになり、良品を不良品と判定する危険性が大きくなる。いずれの場合も、半導体ウエハ２０のチップデバイスの電気的機能試験が適正に行われず、大きな経済的損失を招くことになる。

本出願人は、先に、前述の高温または低温状態のウエハテストにおける垂直型プローブカード、ティー型プローブカード、ホーク型プローブカードについて、ガイド板の熱変位によるプローブ先端部の位置精度が悪くなる問題の解決を図り、その技術を公開した（先行文献１）。この先行技術は垂直型プローブカード等において、上下のガイド板のガイド孔に挿通したプローブの位置精度を確保する点で優れていて、また、熱伝導率の高く、電気絶縁性のあるＤＬＣ膜を適用するなど優れた技術である。
特開２００３−２１５１６３号公報（〔００１１〜１５〕、図１、図３、図４）

近年、半導体ウエハの直径が２００ｍｍから３００ｍｍとなる大型化に伴って、対応するプローブカードが大型化（大口径化）してきたことにより、ウエハから受ける熱の影響が大きくなってきた。この熱影響によるプローブカードの基板の変形に対しては、補強板を強化して対応してきたが、プローブカードの大型化に伴い補強板を大きくすることには制約があった。先行技術にあるような従来のものは、放熱させるようにしたものであるのに対し、プローブカードが大型になれば、それが十分に機能せず、かえって放熱させることによりプローブカード内に温度勾配が生じ、プローブカード内の構造物である基板の熱変形をもたらす問題があった。

かかる状況の中で、従来のプローブカードにおいて、大型の半導体ウエハ２０のチップデバイスの高温状態（例えば、１５０℃）における電気的機能試験を行うと、図４ａに示すように、ウエハ２０からの熱エネルギーがプローブ２、プローブ基板３、中継接続ピン５及び支持体７、支持ボルト８を経由して、回路基板４、補強板６に伝わり、そして補強板６表面から外気に逃げる。従来のプローブカード１では、補強板６への熱伝達が悪い一方、金属製の補強板６の表面から外気に伝達される熱量は多い。

すなわち、プローブ基板３と回路基板４とを電気的に接続する中継接続ピン５は金属製であって、一般に寸法が小さく、断面積も小さい。よって、熱伝導による伝熱量は熱の流れる経路に垂直の断面積に比例するから、中継接続ピン５群を経由する伝熱量はそれほど大きくならない。また、プローブ基板３の周辺部を固定している支持体７、支持ボルト８を経由して熱エネルギーが伝わるためには、熱は一旦プローブ基板３自身を通過して外側に広がるように伝熱していく必要がある。一般に、プローブ基板３は樹脂製又はセラミック製の印刷回路基板であり、熱が十分伝わるほど厚くないために、支持体７、支持ボルト８を経由して補強板６に伝わる熱量が小さい。上述の熱伝達のメカニズムにより、高温試験においては、図４ｂに示すように、プローブ側が補強板側に比べて温度が高くなるためにバイメタル効果が働いてプローブカード１、特にプローブ基板３は下に凸状になり、またプローブ２群の先端部ラインαが降下し、プローブ２先端群の高さ方向のバラツキも大きくなりやすい。一方、低温試験においては、上記熱伝達メカニズムが逆方向に働き、プローブカード１は下側に凹になり、プローブ２群の先端部ラインαが上昇し、プローブ２先端群の高さ方向のバラツキも大きくなりやすい。

本発明は、上記事情に鑑みて、これらの問題を解決するために成したものであって、大型化した半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップデバイスの電気的機能試験に使用するプローブカードにおいて、高温状態（８５〜１５０℃）での試験や低温状態（−２０〜−４０℃）での試験においても、半導体ウェハに近い位置での温度状態を補強板に強制的に伝達することにより、プローブカードの各基板における温度状態を略同一となるようにして熱変形を防止し、プローブ群の先端部の位置精度を良好に維持できるプローブカードを提供するものである。

