JP4010588B2 - 検査用ヘッド - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハに形成された複数の集積回路の電気的特性試験に用いる検査用ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
図7および図8に示すように、一般に、半導体ウエーハ10には、多数の集積回路12がマトリクス状に形成される。各集積回路は、四角形の形状を有しており、また四角形の各辺に対応する各縁部に複数の電極部すなわち電極パッド14を有する。マトリクスの各行および各列を形成する集積回路12は、一列に整列されている。
【0003】
この種の集積回路は、回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験(電気的特性試験)をされる。この種の試験すなわち検査は、一般に、プローブカード、プローブボート等と称されている試験用ヘッドすなわち検査用ヘッドを用いて行われる。
【0004】
この種の通電試験において、集積回路を1つずつ検査するのでは、1つのウエーハ上の全ての集積回路の検査に長時間を必要とする。このため、この種の通電試験においては、複数の集積回路を同時に検査することが望まれている。
【0005】
特開平1−201166号公報には、マトリクスの行または列の方向に一列に連続する複数の集積回路を同時に検査するための2種類の検査用ヘッドが開示されている。一方のヘッドは、長方形の開口を中央に有する板状部材に複数のプローブを取り付けている。これに対し、他方のヘッドは、長方形の開口を中央に有する2つの板状部材に複数のプローブを取り付け、両板状部材のプローブが交差するように両板状部材を重ねている。
【0006】
一方のヘッドにおいては、開口の長手方向の縁部に配置されたプローブを検査すべき集積回路の配列方向のパッドに接触させ、開口の幅方向の縁部に配置されたプローブを集積回路の配列方向と直角方向のパッドに接触させる。しかし、このようなヘッドでは、複数の集積回路用の多数のプローブを開口の長手方向の縁部に配置しなければならないから、開口の長手方向の縁部に配置するプローブ数が多くなりすぎ、その結果各プローブを配線部に正しく接続することが難しく、プローブと配線部との接続を間違えることが多い。
【0007】
これに対し、他方のヘッドにおいては、一方の板状部材にその開口の長手方向の縁部に配置されたプローブを検査すべき集積回路の配列方向のパッドに接触させ、他方の板状部材にその開口の長手方向の縁部に配置されたプローブを集積回路の配列方向と直角方向のパッドに接触させる。しかし、このようなプローブでは、両板状部材のプローブが交差するから、両板状部材のプローブが接触しないように、プローブを板状部材に配置すること、および、両板状部材を組み合わせることが難しい。
【0008】
【解決しようとする課題】
本発明の目的は、プローブが互いに接触することを防止するとともに、配線部へのプローブの接続作業およびヘッドの製作を容易にすることにある。
【0009】
【解決手段、作用、効果】
本発明の検査用ヘッドは、長方形状の開口を中央に有する基板と、前記開口の縁部に沿って伸びる第1の針止め部を有しかつ前記基板に取り付けられた針押えと、前記開口の幅方向へ伸びる第2の針止め部を有する板状の1以上の支持体と、前記第1の針止め部に配置された複数の第1のプローブと、前記第2の針止め部に配置された複数の第2のプローブとを含む。前記支持体は、その厚さ方向を前記開口の長手方向とした状態に前記基板に取り付けられている。
【0010】
一回で検査すべき集積回路の数に比例した数の支持体が設けられる。このため、複数の支持体を設ける場合、支持体は開口の長手方向に間隔をおいて基板に取り付けられる。第1のプローブは、基板の開口を形成する縁部に対応する部位に配置されたパッドに接触される。これに対し、第2のプローブは、一回で検査すべき複数の集積回路の境界部にあって集積回路の隣り合う辺に対応する部位に配置されたパッドに接触される。
【0011】
