JP2023022720A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】電気的特性の測定精度を図ることが可能なプローブカードを提供する。【解決手段】プローブカード１００は、金属導体からなり弾性変形可能であって、先端部１１が端面７２Ａから突出しているプローブピン１０と、プローブピン１０及び検査装置と電気的に接続される電気導体からなる芯体３１及び芯体３１を被覆する絶縁体からなる絶縁被膜３２を有するケーブル３０とを備えている。そして、プローブピン１０の基端部１１と芯体３１の先端部とが直接的に接触している。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体プローブテストに用いるプローブカードに関する。

プローブカードには、ウエハなどの検査対象物に対して、略平行にプローブピン（プローブ針、単にプローブともいう）が配置されるカンチレバー型と、略垂直にプローブピンが配置される垂直型との２種類がある。プローブピンは先端部がプレートから突出しており、カンチレバー型のプローブ針ピン先端部が略Ｌ字状に屈曲又は湾曲しており、垂直型のプローブピンは全体が直線状となっている。なお、スプリング式のプローブピンも垂直型に含まれる。

そして、プローブピンは、その基端側にてコンタクト、はんだ付け部、同軸ピンなどの介在部材を介して、検査装置に接続されるケーブルに接続されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１２６８５号公報

しかしながら、本願発明者は、特に数ＧＨｚなどの高周波数の電気信号をテスト信号として用いる場合、介在部材を介することによりプローブピンを介して得られる電気信号が劣化することがあることを見出した。これは、介在部材の高周波における伝送損失が、プローブピン及ケーブルの芯体よりも劣るからであると考えられる。プローブピンを介して得られる電気信号が劣化すると、検査対象物である半導体ウエハ上のチップなどの電気的特性の測定精度が低下する。

本発明は、以上の点に鑑み、電気的特性の測定精度の向上を図ることが可能なプローブカードを提供することを目的とする。

本発明は、金属導体からなり弾性変形可能であって、先端部が前記端面から突出しているプローブピンと、前記プローブピン及び検査装置と電気的に接続される電気導体からなる芯体及び前記芯体を被覆する絶縁体からなる絶縁被膜を有するケーブルとを備えたプローブカードであって、前記プローブピンの基端部と前記芯体の先端部とが直接的に接触していることを特徴とする。

本発明によれば、プローブピンの基端部とケーブルの芯体の先端部とが直接的に接触している。これにより、特に数ＧＨｚなどの高周波数の電気信号をテスト信号として用いる場合、上記従来のように、プローブピンとケーブルの芯体とがコネクタ、はんだ付け部、同軸ピンなどの高周波における伝送損失が劣る介在部材を介して接続されている場合と比較して、プローブピンを介して得られる電気信号の劣化を抑制することができ、検査対象物である半導体ウエハ上のチップなどの電気的特性の測定精度の向上を図ることが可能となる。

本発明において、前記ケーブルは、先端側にて前記芯体の先端面が露出し、当該露出した前記芯体の先端面が研磨されているとともに、弾性変形により湾曲された前記プローブピンの基端側の突起部の先端が前記先端面に当接していることが好ましい。

この場合、ケーブルの芯体の研磨した先端面にプローブピンの基端側の突起部の先端が当接している。また、プローブピンは弾性変形により湾曲されているので、プローブピンの先端が芯体を押し付ける方向にプローブピンの元の形状に戻ろうとする復元力の一部が常に作用する。これらのため、プローブピンと芯体との当接の確実化を図ることが可能となる。

また、本発明において、前記ケーブルの基端側にて前記絶縁被膜から露出している前記芯体と前記プローブピンの基端部とが直接的に接触し、かつ、はんだ付けにより互いに固定されていることが好ましい。

この場合、ケーブルの芯体とプローブピンとがはんだ付けにより互いに固定されているので、プローブピンと芯体とが直接的に接触することを確実に維持することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るプローブカードを示す模式図。 図１のII部を示す拡大図。 本発明の第２の実施形態に係るプローブカードを示す模式図。

本発明の第１の実施形態に係るプローブカード１００について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１及び図２は本実施形態を模式的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。

プローブカード１００は、シリコンウエハなどの半導体基板に半導体チップ、半導体素子などの半導体部品が形成されている検査対象物に形成された回路を検査するための検査装置の検査治具を構成する。プローブカード１００は、検査対象物の所定範囲の領域内の各検査点に対応するように、多数のプローブピン１０を支持している。