前記の目的を達成するために、請求項１のプローブカードの発明は、回路基板、上記回路基板の一方の面側に配置され、表面の所定位置に複数のプローブを保持するプローブ基板、上記回路基板の他方の側に配置され、プローブカード全体の変形を抑制する補強板、および上記プローブ基板と上記補強板との間に介在し、上記プローブ基板の熱を上記補強板に伝達することによって、上記プローブ基板の温度と上記補強板の温度とを平衡させる伝熱部材を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のプローブカードの発明は、請求項１記載のプローブカードにおいて、上記伝熱部材が単数又は複数の棒状良熱伝導体であって、上記プローブ基板の中央部分に設けることを特徴とする。また、請求項３のプローブカードの発明は、請求項１記載のプローブカードにおいて、上記伝熱部材が複数の棒状良熱伝導体であって、その伝熱機能の分布を上記プローブ基板の中央部を中心として、中心から周辺に徐々に少なくなるように配置したことを特徴とする。

請求項１，２の手段によれば、高温状態（８５〜２００℃）の半導体ウエハテスト（いわゆるバーンインテスト）において、高温の半導体ウエハからの伝導や輻射により、また、プローブ先端とチップデバイス電極との接触抵抗熱も加わって、プローブ基板が加熱されるが、特に、熱が逃げにくく、蓄積しやすいプローブ基板の中央部から金属製の補強板へ十分熱伝達を行って均熱できるように、プローブ基板の中央部から金属製の補強板へと熱伝導率の高い材質で作られた棒状の良熱伝導体を単数又は複数個挿通すると共に接合する。この場合に、時間当たりに伝熱する熱流量は熱伝導体の断面積に比例するが、本発明のプローブカードにおいては、集積度の高い半導体ウエハを試験対象にしているので、プローブ及び中継接続ピンは高密度に配置されているから、径の大きい熱伝導体を配置する余地が少なく、直径の小さい熱伝導体でも複数個組み込むことにより全体としての熱伝導効果を大きくする。

また、請求項３の手段によれば、プローブ基板から補強板への熱伝達する棒状良熱伝導体による伝熱機能の分布を受熱量が蓄積し易いプローブ基板の中央部を密に、周辺部は中央部に比し基板支持部や側縁部からの放熱があるので、周辺部を疎に分布させ、かつ中央部から周辺部へ徐々に少なくなるようにすることにより、プローブ基板の温度分布をほぼ均一にして熱変形を防止することができる。因みに、棒状良熱伝導体による伝熱機能は、良熱伝導体の伝熱能力に比例し、良熱伝導体のサイズ、材質、本数により左右される。例えば、良熱伝導体の配置本数を中央部に多く、周辺部に少なくするとか、或いは良熱伝導体のサイズを本数分布が同じでも、中央部が大きく、周辺部が小さくすることによっても上記の効果の発揮が可能である。

また、プローブ基板から熱伝導体へ、また、熱伝導体から金属製の補強板に効率良く熱移動を実現するためには、それらの間の接合は熱伝達の点で重要であって、そのためには基板に開けられる挿通孔は熱伝導体との嵌合に間隙が生じないリーマ孔が好ましく、熱伝導体の端部を基板に固定して接合する所も、熱伝達面が広い皿状のワッシャーと薄肉のナット止めを施して固定したうえに、さらに、その固定部を熱伝導の良い銀ロウや金−錫ロウ等のロウ付けが好ましい。また、本発明において、プローブ基板と熱伝導体との接合の仕方は二通りあり、一つはプローブ基板を挿通して下面で接合し、もう一つはプローブ基板を挿通せずに上面で接合するものであるが、前者の方が熱伝達の面で好ましい。

これらにより、プローブ基板や回路基板の基板間の温度勾配を抑制し、かつ、前記基板内の温度分布を平均化して、該プローブ基板や回路基板の歪や撓みを防止し、チップデバイスの電極に対するプローブ先端部の位置精度を維持できることが可能となる。また、低温状態（−２０〜−４０℃）での半導体ウエハテストにおいても、前述の加熱とは反対に冷却が行われるが、同様な伝熱のメカニズムが働き、プローブ基板や回路基板の温度低下を抑制し、かつ、前記基板内の温度分布を平均化して、該プローブ基板や回路基板の歪や撓みを防止し、チップデバイスの電極に対するプローブ先端部の位置精度が維持できる。

また、請求項４のプローブカードの発明は、請求項２又は３に記載のプローブカードにおいて、前記良熱伝導体が、銀、銅、アルミニウムのいずれかの熱伝導率が高い金属材料、或いはそれらの複合材料からなることを特徴とする。

