JP2010210478A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【目的】 本発明の目的は、プローブユニット毎に容易に交換可能なプローブカードを提供する。
【構成】 本プローブカードは、厚み方向に貫通する複数のユニット収容部２３０が設けられたフレーム２００と、フレーム２００に固着される複数のプローブユニット１００とを備えている。プローブユニット１００は、外形がユニット収容部２３０に収容される大きさのプローブ基板１２０と、プローブ基板１２０の上面に取り付けられ、幅寸法がプローブ基板１２０の幅寸法よりも大きいＳＴ基板１３０と、プローブ基板１２０の下面に配設されたプローブ１１０とを有している。プローブ基板１２０の厚み寸法とプローブ１１０の高さ寸法との和がフレーム２００の厚み寸法よりも大きい。ＳＴ基板１３０の長さ方向の両端部がフレーム２００の桟部２２０上に固着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ上のチップの電気的諸特性を測定するのに使用可能なプローブカードに関する。

この種のプローブカードとしては、枠体に格子状に懸架された複数のＸ軸及びＹ軸支持体と、このＸ軸及びＹ軸支持体に各々設けられた複数のＸ軸及びＹ軸プローブとを備えたものがある。Ｘ軸プローブは複数のチップのＸ方向に配列された複数の電極に同時に接触し、Ｙ軸プローブは複数のチップのＹ方向に配列された複数の電極に同時に接触する。これにより、半導体ウエハ上の複数のチップの電気的諸特性が一度に測定される（特許文献１参照）。

特開平０９−２８３５７５号公報

Ｘ軸支持体及びＹ軸支持体は上下に交差しているため、Ｘ軸支持体については枠体から容易に取り外し可能であるものの、Ｙ軸支持体については全てのＸ軸支持体を取り外した後でなければ取り外すことができない。このため、Ｙ軸プローブが破損等した場合、当該Ｙ軸プローブが設けられたＹ軸支持体の交換が困難であるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、プローブユニット毎に容易に交換可能なプローブカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、外部電極を有するメイン基板と、メイン基板と間隔を空けて配置されたフレームと、フレームに固着される複数のプローブユニットとを備えており、フレームには、厚み方向に貫通した複数の収容孔が設けられており、プローブユニットは、外形がフレームの収容孔内に収容される大きさであるプローブ基板と、プローブ基板の上面に取り付けられ、外形がプローブ基板の外形よりも大きい取付板と、プローブ基板の下面に配設されたプローブとを有しており、プローブ基板の厚み寸法とプローブの高さ寸法との和がフレームの厚み寸法よりも大きくなっており、取付板がフレームの収容孔の縁部上に固着されている。

このようなプローブカードによる場合、取付板がフレームの収容孔の縁部上に固着されているだけであるので、取付板をフレームの前記縁部から取り外すだけで、プローブユニットをフレームから取り外すことができる。よって、プローブが破損等した場合、プローブユニット毎に簡単に交換することができる。しかも、取付板がフレームの前記縁部上に載置された状態で、当該取付板をＸ、Ｙ及び／又はＺ方向に位置調整することができるので、プローブユニットの位置精度の向上を図ることもできる。

また、前記プローブカードは、プローブユニットが半導体ウエハ上のチップに各々対応した構成である場合、同プローブユニットのプローブをチップの電極に各々接触させることにより、当該チップの電気的諸特性を一度に測定することができる。各チップに対応するプローブユニットは、半導体ウエハ上のチップを一括で測定可能な一括型プローブカードよりも歩留まり率が高くなる。よって、本プローブカードは、一括型プローブカードよりも歩留まり率が高くすることができる。

フレームユニットの取付板のフレームへの固着には、樹脂が使われていることが好ましい。

本発明の実施の形態に係るプローブカードの概略図であって、（ａ）が底面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図である。 同プローブカードの検査対象である半導体ウエハの模式的平面図である。 同プローブカードのフレームにプローブユニットが設置された状態を示す概略斜視図である。 同プローブカードのフレームの概略的平面図あって、半導体ウエハのチップとの位置関係を示す図である。 同プローブカードのプローブユニットの端部の概略的拡大正面図である。 同プローブのスプリングピンの概略的断面図である。 同プローブカードのプローブユニットの取付工程を示す概略的断面図である。 同プローブカードのガイド基板及びスプリングピンの取付工程を示す概略的断面図である。 本発明のプローブカードのフレームの設計変更例を示す概略的平面図である。 本発明のプローブカードのプローブユニットの設計変更例を示す概略図であって、同ユニットの端部の概略的拡大正面図である。 本発明のプローブカードのプローブユニットの設計変更例を示す概略底面図であって、プローブが四辺配置された状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブカードについて図１乃至図６を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブカードの概略図であって、（ａ）が底面図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図、図２は同プローブカードの検査対象である半導体ウエハの模式的平面図、図３は同プローブカードのフレームにプローブユニットが設置された状態を示す概略斜視図、図４は同プローブカードのフレームの概略的平面図あって、半導体ウエハのチップとの位置関係を示す図、図５は同プローブカードのプローブユニットの端部の概略的拡大正面図、図６は同プローブのスプリングピンの概略的断面図である。