検査領域内の各検査点にプローブピン１０を接触させて検査領域内の検査点の検査を行う。その後、検査対象物を支持する検査台を移動させて検査領域を移動し、検査を行う。このように、検査領域を順次移動させながら検査を行うことにより、検査対象物全体の検査を行う。具体的には、半導体基板の半導体部品に対してプローブピン１０の先端部１１を押し付けた状態で、数ＧＨｚなどの高周波数の電気信号からなるテスト信号を、図示しない検査装置から検査対象物に供給する。そして、プローブピン１０を介して得られる電気信号に基づいて、検査対象物である半導体ウエハ上のチップなどの電気的特性を上記検査装置が測定する。

プローブカード１００は、複数のプローブピン１０、各プローブピン１０に接続されるケーブル３０、及び、各ケーブル３０に接続されるコネクタ５０などを備えている。なお、図１においては、２本のプローブピン１０並びにこれらに対応する構成部品のみを模式的に示している。

各プローブピン１０は、プローブ針、又は、単にプローブとも呼ばれ、弾性変形可能な金属導体からなる。プローブピン１０は、全体として直線状の細長い棒状体となっており、検査対象物に対しい略垂直に配置される垂直型である。プローブピン１０は、一般的にレニウムタングステン、パラジウム合金、べリリウム鋼など使用するが、その他に各種金属及び合金の素材からなっている。

プローブピン１０は、具体的には、直径３０μｍから５０μｍ、全長５ｍｍから１５ｍｍの円柱状からなり、その先端部１１（図１における下側端部）及び基端部１２（図１における下側端部）は、先端が半円球、半楕円状、円錐状、円錐台状などの形状となるように丸みを帯びている。なお、プローブピン１０は、複数本の線状体が撚り合わさった撚り線などからなるものであってもよい。また、上述したプローブピン１０の寸法及び形状などは一例であり、これに限定されない。

なお、プローブピン１０は、両端部１１，１２以外の部分は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂などの絶縁性樹脂からなる絶縁被膜１３より外周面が被覆されている。

複数のプローブピン１０は、ピンユニット部７０に支持されている。ピンユニット部７０は、複数のプローブピン１０の基端部１２側が固定される基端側プレート７１、複数のプローブピン１０の先端部１１が先端側に向かって突出する先端側プレート７２、及び、基端側プレート７１と先端側プレート７２とを連結する連結部７３を備えている。

基端側プレート７１は、例えばセラミックやエンジニアリングプラスチック樹脂からなる、複数枚、ここでは３枚のプレート７１Ａ～７１Ｃから構成されている。これら複数のプレート７１Ａ～７１Ｃには、プローブピン１０の基端側がそれぞれ挿通することが可能な貫通孔７１ａ～７１ｃが形成されている。貫通孔７１ａ～７１ｃの断面の直径は、絶縁被膜１３を含めたプローブピン１０の直径の１．１倍から１．２倍であることが好ましい。なお、貫通孔７１ａ～７１ｃの断面の形状は、円形状に限定されず、楕円状、多角形状などであってもよい。

そして、３枚のプレート７１Ａ～７１Ｃは、同一のプローブピン１０の基端側が挿通される貫通孔７１ａ～７１ｃが水平方向に少しずつずれるように、垂直方向に積み重ねられた状態で、図示しないボルトなどの固定具を用いて固定されている。

図１及び図２においては、貫通孔７１ａ～７１ｃは上から下の方向に右方に向かって連続するように位置している。貫通孔７１ａ～７１ｃは、このように一の方向に向かって連続的にずれるものであっても、異なる方向、例えば、右方向、左方向、右方向の順に、あるいは右方向、手前方向、左方向の順などの任意の順にずれるものであってもよい。

これら貫通孔７１ａ～７１ｃをプローブピン１０の基端側が挿通することにより、貫通孔７１ａ～７１ｃのずれに沿ってプローブピン１０の基端側が弾性変形して湾曲する。このとき、プローブピン１０の外周面を被覆する絶縁被膜１３，２３が貫通孔７１ａ～７１ｃの角部と接触して角部が食い込むように弾性変形又は塑性変形する。この変形により、プローブピン１０はずれ落ちずに基端側プレート７１に支持される。