本発明のプローブカードにおいて、良熱伝導体を配設するにあたり、熱伝導体の総断面積が制約されることと、配置上の制約からも、出来るだけ熱伝導率の高い金属製の熱伝導体が選択されることが好ましい。よって、金属でも熱伝導率が大きい銀（４３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、銅（３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミニウム（２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））等がよく、また、これらの複合材料でもよいが、概して熱伝導率は金属の純度が高いほど大きいので、高純度のものが好ましい。また、熱伝導体については、構造体ではないので、引っ張り又はせん断などの強度や硬度に制約されることがないので、純度の高い金属を用いてもこの点で問題にならない。また、良熱伝導体として、上記の熱伝導率が高い金属製のヒートパイプを用いることも可能で、ヒートパイプ内の媒体の熱伝達も加わり、熱伝達量を高くできる。

また、請求項５のプローブカードの発明は、請求項１から４のいずれかに記載のプローブカードにおいて、前記補強板の上表面を耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい材料又は熱放射率の小さい材料により被覆することを特徴とする。また、請求項６のプローブカードの発明は、請求項５に記載のプローブカードにおいて、前記耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい材料がエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂のいずれかであることを特徴とする。

これらの構成を採用することにより、金属製の補強板から外気（雰囲気）へと、主として輻射や対流伝熱により放散される熱量を制限することができる。したがって、請求項１〜４記載の構成と相まって、プローブカード全体の均熱を図り、ひいてはプローブ基板の歪や撓みを無くして平面度を上げ、プローブ先端の位置精度を適切に維持することが可能になる。特に、ウエハ搬送装置のウエハ載置台からウエハを着脱する場合には、プローブカードを高温又は低温状態のウエハ載置台から遠ざける必要があるが、その際プローブカードに温度条件の変化をもたらすが、プローブカードの構成部品が本構成により均熱化が図られているので、この温度変化に対してプローブ先端の位置精度の劣化が生じにくい。

また、半導体ウエハテストが高温状態（８５〜２００℃）での試験や低温状態（−２０〜−４０℃）での試験であることから、金属製の補強板を被覆する材料には耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい樹脂材料を用いるのがよく、被覆施工性もよいのが望ましい、ただし、強度的には制約が少ない。具体的には、エポキシ樹脂（熱伝導率≒０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））、シリコン樹脂（熱伝導率０．１５〜０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ポリエチレン樹脂（熱伝導率≒０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いるとよい。

本発明による請求項１から５までの構成のプローブカードによれば、従来のプローブカードでは、半導体ウエハのチップデバイスの電気的機能検査において、高温状態（８５〜２００℃）又は低温状態（−２０〜−４０℃）での検査により、プローブカードに対して加熱又は冷却の熱負荷増に起因して生ずるプローブ基板の歪や撓みによるプローブ先端の位置精度の不良原因を、前述の熱量増加又は減少分が良熱伝導体を経由することにより、効率良く、かつ、速やかに均熱する構造を採用することにより取り除くことが出来る。これにより、プローブ群先端のチップデバイスの電極に対する位置精度が維持できるので、高温又は低温での使用状態をシミュレートした半導体ウェハの検査を的確に行うことができる。また、集積度の増大した、チップデバイスの電極間のピッチ寸法が狭小化しても、これに対応できるプローブカードを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明に係わるプローブカードの実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の下面と接合するプローブカードの模式的断面図である。図２は、本発明に係わるプローブカードの別の実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の上面と接合するプローブカードの模式的断面図である。また、図３は、本発明に係わるプローブカードのまた別の実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の下面と接合すると共に、補強板上面に断熱材を被覆したプローブカードの模式的断面図である。

図１を用いて、本発明の実施の形態であるプローブカード１について説明すると、プローブカード１は、複数のテスタ接続端子４ａを上面に配設すると共にテスタ接続端子４ａに個々に接続された接続端子５ａ群を下面に配設した回路基板４と、接続端子５ａに個々に対応した接続端子３ａ群を上面に配設すると共に接続端子３ａに個々に接続されたプローブ接続端子３ｂと接続する複数のプローブ２を下面に配設したプローブ基板３と、回路基板４の接続端子５ａ群に個々に根元を固着して取り付けられると共に、接続端子３ａに常時接触して電気的に接続する複数の片持ち梁状に配設された弾性を有する中継接続ピン５群と、回路基板４の上面に密着して機械的強度を補強する金属製の補強板６と、プローブ基板３の中央部に、プローブ基板３の下面に接合部１１を有し、かつ、プローブ基板３と回路基板４と補強板６とを挿通して、補強板６に接合部１２を有する複数本の棒状の良熱伝導体１０と、回路基板４及び補強板６とプローブ基板３を所定位置に保持する支持体７と支持ボルト８．とから構成される。