検査用ヘッドは、針押えへの第1のプローブの装着と、支持体への第2のプローブの装着とを別々に行った後、支持体を基板に組み付けることにより、製作することができる。したがって、ヘッドの製作が容易になる。第1のプローブは、一回で検査すべき集積回路が基板の開口の長手方向に順次存在するから、共通の配線手段に接続してもよいし、開口の長手方向の複数の群に分けて群毎に同じ配線手段に接続してもよい。第2のプローブは、それらが一層に配置されているときは同じ配線手段に、また多層に配置されているときは層毎に同じ配線手段に接続することができる。したがって、配線作業が容易になり、配線誤りを生じるおそれがない。
【0012】
本発明によれば、複数のプローブが配置された支持体をその厚さ方向が開口の長手方向となるように基板に設けて、第2のプローブを一回で検査すべき複数の集積回路の境界部にあって集積回路の隣り合う辺に対応する部位に配置されたパッドに接触させるようにしたから、プローブを交差させる必要がないし、プローブが互いに接触するおそれがなく、しかも、配線部へのプローブの接続作業およびヘッドの製作を容易になる。
【0013】
さらに、本発明では、前記第2のプローブが、前記開口の長手方向における針先の位置が異なる複数のプローブ群に分けられる。このようにすれば、配線手段をプローブ群毎に設けることができる。
【0014】
前記第2のプローブは、多層に配置され、また層毎に配線手段に接続される。各配線手段は、前記第2のプローブのための可撓性を有する帯状の1以上のケーブルと、導電性を有する筒状の複数の接続部材とを備え、各ケーブルは、互いに平行に伸びる複数の第1の導体部と、各第1の導体部の周りを覆う第1の電気絶縁体層と、各第1の電気絶縁体層の周りを覆う第2の導体部と、該第2の導体部を一体的に結合すべく前記第2の導体部を覆う第2の電気絶縁体層とを有する。また各接続部材は、その一端部において前記第2のプローブの後端部と嵌合し、他端部において前記第1の導体部に嵌合する
【0015】
さらに、本発明は、前記第2のプローブの隣り合うプローブ群の間に配置された1以上のシート状部材を含み、該シート状部材は、前記第2の導電体に接続された導電体層と、該導電体層の両側に形成された一対の電気絶縁体層とを有し、また支持体の下端部に対応する部位に前記シート状部材の厚さ方向へ貫通する穴を有し、該穴を貫通する接着剤により多層に配置された前記第2のプローブと共に前記支持体の下端部に接着されている。
【0016】
各第2のプローブは、前記第2の針止め部に支持された主体部と、該主体部の先端部において前記主体部に対し前記基板と反対の側へ曲げられた針先部と、前記主体部に対し前記針先部と反対の側に曲げられた後端部とを有することができる。このようにすれば、配線手段を基板と垂直に配置することができるから、配線手段がパッドと針先との位置関係の確認の妨げにならない。
【0017】
好ましい実施例では、さらに、前記第2のプローブのための可撓性を有する帯状の1以上のケーブルと、導電性を有する筒状の複数の接続部材とを備える配線手段を含み、前記ケーブルは、互いに平行に伸びる複数の第1の導体部と、各第1の導体部の周りを覆う第1の電気絶縁体層と、各第1の電気絶縁体層の周りを覆う第2の導体部と、該第2の導体部を一体的に結合すべく前記第2の導体部を覆う第2の電気絶縁体層とを有し、各接続部材は、その一端部において前記第2のプローブの後端部と嵌合されており、また他端部において前記第1の導体部に嵌合されている。このようにすれば、通常のフラットケーブルを用いる場合に比べ、プローブと第1の導体部とを容易にかつ確実に接続することができるのみならず、第1の導体部への雑音の混入を第2の導体部により防止することができる。
【0018】
前記プローブは、接着剤により対応する針止め部に取り付けることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1〜図5を参照するに、検査用ヘッド20は、プローブカード、プローブボート等と称されている検査用ヘッドであり、図7および図8に示すようにウエーハ10に形成された矩形の集積回路12のうち、一列に連続する複数(図示の例では、4つ)の集積回路の電気的特性試験に用いられる。各集積回路12は、四角形の形状を有しており、また四角形の各辺に対応する各縁部に複数の電極すなわちパッド14を有する。マトリクスの各行および各列を形成する集積回路12は、一列に整列されている。