また、プローブピン１０は、それらの基端部１２の先端が、基端側プレート７１の基端側面（図１における上面）から突出している。プローブピン１０は、これらの外周面を被覆する絶縁被膜１３により、基端側プレート７１とは絶縁されている。

先端側プレート７２は、例えばセラミックやエンジニアリングプラスチックからなり、複数のプローブピン１０の基端部１１側が挿通するように、これらに対応した複数の貫通孔７２ａが形成されている。各プローブピン１０は、それらの先端部１１の先端が、先端側プレート７２の先端側面７２Ａ（図１における下面）から突出している。先端側プレート７２が本発明の部材に相当し、先端側プレート７２の先端側面７２Ａが本発明の先端側の端面に相当する。なお、貫通孔７２ａの断面の形状は、円形状に限定されず、楕円状、多角形状などであってもよい。

プローブピン１０は、絶縁被膜１３により、基端側プレート７１及び先端側プレート７２とは絶縁されている。なお、基端側プレート７１及び先端側プレート７２が絶縁体からなることにより、絶縁されていてもよい。

連結部７３は、例えばＳＵＳなどの金属からなり、基端側プレート７１と先端側プレート７２とを固定的に連結している。

各プローブピン１０は、上述したように、これらの基端側が基端側プレート７１にて支持され、先端部１１側が基端側プレート７２の貫通孔７２ａを挿通している。そして、プローブピン１０は、その先端部１１の先端が検査対象物に略垂直方向に接触すると、弾性変形して湾曲するとともに、元の形状である直線状に戻ろうとする復元力の一部が基端側を上方に移動させるように作用する。

各ケーブル３０は、プローブピン１０と電気的に接続される芯体３１、及び芯体３１を被覆する絶縁体からなる絶縁被膜３２を有している。ケーブル３０は、従来、信号の通信などの行う際に使用される市販のケーブルなどであり、芯体３１は、中実の導体金属からなることが好ましい。

各コネクタ５０は、ケーブル３０の芯体３１と電気的に接続されている。そして、各コネクタ５０には、図示しないが、検査装置に接続されているケーブルの先端のコネクタが接続される。コネクタ５０は、従来、信号の通信などの行う際に使用される市販のコネクタなどである。

そして、複数のケーブル３０、及びコネクタ５０は、電極ユニット部８０に配置されている。電極ユニット部８０は、複数のコネクタ５０が固定されているコネクタプレート８１、複数のケーブル３０の先端部が固定されている電極プレート８２、及び、コネクタプレート８１と電極プレート８２とを連結する連結部８３を備えている。

コネクタプレート８１は、例えば金属やガラスエポキシ樹脂からなり、複数のコネクタ５０が固定されている。なお、これらコネクタ５０にはケーブル３０の芯体３１が電気的に接続されている。

電極プレート８２は、例えば金属やガラスエポキシ樹脂からなり、複数のケーブル３０の先端部が固定されている。各ケーブル３０は、それらの先端が、電極プレート８２の先端側面（図１における下面）から突出するように電極プレート８２に固定されている。

ケーブル３０の芯体３１は、絶縁被膜３２により、電極プレート８２とは絶縁されている。

ここで、各ケーブル３０の先端側にて芯体３１の先端面が露出し、この露出した芯体３１の後端面がフライス加工などにより研磨されている。具体的は、各ケーブル３０の先端部において、これらの中心軸と直交するように切断し、その円形状の切断面において露出する芯体の部分をフライス加工などにより研磨している。

連結部８３は、例えばＳＵＳなどの金属からなり、コネクタプレート８１と電極プレート８２とを固定的に連結している。

各ケーブル３０は、上述したように、これらの基端部側がそれぞれコネクタプレート８１に固定されたコネクタ５０に接続され、先端部側は研磨された芯体３１が電極プレート８２から突出して露出している。

そして、ピンユニット部７０と電極ユニット部８０とは着脱自在に構成されている。具体的には、ピンユニット部７０の基端側プレート７１と電極ユニット部８０の電極プレート８２とがガイドピンやボルトを用いた構成により、着脱自在に構成されている。

そして、ピンユニット部７０と電極ユニット部８０とが組み付けられることにより、各プローブピン１０の基端部１２の先端と、これに対応するケーブル３０の露出した芯体３１の研磨面が当接するように構成されている。