また、プローブ基板３及び回路基板４の形状は所定の厚みを有する円形又は方形の平板である。また、前記基板３及び４は、合成樹脂製又はセラミック製のプリント板であって、プローブ基板３では、上面にある各接続端子３ａと下面の対応するプローブ接続端子３ｂとをプリント配線で内部接続し、一方の回路基板４でも各テスタ接続端子４ａと下面の対応する接続端子５ａとをプリント配線で内部接続している。円形又は方形のプローブ基板３の下面全体に、被測定物である半導体チップデバイスの電極に対応するプローブ２が秩序立って配設される。これらのプローブ２は、プローブ基板３のプローブ接続端子３ｂに固着されて、片持ち梁状に本体を保持して、その先にチップデバイスの電極（図示しない）と接触可能な針先を有する。このプローブ２の線径は、チップデバイスの規模にもよるが、４０〜１００μｍの範囲であり、プローブ数も数百から千本超える規模である。プローブ２の材料としては、通常、パラヂウム合金、ベリリウム銅合金、タングステン合金等から選択された一種類の合金が用いられる。

また、補強板６は、回路基板４の平面度を維持するための背面を補強するために用いられ、この場合、強度が高い金属製を用い、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。また、プローブ基板３と回路基板４の上下の間隔を調整可能に保持するために、プローブ基板３の端面下部を単純支持する金属製の支持体７が設けられ、該支持体７は補強板６及び回路基板４を貫通した支持ボルト８により位置調節することができる。

また、回路基板４に固着された中継接続ピン５は弾性体であり、押圧力に比例して生ずる反力により回路基板４の中継接続ピン５の先端部と、対応するプローブ基板３の接続端子３ａとが、電気的接続が確保される。中継接続ピン５の形状は、弾性材料が圧縮に伴う押圧力により反力が生ずると共に、中継接続ピン５の固着された根元である接続端子５ａと対応する接続端子３ａとの水平方向の位置関係がずれなくする形状が求められるから、中継接続ピン５は片持ち梁状のカンチレバー型かコイルバネ型等がよく、製作容易の点でカンチレバー型がよい。また、中継接続ピン５の材料は、弾性があり、電気伝導性が良好な材料が望ましく、銅系の燐系銅合金、ベリリウム系銅合金、ニッケル合金等が用いられる。

本発明に係るプローブカード１の特徴である熱伝導体１０について説明すると、高温状態（８５〜２００℃）の半導体ウエハテストにおいて、高温の半導体ウエハからの伝導や輻射により、また、プローブ２先端とチップデバイス電極との接触抵抗熱も加わって、プローブ基板３が加熱されるが、特に、熱が逃げにくく、蓄積しやすいプローブ基板３の中央部から金属製の補強板６へ十分熱伝達を行って放熱できるように、プローブ基板３の中央部から金属製の補強板６へと熱伝導率の高い材質で作られた棒状の良熱伝導体１０を単数又は複数個挿通すると共に、プローブ基板３に対して接合部１１で、回路基板４に対して接合部１２で接合する。また、棒状良熱伝導体１０の配置を受熱量が蓄積し易いプローブ基板３の中央部を密に、周辺部は中央部に比し基板支持部７，８や側縁部からの放熱があるので、周辺部を疎に分布させ、かつ中央部から周辺部へ徐々に少なくなるようにすることにより、プローブ基板３の温度分布をほぼ均一にして熱変形を防止することができる。因みに、棒状良熱伝導体１０による伝熱機能は、良熱伝導体１０の伝熱能力に比例し、良熱伝導体１０のサイズ、材質、本数により左右されるから、上記のように良熱伝導体１０の配置本数を中央部に多く、周辺部に少なくするとか、或いは、良熱伝導体１０のサイズを本数分布が同じでも、中央部が大きく、周辺部が小さくすることによっても上記の効果が可能である。また、伝熱量は熱伝導体１０の断面積に比例するが、本発明のプローブカード１においては、集積度の高い半導体ウエハを試験対象にしているので、プローブ２及び中継接続ピン５は高密度に配置されており、径の大きい良熱伝導体１０を配置する余地が少なく、直径の小さい熱伝導体１０でプローブ２や中継接続ピン５の接続端子３ｂ，３ａが配置された以外の余地を選択して、複数の余地に各々良熱伝導体１０のサイズ及び本数を勘案して組み込むことにより、全体としての熱伝導効果を大きくすることもできる。