図１に示すプローブカードは、図２に示す半導体ウエハ１０上に形成された複数のチップ１１の電気的諸特性を一度に測定するのに使用されるものである。このプローブカードは、複数のプローブユニット１００と、フレーム２００と、複数の支柱３００と、ガイド基板４００と、複数のスプリングピン５００（第２の接続部）と、メイン基板６００と、補強板７００とを備えている。以下、プローブカードの各部について詳しく説明する。

フレーム２００は金属製の枠体である。このフレーム２００は、図１（ａ）、図３及び図４に示すように、外枠部２１０と、この外枠部２１０に格子状に懸架された複数の桟部２２０とを有している。外枠部２１０の外径は半導体ウエハ１０の外径と略同じである。桟部２２０により区画された複数の空間がユニット収容部２３０となっている。ユニット収容部２３０はフレーム２００を厚み方向に貫通している。すなわち、ユニット収容部２３０が特許請求の範囲におけるフレームの収容孔に相当し、桟部２２０が特許請求の範囲におけるフレームの収容孔の縁部に相当する。ユニット収容部２３０と半導体ウエハ１０のチップ１１とは、図４に示すように、後述する半導体ウエハ１０のチップ１１の測定時において、平面位置的に重なる位置関係となっている。すなわち、前記測定時において、ユニット収容部２３０が半導体ウエハ１０のチップ１１の上方に位置する。なお、ユニット収容部２３０及びチップ１１の数や位置は例示的に示したものである。

プローブユニット１００は、図１、図３及び図４に示すように、複数のプローブ１１０と、プローブ基板１２０と、スペーストランスフォーマ基板１３０（以下、ＳＴ基板と称する。）とを有している。

ＳＴ基板１３０はセラミックで構成された板体である。ＳＴ基板１３０の長さ寸法はプローブ基板１２０の長さ寸法よりも長くなっている。ＳＴ基板１３０の長さ方向の両端部は、フレーム２００の桟部２２０上に載置され樹脂１４０（ＵＶ硬化樹脂等）により固着される。ＳＴ基板１３０の上面には、図３に示すように、複数の上側電極１３１（第２の電極）が設けられている。一方、ＳＴ基板１３０の下面中央部にはプローブ基板１２０が取り付けられている。また、ＳＴ基板１３０の下面のプローブ基板１２０の両側には複数の下側電極１３２（第１の電極）が設けられている。上側電極１３１及び下側電極１３２は、ＳＴ基板１３０の内部及び／又は外面上に設けられた配線により各々接続されている。

プローブ基板１２０はシリコンウエハが略矩形のタイル状にダイシングされたものである。このプローブ基板１２０は、ＳＴ基板１３０の前記両端部がフレーム２００の桟部２２０上に固着された状態で、当該フレーム２００のユニット収容部２３０内に収容される。また、プローブ基板１２０の下面上には、図１、図３及び図４に示すように、複数のプローブ１１０が二辺配置されている。また、プローブ基板１２０の下面の長さ方向の両端部には複数の電極１２１が各々真っ直ぐ（Straight）に配列されている。この電極１２１は、プローブ基板１２０の下面上に設けられた配線１２２によりプローブ１１０に各々接続されている。また、電極１２１は、導電ワイヤ１５０（第１の接続部）により、ＳＴ基板１３０の下側電極１３２に接続されている。

各プローブ１１０は、図５に示すように、接続部１１１と、この接続部１１１に連続する略Ｌ字状のビーム部１１２と、ビーム部１１２上に設けられた接触部１１３とを有する。接続部１１１はプローブ基板１２０の配線１２２に接続されている。接触部１１３がチップ１１の電極１１ａに接触する部分である。また、プローブ１１０の高さ寸法とプローブ基板１２０の厚み寸法との和は、フレーム２００の厚み寸法よりも大きい。このため、プローブ基板１２０がフレーム２００のユニット収容部２３０内に収容された状態で、プローブ１１０の接触部１１３がユニット収容部２３０から下方に突出し、チップ１１の電極１１ａに接触可能となっている。