これにより、ピンユニット部７０と電極ユニット部８０とを組み付けるだけで、各プローブピン１０とこれに対応するケーブル３０との電気的接続を得ることが可能となる。そして、これらの電気的接続は、水平面上に延びる芯体３１の研磨面に対して、プローブピン１０の基端部１２を押し付けるように構成されている。また、プローブピン１０は常に湾曲された状態であるので、これらの先端が芯体３１を押し付ける方向にプローブピン１０の元の形状である直線状に戻ろうとする復元力の一部が常に作用する。これらにより、上記の電気的接続を確実に維持することが可能である。

上述したように、各プローブピン１０とこれに対応するケーブル３０は直接的に接触している。これにより、特に数ＧＨｚなどの高周波数の電気信号をテスト信号として用いる場合、上記従来のように、これらがコネクタ、はんだ付け部、同軸ピンなどの高周波における伝送損失が劣る介在部材を介して接続されている場合と比較して、プローブピン１０を介して得られる電気信号の劣化を抑制することができ、検査対象物である半導体ウエハ上のチップなどの電気的特性の測定精度の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の第２の実施形態に係るプローブカード２００について図３を参照して説明する。なお、図３は本実施形態を模式的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。

プローブカード２００は、複数のプローブピン１１０、各プローブピン１１０に対応するケーブル１３０、及び、各ケーブル１３０に対応するコネクタ１５０などを備えている。なお、図３においては、１本のプローブピン１１０及びこれに対応する構成部品のみを模式的に示している。

各プローブピン１１０は、先端部１１１（図３における左側端部）が略直角に屈曲又は湾曲して細長いＬ状の棒状体となっており、検査対象物に対しい略平行に配置されるカンチレバー型である。

プローブピン１１０は、先端部１１１は先端が丸みを帯びているが、基端部１１２（図３における右側端部）は、先端が丸みを帯びていても、丸みを帯びていなくてもよい。

そして、複数のプローブピン１１０、ケーブル１３０、及び、コネクタ１５０はユニット部１７０に配置されている。

各ケーブル１３０は、プローブピン１１０と電気的に接続される芯体１３１、及び芯体１３１を被覆する絶縁体からなる絶縁被膜１３２を有している。ケーブル１３０は、従来、信号の通信などの行う際に使用される市販のケーブルなどであり、芯体１３１は、中実の導体金属からなることが好ましいが、多数の導線などからなるものであってもよい。

ユニット部１７０は、コネクタ１５０が固定されているコネクタプレート１７１、コネクタプレート１７１の周縁部に固定された固定プレート１７２、及び、ケーブル１３０の先端側を固定プレート１７２に固定する熱硬化した樹脂からなる樹脂硬化部１８１を備えている。

コネクタプレート１７１は、例えば金属やガラスエポキシ樹脂からなり、コネクタ１５０が、熱硬化樹脂やボルトなどを用いて固定されている。なお、コネクタ１５０にはケーブル１３０の芯体１３１が電気的に接続されている。

固定プレート１７２は、例えば金属やセラミックからなり、コネクタプレート１７１の周縁部の下面に熱硬化樹脂、接着剤やボルトなどを用いて固定されている。

樹脂硬化部１８１は、ケーブル１３０の先端側を固定プレート１７２に固定するために塗布した樹脂接着剤が固化してなるものである。

そして、ケーブル１３０の先端側にて絶縁被膜１３２から露出している芯体１３１とプローブピン１１０の基端部１１２とが直接的に接触し、かつ、はんだ付け１９１により互いに固定されている。なお、ケーブル１３０の先端部にプローブピン１１０をはんだ付け１９１により固定した後に、ケーブル１３０の芯体１３１の基端部をコネクタ１５０に固定し、ケーブル１３０の先端部を、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより固定プレート１７２に固定することが好ましい。

これにより、各プローブピン１１０とこれに対応するケーブル１３０の芯体１３１とは常に直接的に接触している。これにより、特に数ＧＨｚなどの高周波数の電気信号をテスト信号として用いる場合、上記従来のように、これらがコネクタ、はんだ付け部、同軸ピンなどの高周波における伝送損失が劣る介在部材を介して接続されている場合と比較して、プローブピン１１０を介して得られる電気信号の劣化を抑制することができ、検査対象物である半導体ウエハ上のチップなどの電気的特性の測定精度の向上を図ることが可能となる。