また、プローブ基板３から熱伝導体１０へ、また、熱伝導体１０から金属製の補強板６に効率良く熱移動を実現するためには、それらの間の接合は熱伝達の点で重要であって、そのために各基板３，４，６に開けられる挿通孔は熱伝導体１０との嵌合に間隙が生じないリーマ孔が好ましく、熱伝導体１０の端部を基板３，６に固定して接合する接合部１１，１２も、熱伝達面が広い皿状のワッシャーと薄肉のナット止めを施して固定したうえに、さらに、その固定部を熱伝導の良い銀ロウや金−錫ロウ等のロウ付けが好ましい。また、本発明において、プローブ基板３と熱伝導体１０との接合の仕方は図１、図２に示すように二通りあり、一つはプローブ基板３を挿通して下面で接合し、もう一つはプローブ基板３を挿通せずに上面で接合するものであるが、前者の方が熱伝達の面で好ましい。

前述の構成により、プローブ基板３や回路基板４の温度上昇を抑制し、かつ、基板３，４内の温度分布を平均化して、プローブ基板３や回路基板４の歪や撓みを防止し、チップデバイスの電極に対するプローブ２先端部の位置精度を維持できることが可能となる。また、低温状態（−２０〜−４０℃）での半導体ウエハテストにおいても、前述の加熱とは反対に冷却が行われるが、同様な伝熱のメカニズムが働き、プローブ基板３や回路基板４の温度低下を抑制し、かつ、基板３，４内の温度分布を平均化して、プローブ基板３や回路基板４の歪や撓みを防止し、チップデバイスの電極に対するプローブ２先端部の位置精度が確保できる。

また、本発明に係わるプローブカード１において、熱伝導体１０を配設するにあたり、熱伝導体１０の総断面積が制約されることと、配置する余地の制約からも、出来るだけ熱伝導率の高い金属製の熱伝導体１０が選択されることが好ましい。よって、金属でも熱伝導率が大きい銀（４３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、銅（３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミニウム（２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））等がよく、また、これらの複合材料でもよいが、概して熱伝導率は金属の純度が高いほど大きいので、高純度のものが好ましい。また、熱伝導体１０については、構造体ではないので、引っ張り又はせん断などの強度や硬度に制約されることがないので、純度の高い金属を用いてもこの点で問題にならない。また、良熱伝導体１０として、上記の熱伝導率が高い金属製のヒートパイプを用いることも可能で、ヒートパイプ内の媒体の熱伝達も加わり、熱伝達量を高くできる。

また、図２を用いて、本発明に係わるプローブカードの別の実施形態であるプローブカード１であって、熱伝導体１０がプローブ基板３の上面と接合するプローブカード１について、図１と相違する点について説明すると、熱伝導体１０がプローブ基板２と接合する構造は、熱伝導体１０がプローブ基板３を挿通することなく、プローブ基板２の上面で接合部１１を設けて接合する。これはプローブ基板３においてプローブ接続端子３ｂと接続端子３ａの配列により熱伝導体１０の挿通孔を設ける余地がない場合に有効である。

また、図３を用いて、本発明に係わるプローブカードの別の実施形態であるプローブカード１であって、熱伝導体１０がプローブ基板３の下面と接合すると共に、補強板６上面に断熱材を被覆したプローブカード１について、図１と相違する点について説明すると、補強板６の上表面を耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい材料又は熱放射率の小さい材料により被覆した被覆層１３を設けたものである。 すなわち、半導体ウエハテストが高温状態（８５〜２００℃）での試験や低温状態（−２０〜−４０℃）での試験である場合に、金属製の補強板６を被覆する被覆層１３の材料には、耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい樹脂材料を用いるのがよく、被覆施工性もよいのが望ましい、ただし、強度的には制約が少ない。具体的には、エポキシ樹脂（熱伝導率≒０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ））、シリコン樹脂（熱伝導率０．１５〜０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ポリエチレン樹脂（熱伝導率≒０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ））のいずれかから選択したものを用いるのがよい。