各支柱３００は、図３及び図４に示すように、フレーム２００の桟部２２０上に立設された円柱である。この支柱３００は小径部３１０と、この小径部３１０上に設けられた大径部３２０とを有する。小径部３１０は桟部２２０に設けられた孔部２２１に嵌合する。大径部３２０にはガイド基板４００及びメイン基板６００が間隔を空けて取り付けられる。

ガイド基板４００には、厚み方向に貫通する挿入孔４１０及び取付孔４２０が設けられている。挿入孔４１０にはスプリングピン５００が挿入される。取付孔４２０に支柱３００の大径部３２０が挿入される。ガイド基板４００はメイン基板６００又は補強板７００にネジ止めされる。なお、ガイド基板４００は、ＳＴ基板１３０とメイン基板６００との間でフリーにしておくことも可能である。

メイン基板６００は周知のプリント基板である。このメイン基板６００の下面には、図１（ｂ）に示すように、複数の下側電極６１１が設けられている。また、メイン基板６００の上面には複数の外部電極６１２が設けられている。下側電極６１１と外部電極６１２とは、メイン基板６００の内部又は外面上に設けられた配線により各々接続されている。外部電極６１２はテスターに接続されるため、メイン基板６００の外周に集約されていることが多い。また、メイン基板６００には、厚み方向に貫通する取付孔６２０が設けられている。この取付孔６２０に支柱３００の大径部３２０が挿入される。メイン基板６００は補強板７００にネジ止めされる。

補強板７００は、図１（ｂ）に示すように、支柱３００の大径部３２０にネジ止めされている。すなわち、メイン基板６００は補強板７００を介して支柱３００に取り付けられる。この補強板７００としては、メイン基板１００よりも硬い素材（例えば、ステンレス鋼）で構成された板状体を用いている。この補強板７００によりメイン基板１００の平面度が維持される。

各スプリングピン５００はメイン基板６００とＳＴ基板１３０との間を接続するスプリングプローブである。このスプリングピン５００は、図６に示すように、導電性を有する円筒形のバレル５１０と、バレル５１０の両端から突出する上側、下側プランジャ５２１、５２２と、上側、下側プランジャ５２１、５２２の間に介在するコイルスプリング５３０とを有する。

上側、下側プランジャ５２１、５２２は、断面視略凸字状をなした導電部材である。コイルスプリング５３０は、上側プランジャ５２１を上方に付勢し、メイン基板６００の下側電極６１１に弾性的に接触させる一方、下側プランジャ５２２を下方に付勢し、ＳＴ基板１３０の上側電極１３２に弾性的に接触させる。上側、下側プランジャ５２１、５２２及びバレル５１０を介してメイン基板６００とＳＴ基板１３０とが電気的に接続される。

以下、上述した構成のプローブカードの組み立て手順について図７及び図８を参照しつつ説明する。図７は本発明の実施の形態に係るプローブカードのプローブユニットの取付工程を示す概略的断面図、同プローブカードのガイド基板及びスプリングピンの取付工程を示す概略的断面図である。ここでは、ガイド基板４００及びメイン基板６００は補強板７００にネジ止めされているものとする。

まず、プローブ基板１２０にプローブ１１０をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成する。すなわち、プローブ基板１２０の下面に犠牲層を形成し、マスクを用いて露光、現像することにより前記犠牲層に開口を形成し、当該開口に導電材料を充填することを繰り返すことにより、プローブ１１０の接続部１１１、ビーム部１１２及び接触部１１３が形成される。そして、プローブ１１０が形成されたプローブ基板１２０をＳＴ基板１３０の下面中央部に接着剤等を用いて接着させる。その後、プローブ基板１２０の電極１２１とＳＴ基板１３０の下側電極１３２とを導電ワイヤ１５０により各々接続する。これにより、プローブユニット２００が完成する。