ケーブル１３０は、上述したように、その基端側がコネクトプレート１７１に固定されたコネクタ１５０に固定され、先端側が固定プレート１７２に樹脂硬化部１８１により固定されており両端部が固定されている。そして、ケーブル１３０の先端側の樹脂硬化部１８１により固定されている部分よりも先端側にて、プローブピン１１０の後端部がはんだ付け部１９１により固定されている。

これにより、ケーブル１３０は固定された状態でプローブピン１１０は片持ち状に支持される。そのため、プローブピン１１０は、カンチレバー状に支持され、検査対象物に先端部１１１の先端が接触することにより、自由に弾性変形して湾曲することが可能となっている。

プローブピン１１０は、上述したように、その基端側がケーブル１３０の芯体１３１にはんだ付け１９１により固定されているので、先端部１１１の先端が検査対象物に接触して湾曲しても、先端部１１１と芯体１３１とが直接的に接触することを確実に維持することが可能となる。

なお、本発明は、上述したプローブカード１００，２００に限定されるものではなく、半導体プローブテストで使用される構造に適用されるものであれば、適宜変更することが可能である。また、上述した寸法及び形状などは、一例であり、適宜変更可能である。

１０，１１０…プローブピン、 １１，１１１…先端部、 １２，１１２…基端部、 １３…絶縁被膜、 ３０，１３０…ケーブル、 ３１，１３１…芯体、 ３２，１３２…絶縁被膜、 ５０，１５０…コネクタ、 ７０…ピンユニット部、 ７１…基端側プレート、 ７１Ａ～７１Ｃ…プレート、 ７１ａ～７１ｃ…貫通孔、 ７２…先端側プレート（部材）、 ７２Ａ…先端側面（先端側の端面）、 ７２ａ…貫通孔、 ７３…連結部、 ８０…電極ユニット部、 ８１…コネクタプレート、 ８２…電極プレート、 ８３…連結部、 １００，２００…プローブカード、 １７０…ユニット、 １７１…コネクタプレート、 １７２…固定プレート、 １８１…樹脂硬化部、 １９１…はんだ付け部。

本発明において、前記ケーブルは、先端側にて前記芯体の先端面が露出し、当該露出した前記芯体の先端面が研磨されているとともに、弾性変形により湾曲された前記プローブピンの基端側の突起部の先端が前記芯体の先端面に当接している。

これにより、ケーブルの芯体の研磨した先端面にプローブピンの基端側の突起部の先端が当接している。また、プローブピンは弾性変形により湾曲されているので、プローブピンの先端が芯体を押し付ける方向にプローブピンの元の形状に戻ろうとする復元力の一部が常に作用する。これらのため、プローブピンと芯体との当接の確実化を図ることが可能となる。

また、参考として、前記ケーブルの基端側にて前記絶縁被膜から露出している前記芯体と前記プローブピンの基端部とが直接的に接触し、かつ、はんだ付けにより互いに固定されていることが好ましい。

本発明の第１の実施形態に係るプローブカードを示す模式図。 図１のII部を示す拡大図。 本発明の参考の実施形態に係るプローブカードを示す模式図。

以下、本発明の参考の実施形態に係るプローブカード２００について図３を参照して説明する。なお、図３は本実施形態を模式的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。

なお、本発明は、上述したプローブカード１００に限定されるものではなく、半導体プローブテストで使用される構造に適用されるものであれば、適宜変更することが可能である。また、上述した寸法及び形状などは、一例であり、適宜変更可能である。

Claims (3)

1. 金属導体からなり弾性変形可能であって、先端部が前記端面から突出しているプローブピンと、前記プローブピン及び検査装置と電気的に接続される電気導体からなる芯体及び前記芯体を被覆する絶縁体からなる絶縁被膜を有するケーブルとを備えたプローブカードであって、
   前記プローブピンの基端部と前記芯体の先端部とが直接的に接触していることを特徴とするプローブカード。
2. 前記ケーブルは、先端側にて前記芯体の先端面が露出し、当該露出した前記芯体の先端面が研磨されているとともに、弾性変形により湾曲された前記プローブピンの基端側の突起部の先端が前記先端面に当接し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. 前記ケーブルの基端側にて前記絶縁被膜から露出している前記芯体と前記プローブピンの基端部とが直接的に接触し、かつ、はんだ付けにより互いに固定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。

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