この被覆層１３により、金属製の補強板６から外気（雰囲気）へと、主として輻射や対流伝熱により放散される熱量を制限することができる。したがって、プローブカード１全体の均熱を図り、ひいてはプローブ基板３の歪や撓みを無くして基板３の平面度を上げ、プローブ２先端の位置精度を適切に確保することが可能になる。特に、ウエハ搬送装置のウエハ載置台からウエハを着脱する場合には、プローブカード１を高温又は低温状態のウエハ載置台から遠ざける必要があるが、その際プローブカード１に温度条件の変化をもたらすが、プローブカード１の主な構成部品であるプローブ基板３、回路基板４が均熱化されるので、これの温度変化に対してプローブ２先端の位置精度が確保できる。

本発明に係るプローブカード１によれば、半導体ウエハのチップデバイスの電気的機能検査において、特に高温状態（８５〜２００℃）又は低温状態（−２０〜−４０℃）での検査により、プローブカード１に対して加熱又は冷却の熱負荷増を熱伝導体１０を経由することにより、効率良く、かつ、速やかに移動させて均熱することにより取り除くことができるから、プローブ２群先端のチップデバイスの電極に対する位置精度が確保できるので、高温又は低温での使用状態をシミュレートした半導体ウェハの検査を的確に行うことができる。また、集積度の増大した、チップデバイスの電極間のピッチ寸法が狭小化しても、これに対応できるプローブカード１を提供できる。

半導体ウェハにおいて、高集積化ＩＣチップの電気的特性の検査に使用するプローブカードに利用することができる。

本発明に係わるプローブカードの実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の下面と接合するプローブカードの模式的断面図である。 本発明に係わるプローブカードの別の実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の上面と接合するプローブカードの模式的断面図である。 本発明に係わるプローブカードのまた別の実施形態であって、良熱伝導体がプローブ基板の下面と接合すると共に、補強板上面に断熱材を被覆したプローブカードの模式的断面図である。 従来のプローブカードであって、ａは模式的断面図、ｂは高温試験状態におけるプローブカードの変形を示すａの模式的断面図である。 高温、低温状態における半導体ウエハの試験装置の概念図である。

符号の説明

１：プローブカード ２：プローブ ３：プローブ基板
３ａ：接続端子 ３ｂ：プローブ接続端子 ４：回路基板
４ａ：テスタ接続端子 ５：中継接続ピン ５ａ：接続端子
６：補強板 ７：支持体 ８：支持ボルト
１０：熱伝導体 １１，１２：接合部 １３：被覆層
２０：半導体ウエハ ２１：ウエハ載置台 ２２：プローバ
２５：高温低温試験装置 ３０：テスタ
α：プローブ群の先端部ライン β：プローブ基板のたわみ

Claims (6)

1. 回路基板、上記回路基板の一方の面側に配置され、表面の所定位置に複数のプローブを保持するプローブ基板、上記回路基板の他方の側に配置され、プローブカード全体の変形を抑制する補強板、および上記プローブ基板と上記補強板との間に介在し、上記プローブ基板の熱を上記補強板に伝達することによって、上記プローブ基板の温度と上記補強板の温度とを平衡させる伝熱部材を備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 上記伝熱部材が単数又は複数の棒状良熱伝導体であって、上記プローブ基板の中央部分に設けることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 上記伝熱部材が複数の棒状良熱伝導体であって、その伝熱機能の分布を上記プローブ基板の中央部を中心として、中心から周辺に徐々に少なくなるように配置したことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
4. 上記良熱伝導体が、銀、銅、アルミニウムのいずれかの熱伝導率が高い金属材料、或いはそれらの複合材料からなることを特徴とする請求項２又は３に記載のプローブカード。
5. 上記補強板の上表面を耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい材料又は熱放射率の小さい材料により被覆することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプローブカード。
6. 上記耐熱及び耐寒性のある熱伝導率の小さい材料がエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。

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