【0020】
検査用ヘッド20は、円板状の基板22と、基板22に組み付けられた針押え24と、基板22に間隔をおいて互いに平行に配置された平板状の複数(図示の例では、3つ)の支持体26と、針押え24に片持ち梁状に支持された複数の第1のプローブ28と、支持板26に片持ち梁状に支持された複数の第2のプローブ30と、可撓性を有する複数のケーブル32とを含む。
【0021】
基板22は、セラミック、合成樹脂のような電気的絶縁材料を用いて製作することができる。基板22は、被検査体を目視可能の開口34を中心部に有するとともに、針押え24を受け入れる下向きの段部すなわち切欠部36を開口34の周りに有する。
【0022】
開口34および切欠部36は、一回で検査すべき複数の集積回路の配置状態の平面形状に類似した長方形の形状を有する。開口34は、基板22を厚さ方向に貫通する貫通穴である。切欠部36は、基板22の下面と開口34を形成する内側面とに形成されており、また針押え24とほぼ同じ大きさを有する。
【0023】
基板22は、周方向に間隔をおいて切欠部36の周りを半径方向へ伸びる複数の配線(図示せず)を上下の両面に有する配線基板である。各配線は、印刷配線技術により基板22に形成された配線パターンの一部である。しかし、配線パターンを形成したフィルム状の部材を基板の上下の両面に接着等により配置することにより、複数の配線を基板22に形成してもよい。上下面の配線は、互いに電気的に接続されている。
【0024】
基板22は、通電用および信号処理用の電気回路に接続される複数の端子部すなわちランド38を上面の周縁部に有するとともに、ケーブル32を接続する複数のコネクタ40とを上面の中間部に有する。各ランド38は、基板22の配線に接続されている。各コネクタ40は、複数の端子部から形成されており、各端子部は基板22の配線によりランド38に接続されている。
【0025】
基板22は、電気絶縁性のフィルム状板材に印刷配線技術により形成された1または2以上の配線パターンを厚さ方向の中間部に有する多層構造のものであってもよい。各ランド38は、図示の例では、一重に形成されているが、プローブ28,30の数および配線数に応じて多重に形成してもよい。
【0026】
針押え24は、セラミックのような電気的絶縁材料で開口34と相似の長方形の枠の形に製作されており、また複数の第1のプローブ28を長方形の各辺に対応する部位に支持している。針押え24の内側の開口は、基板22の開口34とほぼ同じ大きさの長方形の形状を有する。針押え24の下端部(特に、下端面)は、第1のプローブ28を取り付ける針止め部であり、また開口34を形成する縁部に沿って伸びるとともに基板22の下面より下方へ突出している。
【0027】
針押え24は、図示の例では、基板22の切欠部36に接着剤により取り付けられている。しかし、針押え24を複数のねじ部材により基板22に取り外し可能に装着してもよい。また、針押え24を基板22に直接的に組み付ける代わりに、針押え24を基板22に、補強板、取付板等の適宜な手段を介して、間接的に組み付けてもよい。さらに、基板22の一部を針押え24として利用してもよい。
【0028】
各支持体26は、セラミックのような電気的な絶縁材料で形成されており、また長方形の主体部と、該主体部の上部両端から互いに反対方向へ突出する取付部とを有する。支持体26は、開口34の長手方向に間隔をおいて、基板22と直角にかつ互いに平行に伸びている。図示の例では、各支持体26は、厚さ方向が開口34の長手方向となるように、取付部においてねじ部材42により基板22に取り外し可能に取り付けられている。しかし、各支持体26を基板22に接着してもよい。
【0029】
各支持体26の下端部(特に、下端面)は、第2のプローブ30を取り付ける細長い針止め部であり、また開口34内に位置している。図4に示すように、各支持体26は、アースに接続される導電体層44を一方の面に有する。
【0030】
各第1のプローブ28は、円形断面の導電性金属細線から形成されており、また、同じ直径寸法の針主体部と、この針主体部の先端側に続きかつ針主体部に対し基板22の側と反対の側(下方)へ曲げた針先部と、針主体部の後端側に続く針後部とを有する。針主体部の先端側の部位から針先までは、先端ほど細いテーパとされている。