その一方で、フレーム２００の桟部２２０に支柱３００の小径部３１０をネジ止めする。このフレーム２００の桟部２２０を台座２０上に載置する。

その後、図７に示すように、位置調整機構のバキューム３０によりプローブユニット１００のプローブ基板１２０の中央部をバキューム３０で吸着させる。この状態で、バキューム３０を位置調整機構の駆動部により動作させ、プローブユニット１００とフレーム２００とを相対的に接近させる。そして、プローブユニット１００のプローブ基板１２０をフレーム２００のユニット収容部２３０内に挿入させると共に、当該プローブユニット１００のＳＴ基板１３０の長さ方向の両端部をフレーム２００の桟部２２０上に載置させる。

このとき、位置調整機構のＣＣＤカメラ４０によりプローブユニット１００を撮影させる。そして、位置調整機構のコンピュータのメモリに予め記録した位置データと、ＣＣＤカメラ４０の画像データ上のプローブユニット１００に付されたアライメントマークとが一致するようにバキューム３０をＸ、Ｙ及び／又はＺ方向に移動させることにより、プローブユニット１００の位置調整を行う。例えば、前記コンピュータが位置データを読み込み、位置調整機構のモニター上にターゲットを表示させると共に、ＣＣＤカメラ４０の画像データを同モニターに表示させた状態で、作業者が位置調整機構を操作してターゲットとアライメントマークとが一致するようにプローブユニット１００の位置調整を行う。

位置調整が完了すると、ＳＴ基板１３０の前記両端部に紫外線硬化樹脂を塗布し、当該樹脂に紫外線を照射する。これにより、前記樹脂が硬化し（硬化することにより樹脂１４０となる。）、ＳＴ基板１３０の前記両端部がフレーム２００の桟部２２０上に樹脂固定される。以上の手順を繰り返すことにより、全てのプローブユニット２００がフレーム２００に取り付けられる。

その後、図８に示すように、ガイド基板４００の取付孔４２０に支柱３００を各々挿入する。その後、図１（ｂ）に示すように、スプリングピン５００をガイド基板４００の挿入孔４１０に各々挿入する。すると、スプリングピン５００の下側プランジャ５２２がＳＴ基板１３０の上側電極１３１に当接する。

その後、支柱３００をメイン基板６００の取付孔６２０に挿入する。すると、メイン基板６００の下側電極６１１がスプリングピン５００の上側プランジャ５２１に当接する。このとき、スプリングピン５００のコイルスプリング５３０が圧縮される。これにより、下側プランジャ５２２がＳＴ基板１３０の上側電極１３１に、スプリングピン５００の上側プランジャ５２１がメイン基板６００の下側電極６１１に弾性的に接触する。その後、補強板７００を支柱３００の大径部３２０に各々ネジ止めする。そして、補強板７００にメイン基板６００及びガイド基板４００をネジ止めする。

このように組み立てられたプローブカードは、テスターのプローバに取り付けられ、半導体ウエハ１０の全チップ１１の電気的諸特性を一度に測定するのに使用される。具体的には、本プローブカードをフレーム２００のユニット収容部２３０を半導体ウエハ１０のチップ１１上に各々位置するように配置し、この状態で同プローブカードと半導体ウエハ１０とを相対的に接近させる。すると、同プローブカードのプローブユニット１００のプローブ１１０の接触部１１３が、半導体ウエハ１０のチップ１１の電極１１ａに各々接触し、全チップ１１の電気的諸特性を一度に測定される。

以上のようなプローブカードによる場合、プローブユニット１００のＳＴ基板１３０の前記両端部がフレーム２００の桟部２２０上に樹脂１４０で固着されているだけであるので、ＳＴ基板１３０の前記両端部をフレーム２００の桟部２２０上から取り外すだけで、プローブユニット１００をフレーム２００から取り外すことができる。よって、プローブ１１０が破損等した場合、当該プローブ１１０を有するプローブユニット１００毎に簡単に交換することができる。しかも、ＳＴ基板１３０がフレーム２００の桟部２２０に載置された状態で、プローブユニット１００をＸ、Ｙ及び／又はＺ方向に位置調整することができるので、プローブユニット１００の位置精度を向上させることもできる。また、半導体ウエハ１０上のチップ１１に対応するプローブユニット１００は、半導体ウエハ１０上のチップ１１を一括で測定可能な一括型プローブカードよりも、製品の歩留まり率が高い。よって、本プローブカードは、前記一括型プローブカードよりも歩留まり率を向上させることができる。

なお、上述したプローブカードは、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。図９は本発明のプローブカードのフレームの設計変更例を示す概略的平面図、図１０は本発明のプローブカードのプローブユニットの設計変更例を示す概略図であって、同ユニットの端部の概略的拡大正面図、図１１は本発明のプローブカードのプローブユニットの設計変更例を示す概略底面図であって、プローブが四辺配置された状態を示す図である。

