JP4159495B2 - プローブカード及び半導体試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブカード及び半導体試験装置に関し、更に詳しくは、半導体装置の電気的特性の試験等に際し、治工具として好適に使用されるプローブカード及びそれを用いた半導体試験装置に関する。

プローブカードは、半導体装置の製造工程中、或いは、完成時の試験に際して、半導体装置の電気的特性を測定するための治工具として用いられる。特許文献１には、バンプ構造のプローブ端子を、可撓性（弾性）を有するメンブレンリングで支持するメンブレン方式のプローブカードが記載されている。図３は、該特許文献１に記載されたメンブレン方式（バンプシート方式）を採用した従来のプローブカードの一例を示している。プローブカード３０は、メンブレン・リング３１と、メンブレン・リング３１を支持する可撓性シート３２と、可撓性シート３２を支持する可撓性基板３３とを有する。

メンブレン・リング３１の表面には、略半球状のバンプ３４が形成され、バンプ３４は、メンブレン・リング３１を貫通するプラグ部材３５によって支持されている。可撓性シート３２には、プラグ部材３５の直下に、異方導電性を持つ導電性部材３６が配設される。可撓性基板３３は、内部に配線パターンが形成されたポリイミド製の基板として構成される。可撓性基板３３の内部配線パターンは、図示しない半導体試験装置の外部端子に接続される。プローブ端子を構成するバンプ３４は、測定対象の半導体装置４０の電極パッド４１に押圧され、双方の間の導通が可能になる。

特許文献１に記載のプローブカード３０は、それぞれが可撓性を持つメンブレン、シート材料、及び、基板の３層構造のリングで構成したことにより、プローブ端子３４や、半導体装置４０の電極パッド４１に高さ方向のばらつきがあっても、多数のバンプ２４に対して均一な押圧力を与えることで良好な電気的接触を可能にしている。また、各部材３１、３２、３３を分解できるので、プローブカード内に存在する欠陥の修正や故障の修理が容易であるとしている。特許文献２には、該特許文献１の改良発明として、第１のメンブレンの上面に形成されたバンプと、第２のメンブレンの下面に形成されたバンプとを横方向にずらして配設することによって、バンプや電極パッドの高さのばらつきを、メンブレンのねじれで吸収する構成が記載されている。

ところで、プローブカードでは、プローブ端子と、半導体装置の電極パッドとの間での接触抵抗の増大による接触不良が無視できない問題となっている。このような接触抵抗の増大に起因する接触不良は、一般に電極パッドの表面に形成される自然酸化膜や、プローブ端子の繰り返し使用によるプローブ端子表面の異物付着等に起因している。特許文献１及び２に記載のプローブカードでは、この問題に関する記載はない。

特許文献３には、メンブレン式プローブカードとは異なる形式の、剛性を有するプローブカードについて、上記接触不良の問題を解決するプローブカードを記載している。該公報に記載のプローブカードでは、プローブカードの支持基板とプローブカードとの間に、特殊な形状を有する弾性体を配設する。プローブ端子と電極パッドとの間の押圧力をプローブ支持基板から与えると、このプローブ支持基板とプローブカードとの間に配設された弾性体がプローブカードを横方向に移動させ、これによって、プローブ端子が電極パッド上を横方向に移動し、電極パッド上の自然酸化膜や、プローブ端子表面の異物を擦過して除くことを可能にする。
特開２０００−４９２０１号公報（図７） 特開平１１−１１８８３１号公報（図３） 特開平７−３７９４３号公報（図１）

特許文献３に記載のプローブカードは、特殊な形状を有する弾性体の作用によって、プローブ端子の上記横方向の移動力を得ている。しかし、プローブカード自体が剛性を有するため、メンブレン方式のプローブカードのように、半導体装置の電極パッドに対して均一な押圧力が与えられず、電極パッドとプローブ端子との間で良好な電気的接触が得られないことがある。

本発明は、上記に鑑み、メンブレン方式を採用することで、電極パッドとプローブ端子の接触面で良好な電気的接触を得ることができ、且つ、電極パッドに生成される自然酸化膜やプローブ端子に付着する異物によって、良好な電気的接触が損なわれることがないため、半導体装置の電気的特性の安定な測定を可能とするプローブカードを提供することを目的とする。

本発明のプローブカードは、上記目的を達成するために、弾性材料から成る第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の表面に配設されるバンプ本体、及び、該バンプ本体を支持し前記第１の絶縁膜を貫通するバンプ基部から成るプローブ端子と、前記第１の絶縁膜及びプローブ端子を支持し、前記バンプ基部に電気的に接続される配線パターンを内部に有する支持部材とを備えるプローブカードにおいて、前記バンプ基部は、前記バンプ本体の底面の一部を支持しており、該バンプ本体の底面の他の部分は、前記第１の絶縁膜に支持されていることを特徴とする。

本発明のプローブカードによると、プローブ端子のバンプ本体が半導体装置の電極パッドに押圧される際に、バンプ本体の底面のバンプ基部によって支持されない部分が支持された部分との境界を中心として旋回するので、バンプ本体が傾き、電極パッドとバンプ本体との間でスクラブ現象が発生する。その結果、電極パッドとバンプ本体との間の接触を阻害する自然酸化膜や異物が擦過によって除かれ、双方の間で良好な電気的接触が得られる。