【0031】
第1のプローブ28は、針押え24および開口34により形成される長方形の辺に対応する部位を対応する辺に沿う方向へ間隔をおいて針押え24の幅方向へ伸びており、また針主体部において電気絶縁性の接着剤のような適宜な装着手段により針押え24の下側に取り付けられている。長方形の同じ辺に対応する部位に配置された第1のプローブ28の針先は、共通の仮想線上に位置している。各第1のプローブ28の後端部は、基板22に形成された配線に半田のような適宜な手段により接続されている。
【0032】
図4に示すように、各第2のプローブ30は、円形断面の導電性金属細線から形成されており、また、同じ直径寸法の針主体部30aと、この針主体部30aの先端側に続きかつ針主体部30aに対し基板22と反対の側(下方)へ曲げられた針先部30bと、針主体部30aの後端側に続きかつ針先部30bの側と反対の側(上方)に曲げられた針後部30cとを有する。針主体部30aの先端側の部位から針先までは、先端ほど細いテーパとされている。各第2のプローブ30の針後部30cの後端は、小径とされている。
【0033】
第2のプローブ30は、支持体26の下端部の長手方向へ間隔をおいた位置を支持体26の厚さ方向へ伸びており、また針主体部30aにおいて電気絶縁性の接着剤のような適宜な装着手段46により支持体26の下端部に取り付けられている。第2のプローブ30は、多層(図示の例では、2層)に配置されている。隣り合う層のプローブ群の、上下方向における主体部30aの位置、ならびに、支持体26の厚さ方向(開口34の長手方向)における針先部30bおよび後端部30cの位置は、互いに異なる。
【0034】
各支持体26は、プローブ群の針先が開口34の長手方向に間隔をおき、支持体26の下端部が開口34の幅方向へ伸びるように、一回で検査すべき集積回路の配列ピッチとほぼ同じピッチで基板22に装着されている。ケーブル32は、、第2のプローブ30のプローブ群毎に設けられている。
【0035】
図4および図5に示すように、各ケーブル32は、互いに平行に伸びる複数の第1の導体部50と、各第1の導体部50の周りを覆う第1の電気絶縁体層52と、各第1の電気絶縁体層52の周りを覆う第2の導体部54と、第2の導体部54を一体的に結合すべく第2の導体部54を覆う第2の電気絶縁体層56とにより、同軸フラットケーブルに形成されている。
【0036】
第1の導体部50は、銅のような導電性材料からなる円形断面の線材により形成されている。第2の導体部54は、第1の導体部50の線材よりさらに細い導電性線材により網状の袋に形成されている。第1および第2の電気絶縁体層52および56は、ポリイミドのような電気絶縁性の樹脂により形成されている。
【0037】
各第1の導体部50は、その一端部においてコネクタ40(図1参照)に嵌合されるコネクタ58(図3参照)の端子部に固定されてその端子部に電気的に接続されており、他端部において接続部材58に嵌合されている。第2の導体部54は、支持体26の導電体層44に電気的に接続されている。
【0038】
各接続部材58は、銅のような導電性材料により筒状のカラーの形に形成されており、また他端部において第2のプローブ30の小径の後端に嵌合されている。各接続部材58は、たとえば、一端部を予め第1の導体部50に嵌合させるとともにかしめ付けておき、第2のプローブ30を支持体26に組み付ける前または支持体26に組み付けた後に他端部を第2のプローブ30に嵌合させるとともに半田付けすることにより、第1の導体部50と第2のプローブ30とに電気的に接続することができる。
【0039】
検査用ヘッド20は、針押え24ひいては基板22への第1のプローブ28の装着と、支持体26への第2のプローブ30の装着とを別々に行った後、支持体26を基板22に組み付けることにより、製作することができる。したがって、ヘッドの製作が容易になる。
【0040】