上記実施の形態では、フレーム２００は、外枠部２１０に桟部２２０が格子状に懸架された構成であるとしたが、厚み方向に貫通する収容孔が設けられている限り適宜設計変更することが可能である。例えば、図９に示すように、外枠部２１０にストライプ状の桟部２２０’を設けるようにしても良い。この場合、ＳＴ基板１３０の幅方向の端部が桟部２２０’上に載置され固着される。

上記実施の形態では、ユニット収容部２３０が半導体ウエハ１０のチップ１１に対応した位置関係であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ユニット収容部２３０を一つのチップ１１の一領域に対応させ、当該チップ１１の電気的諸特性のみを測定するように設計変更することも可能である。すなわち、本発明のプローブカードは、半導体ウエハ１０の全チップ１１を一度に測定するのに使用されるものに限定されるものではなく、各種の半導体デバイスの電気的諸特性の測定に使用することができる。

ＳＴ基板１３０については、外形がプローブ基板よりも大きく且つプローブ基板よりも硬い板体であって、当該板体の端部がフレームの収容孔の縁部に固着され得る限り任意に設計変更することが可能である。上記実施の形態では、ＳＴ基板１３０の長さ方向の両端部がフレーム２００の桟部２２０に樹脂１４０により固着されるとしたが、樹脂１４０に替えて、ネジや接着材等の周知の固定手段を用いることができる。

上記実施の形態では、プローブ基板１２０の電極１２１とＳＴ基板１３０の下側電極１３２とがワイヤ１５0により接続されているとしたが、これに限定されるものではない。例えば、プローブ基板１２０に設けた配線やスルーホールをＳＴ基板１３０に設けた配線やスルーホールに接続させるようにしても構わない。また、図１０に示すように、ワイヤ１５０を用いて、下側電極１３２とプローブ１１０とを接続することも可能である。

上記実施の形態では、プローブ１１０は、プローブ基板１２０の下面に二辺配置されるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、複数のプローブ１１０’をプローブ基板１２０’の下面上に四辺配置するようにしても構わない。この場合、電極１２１’も同様に四辺配置すれば良い。また、電極１２１はプローブ基板１２０の下面上に真っ直ぐに配列されているとしたが、千鳥状（Staggered）に配列することも可能である。この点は、電極１２１’を四辺配置した場合も同様である。但し、プローブ１１０及び電極１２１をどのように配置する課については任意に設定することが可能である

スプリングピン５００に替えて、針状のプローブやインターポーザーを用いてメイン基板６００の下側電極６１１とＳＴ基板１３０の上側電極１３１とを接続するようにしても良い。また、メイン基板６００とＳＴ基板１３０との間をフレキシブル基板等を用いて接続することも可能である。

なお、上記実施の形態では、プローブカードの各部を構成する素材、形状や寸法等はその一例を説明したものであって、同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。

１００ プローブユニット
１１０ プローブ
１２０ プローブ基板
１２１ 電極
１２２ 配線
１３０ ＳＴ基板１３０（取付板）
１３１ 上側電極（第２の電極）
１３２ 下側電極（第１の電極）
１５０ 導電ワイヤ（第１の接続部）
２００ フレーム
２２０ 桟部（収容孔の周縁部）
２３０ ユニット収容部（収容孔）
３００ 支柱
４００ ガイド基板
５００ スプリングピン（第２の接続部）
６００ メイン基板
６１１ 下側電極
７００ 補強板

Claims (2)

1. 外部電極を有するメイン基板と、
   メイン基板と間隔を空けて配置されたフレームと、
   フレームに固着される複数のプローブユニットとを備えており、
   フレームには、厚み方向に貫通した複数の収容孔が設けられており、
   プローブユニットは、外形がフレームの収容孔内に収容される大きさであるプローブ基板と、
   プローブ基板の上面に取り付けられ、外形がプローブ基板の外形よりも大きい取付板と、
   プローブ基板の下面に配設されたプローブとを有しており、
   プローブ基板の厚み寸法とプローブの高さ寸法との和がフレームの厚み寸法よりも大きくなっており、
   取付板がフレームの収容孔の縁部上に固着されていることを特徴とするプローブカード。
   
2. 請求項１記載のプローブカードにおいて、
   フレームユニットの取付板のフレームへの固着には、樹脂が使われていることを特徴とするプローブカード。

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