本発明の好ましい態様のプローブカードでは、前記支持部材は、前記第１の絶縁膜を支持し弾性材料から成る第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜中を貫通し、該第２の絶縁膜に比して高い剛性を有して前記プローブ基部の底面を支持する導電性部材と、該導電性部材を介して前記バンプ基部に電気的に接続される前記配線パターンを有し、前記第２の絶縁膜及び導電性部材を支持する基板とを備える。この場合、高い剛性を有する導電性部材がバンプ基部を支持し、且つ、第２の絶縁膜が、第１の絶縁膜の弾性変形と共に弾性変形することにより、プローブ端子の旋回を補助し、より有効なスクラブ現象を発生させる。

また、前記バンプ本体の底面の１／２以下が前記バンプ基部に支持されることも本発明の好ましい態様である。この場合、プローブ端子の旋回がより確実になる。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて本発明を更に説明する。図１は、本発明の一実施形態例に係るプローブカードの断面を示している。プローブカード１０は、複数のバンプ１１が表面に配設された弾性材料から成る第１のメンブレン１２と、異方導電性を有するゴムから成るプラグ１３がバンプ１１の基部に対応して可撓性絶縁体材料内に埋め込まれた第２のメンブレン１４と、第２のメンブレン１４を支持し内部に配線パターンが形成されたガラスエポキシ樹脂製の基板１５とを有する。プローブカード１０は、バンプ１１の頂部が半導体装置のウエハ２０の電極パッド２１に押し付けられて、電極パッド２１から電気信号を受信し、バンプ１１から配線パターンを経由して、図示しない半導体試験装置に電気信号を与える。

第１のメンブレン１２は、例えばシリコーンゴム等の弾性を有するシート状部材として構成され、表面にはプローブ端子を構成する多数のバンプ１１がアレイ状に配列されている。図２に、バンプ１１を拡大してその詳細構造を示す。バンプ１１は、第１のメンブレン１２の表面部分から突出するバンプ本体１１Ａと、第１のメンブレン１２を貫通するプラグ状のバンプ基部１１Ｂとから構成される。バンプ本体１１Ａは、頂部付近が半球状に形成された略円柱形状を有し、例えばその円柱の直径が４０μｍである。バンプ基部１１Ｂは、バンプ本体１１Ａとは、偏心して配設された円柱形状を有し、その直径は約３０μｍである。バンプ本体１１Ａ及びバンプ基部１１Ｂの双方の中心間離隔距離は例えば１８μｍである。つまり、バンプ本体１１Ａの中心は、バンプ基部１１Ｂの縁部よりも第１のメンブレン１２の側に幾らかはみ出し、バンプ本体１１Ａの底面の１／２以下がバンプ基部１１Ｂに支持されている。

バンプ基部１１Ｂは、シリコーンゴム製のシート１２内に形成された、直径が３０μｍの孔内に、導電性材料、例えばＣｕ又はＡｌ等の金属を注入して形成する。バンプ基部１１１Ｂの厚みは、第１のメンブレン１２の厚みとほぼ同じである。バンプ本体１１Ａは、Ｃｕ又はＡｌの厚膜印刷技術によって、第１のメンブレン１２及びバンプ基部１１Ｂの表面上に形成される。

図１に戻り、第２のメンブレン１４は、シリコーンゴム等の弾性を有するシート材料内に、異方導電性ゴムから成るプラグ１３を埋め込んで作成する。異方導電性ゴムの硬度は、シリコーンゴムの硬度に比して十分に大きいので、プラグ１３は、バンプ基部１１Ｂの底部を有効に支持する。他方、シリコーンゴムは、硬度が小さいので、第２のメンブレン１４は、第１のメンブレン１２の変形に応じて変形する。

基板１５は、ガラスエポキシ樹脂材料から成り、剛性を有する複数の絶縁層と、これら絶縁層の間にそれぞれ挟まれた複数層の配線パターンとを有する。最上層の配線パターンは、スルーホールによって第２のメンブレン１４内に配設された各異方導電性ゴムプラグ１３に導通しており、また、最下層の配線パターンは、底面に形成された図示しない電極パッドを介して図示しない半導体試験装置の外部端子に接続されている。

上記構成を有するプローブカード１０は、半導体装置のウエハ段階等の試験に際して、ウエハ２０を搭載したチャックステージによって、プローブ端子を構成するバンプ本体１１Ａが、ウエハ２０の対応する電極パッド２１に押し付けられる。オーバードライブによって、適当な押圧力をウエハ２０から与えると、バンプ本体１１Ａは、電極パッド２１によって押され、バンプ基部１１Ｂを介して異方導電性プラグ１３に支持される底面部分と、弾性を有するシリコーンゴム１４に支持される底面部分との間で異なる支持力によって、図１に示すように、双方の底面部分の境界ラインを支点として、シリコーンゴム１４側に傾く。このため、バンプ本体１１Ａと電極パッド２１との間には、横方向にスクラブ動作が生じ、双方の表面は擦過によって磨かれ、表面の自然酸化膜や異物が除かれる。その結果、良好な電気的接触が得られ、信頼性の高い電気特性の測定が可能になる。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のプローブカードは、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態例に係るプローブカードの断面図。 図１のプローブカードのプローブ端子部分を拡大して示す断面図。 従来のメンブレン方式のプローブカードの断面図。