検査用ヘッド20は、第1および第2のプローブ28および30の針先が検査すべき集積回路12の側となりかつ開口34の長手方向が一回で検査すべき複数の集積回路12の配列方向となるように、検査装置に組み付けられる。このため、検査用ヘッド20は、これを組み付ける検査装置の種類により、プローブ28,30が、下側、上側、横側、前側および後側のいずれかの側となるとともに、基板22が、水平、垂直および斜めのいずれかの状態となるように検査装置に組み付けられる。
【0041】
検査時、プローブ28,30の針先は、検査用ヘッド20とウエーハ10とが両者を相対的に移動されることにより、わずかに過剰に集積回路12のパッド14に押圧される。
【0042】
これにより、針押え24により基板に組み付けられた第1のプローブ28は開口34を形成する縁部に対応する部位に配置されたパッド14に接触され、支持持体26により基板22に組み付けられた第2のプローブ30は、図4に示すように、一回で検査すべき複数の集積回路12の境界部にあって一連の集積回路12の隣り合う辺に対応する部位に配置されたパッド14に接触される。
【0043】
換言すれば、第1のプローブ28のうち、開口34の幅方向の縁部に配置されたプローブ28は開口34の幅方向の縁部に対応する部位に配置されたパッド14に接触され、開口34の長手方向の縁部に配置されたプローブ28は開口34の長手方向の縁部に対応する部位に配置されたパッド14に接触される。これに対し、第2のプローブ30は、開口34の長手方向中間部に対応する部位にあって開口34の幅方向に配置されたパッドに接触される。
【0044】
プローブ28,30は、過剰に押圧されると、オーバードライブ作用により弓状に反る。これにより、プローブ28,30の針先と集積回路12のパッド14との間に、所定の針圧が作用するとともに、所定量の滑りが生じる。その結果、パッド14に形成されている酸化膜が削り取られ、プローブ28,30の針先と集積回路12のパッド14とが電気的に接続される。
【0045】
第1のプローブ28は、一回で検査すべき集積回路12が開口34の長手方向に順次存在するから、開口34の長手方向の複数の群に分けて群毎に、基板22の配線群に接続してもよい。第2のプローブ30は、それらが多層に配置されているから、層毎に同じケーブル32の第1の導体部50に接続することができる。このため検査用ヘッド20によれば、配線作業が容易になり、配線誤りを生じるおそれがない。
【0046】
第1のプローブ28を多層に配置してもよい。また、第2のプローブ30を単層に配置してもよいし、第2のプローブ30を、それらの針主体部30aおよび針先部30bが単層となり、針後部30cが開口34の長手方向に複数層となるように、配置してもよい。さらに、針主体部30a、針先部30bおよび針後部30cが異なる層数となるように、第2のプローブ30を配置してもよい。この場合、針後部30cが針主体部30aおよび針先部30bより多層となるように、第2のプローブ30を配置することが好ましい。
【0047】
図6に示す検査用ヘッド60は、さらに、支持体26に配置された第2のプローブ30の群のうち、隣り合うプローブ群の間に配置されたシート状部材62を含む。シート状部材62は、導電性の金属ホイルのような導電体層64をポリイミドのような電気絶縁材料からなる2つの電気絶縁体層66によりサンドウィッチ状に積層しており、また、第2のプローブ30の針主体部30a間と針後部30c間とを伸びている。
【0048】
シート状部材62は、支持体26の下端部に対応する部位をシート状部材62の厚さ方向へ貫通する複数の穴68を有しており、また接着剤46により第2のプローブ30とともに支持体26の下端に接着されている。接着剤46は、各穴68を貫通する。このため、シート状部材62は、その下側の第2のプローブ30とともに支持体26に強硬に接着される。
【0049】
導電体層64は、ケーブル28の第2の導体部54に電気的に接続されている。このため、導電体層64がケーブル28の第2の導体部54および支持体26の導電体層44を介してアースに接続されるから、上下に隣り合う第2のプローブ30間における信号の漏洩がシート状部材62により防止される。
【0050】
図6に示す検査用ヘッド60の例では、第2のプローブ30が2層に配置されているから、1つのシート状部材を用いているにすぎないが、第2のプローブ30が3層以上に配置されている検査用ヘッドの場合、2つのシート状部材が用いられる。
【0051】
本発明は、上記実施例に限定されない。たとえば、集積回路のパッドの配置パターンに応じた1つの針押えを用いる代わりに、針押えを複数の針押え部材に分割し、それらの針押え部材を共通の取付け枠にねじ部材のような適宜な止め手段により取り付けてもよい。また、プローブの断面形状を、円形以外の他の形状、たとえば四角形にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の検査用ヘッドの一実施例を示す平面図であってケーブルを取り外した状態で示す平面図である。
【図2】図1の2−2線に沿って得た断面図である。
【図3】図1の3−3線に沿って得た断面図である。
【図4】支持体、第2のプローブおよびケーブルの拡大断面図であって、(A)は図3の4−4線に沿って得た拡大断面図、(B)は図4(A)におけるB部分の拡大断面図である。
【図5】第2のプローブとケーブルとの接続状態を説明するための拡大分解斜視図である。
【図6】本発明の検査用ヘッドの他の実施例を示す図4(A)と同様の拡大断面図である。
【図7】検査すべき半導体ウエーハの一実施例を示す図である。
【図8】半導体ウエーハに形成された集積回路チップ部の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
10 半導体ウエーハ
12 集積回路
14 電極
20,60 検査用ヘッド
22 基板
24 針押え
26 支持体
28 第1のプローブ
30 第2のプローブ
32 ケーブル
34 基板の開口
36 基板の切欠部
44 支持体の導電体層
46 接着剤
50 ケーブルの第1の導体部
52 ケーブルの第1の電気絶縁体層
54 ケーブルの第2の導体部
56 ケーブルの第2の電気絶縁体層
58 接続部材
62 シート状部材
64 シート状部材の導電体層
66 シート状部材の電気絶縁体層
30a 針主体部
30b 針先部
30c 針後部

Claims (2)

  1. 半導体ウエーハに形成された複数の集積回路の電気的特性試験に用いる検査用ヘッドであって、長方形状の開口を中央に有する基板と、前記開口の縁部に沿って伸びる第1の針止め部を有しかつ前記基板に取り付けられた針押えと、前記開口の幅方向へ伸びる第2の針止め部を有する板状の1以上の支持体と、前記第1の針止め部に配置された複数の第1のプローブと、前記第2の針止め部に配置された複数の第2のプローブとを含み、前記支持体は、その厚さ方向を前記開口の長手方向とした状態に前記基板に取り付けられており、
    前記第2のプローブは、前記開口の長手方向における針先の位置が異なる複数のプローブ群に分けられており、
    前記第2のプローブは、多層に配置されており、また層毎に配線手段に接続されており、各配線手段は、前記第2のプローブのための可撓性を有する帯状の1以上のケーブルと、導電性を有する筒状の複数の接続部材とを備え、各ケーブルは、互いに平行に伸びる複数の第1の導体部と、各第1の導体部の周りを覆う第1の電気絶縁体層と、各第1の電気絶縁体層の周りを覆う第2の導体部と、該第2の導体部を一体的に結合すべく前記第2の導体部を覆う第2の電気絶縁体層とを有し、各接続部材は、その一端部において前記第2のプローブの後端部と嵌合されており、また他端部において前記第1の導体部に嵌合されており、
    さらに、前記第2のプローブの隣り合うプローブ群の間に配置された1以上のシート状部材を含み、該シート状部材は、前記第2の導電体に接続された導電体層および該導電体層を両側からサンドイッチ状に挟み込んで積層する一対の電気絶縁層とを有し、また支持体の下端部に対応する部位に前記シート状部材の厚さ方向へ貫通する穴を有し、該穴を貫通する接着剤により多層に配置された前記第2のプローブと共に前記支持体の下端部に接着されている、検査用ヘッド。
  2. 各第2のプローブは、前記第2の針止め部に支持された主体部と、該主体部の先端部において前記主体部に対し前記基板と反対の側へ曲げられた針先部と、前記主体部に対し前記針先部と反対の側に曲げられた後端部とを有する、請求項1に記載の検査用ヘッド。
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