符号の説明

１０：プローブカード
１１：バンプ（プローブ端子）
１１Ａ：バンプ本体
１１Ｂ：バンプ基部
１２：第１のメンブレン
１３：異方導電性ゴムプラグ
１４：第２のメンブレン
１５：ガラスエポキシ樹脂基板
２０：測定対象ウエハ
２１：電極パッド

Claims (13)

1. 測定対象ウエハの電気的特性試験に使用されるプローブカードであって、
   前記プローブカードは、
   弾性材料から成る第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜の表面に配設されるバンプ本体、及び、該バンプ本体を支持し前記第１の絶縁膜を貫通するバンプ基部から成り、前記プローブカードの主面に設けられたプローブ端子と、
   前記第１の絶縁膜及びプローブ端子を支持し、前記バンプ基部に電気的に接続される配線パターンを内部に有する支持部材と
   を備え、
   前記バンプ基部は、前記バンプ本体の底面の一部を支持しており、該バンプ本体の底面の他の部分は、前記第１の絶縁膜に支持されており、
   前記プローブ端子と前記測定対象ウエハの電極パッドとを接触せしめて前記試験を行うに際し、前記測定対象ウエハからの押圧力による、前記バンプ基部を介して前記支持部材に支持される底面部分と前記第１の絶縁膜に支持される底面部分との間で異なる支持力によって、前記プローブ端子が、前記プローブカードの主面に対して傾くことを特徴とするプローブカード。
2. 前記プローブ端子は、前記試験を行うに際して、前記プローブカードの主面と前記測定対象ウエハの電極パッドとの間に位置する、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記測定対象ウエハが半導体装置のウエハである、請求項１又は２に記載のプローブカード。
4. プローブカードの主面に設けられたプローブ端子と半導体装置の電極パッドとを接触せしめ、半導体試験装置にて前記半導体装置の電気的特性試験を行うのに使用されるプローブカードであって、
   前記プローブカードは、
   弾性材料から成る第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜の表面に配設されるバンプ本体、及び、該バンプ本体を支持し前記第１の絶縁膜を貫通するバンプ基部から成るプローブ端子と、
   前記第１の絶縁膜及びプローブ端子を支持し、前記バンプ基部に電気的に接続される配線パターンを内部に有する支持部材と
   を備え、
   前記バンプ基部は、前記バンプ本体の底面の一部を支持しており、該バンプ本体の底面の他の部分は、前記第１の絶縁膜に支持されており、
   前記半導体装置の前記試験に際し、前記半導体装置からの押圧力による、前記バンプ基部を介して前記支持部材に支持される底面部分と前記第１の絶縁膜に支持される底面部分との間で異なる支持力によって、前記プローブ端子が、前記プローブカードの主面に対して傾くことを特徴とするプローブカード。
5. 前記プローブ端子は、前記試験を行うに際して、前記プローブカードの主面と前記半導体装置の電極パッドとの間に位置する、請求項４に記載のプローブカード。
6. 前記傾く動作が、前記プローブ端子と前記電極パッドとの間に生じる横方向へのスクラブ動作である、請求項１〜５の何れか一に記載のプローブカード。
7. 前記第１の絶縁膜が弾性を有し、かつ、前記配線パターンが前記絶縁膜よりも剛性が高い、請求項１〜６の何れか一に記載のプローブカード。
8. 前記第１の絶縁膜はシリコーンゴムより構成され、前記配線パターンは異方導電性ゴムより構成される、請求項１〜７の何れか一に記載のプローブカード。
9. 前記スクラブが前記第１の絶縁膜に支持される底面部分と前記配線パターンに支持される底面部分との間の異なる支持力によって生じている、請求項１〜８の何れか一に記載のプローブカード。
10. 前記支持部材は、前記第１の絶縁膜を支持し弾性材料から成る第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜中を貫通し、該第２の絶縁膜に比して高い剛性を有して前記プローブ基部の底面を支持する導電性部材と、該導電性部材を介して前記バンプ基部に電気的に接続される前記配線パターンを有し、前記第２の絶縁膜及び導電性部材を支持する基板とを備える、請求項１〜６の何れか一に記載のプローブカード。
11. 前記第２の絶縁膜は、シリコーンゴムより構成される、請求項１０に記載のプローブカード。
12. 前記バンプ本体の底面の略１／２以下が前記バンプ基部に支持されている、請求項１〜１１の何れか一に記載のプローブカード。
13. プローブカードのプローブ端子と半導体装置の電極パッドとを接触せしめ測定する半導体試験装置であって、
    請求項１〜１２の何れか一に記載のプローブカードを用いていることを特徴とする半導体試験装置。

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