JP5077794B2

JP5077794B2 - プローブ組立体

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Publication number: JP5077794B2
Application number: JP2007221740A
Authority: JP
Inventors: 軍生木本
Original assignee: 軍生木本
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: US7948253B2; CN101358999A; KR20090013718A; TWI380024B; JP2009036743A; CN101358999B; TW200907353A; US20090033349A1

Description

本発明は、ＬＳＩなどの電子デバイスの製造工程において、半導体ウエーハ上に形成された複数の半導体チップの回路検査に使用するプローバ装置の接触子（プローブ）に関し、特に、半導体チップ上に配列される回路端子（パッド）に対しウエーハ状態のまま垂直プローブを接触させ、一括して半導体チップの電気的導通を測定するプロービングテストに使用するプローバ装置のプローブ組立体に関するものである。

半導体技術の進歩に伴って電子デバイスの集積度が向上し、半導体ウエーハ上に形成される各半導体チップにおいても回路配線の占めるエリアが増加し、そのため、各半導体チップ上のパッドの数も増加し、それにつれてパッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化などによるパッド配列の微細化が進んでいる。近年の予測では、パッドピッチが２０μｍになるものとされている。

それと同時に、半導体チップをパッケージに収納せずに、ベアチップのまま回路基板等に搭載するチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）方式等が主流になりつつあり、そのためには、半導体チップに分割する前のウエーハ状態での特性チェックや良否判定が必須となる。

この半導体チップの検査手段としては、被検査半導体チップのパッドと検査装置との間に、外力に対して弾性的に変形する弾性変形部を有する複数の針状プローブを配列した接触子組立を介在させる手段等がある。この接触子組立と半導体チップの試験回路とを電気的に接続する手段として、プローブカードと呼ばれるプリント配線基板が用いられている。

このプローブカードの構成として、テスト装置のテストヘッドに接触する部分は、テストヘッドの回路基板の端子形状及び端子ピッチと互換性を有する必要がある。一方、ウェーハに接触する部分は、ウェーハ上のチップパッドの形状及びピッチに合わせた設定が要求される。したがって、プローブカードを製作する度に、ウェーハの仕様とテストヘッドの仕様との双方に合わせてプローブカードを設計する場合が多く、その製作に多くの時間を要していた。

パッドピッチの狭小化や複数チップ同時一括テストの要求に伴い、プローブの方式も従来のカンチレバー方式に加え、金属細線から形成されたプローブをカード基板に配置したニードルタイプのプローブカード（特許文献１）、ブレード状のプローブをブロックに配置したブレードタイプのプローブカード（特許文献２）、平行に伸びる帯状の複数の配線を電気絶縁性フィルムのようなシート状部材の一方の面に形成し、各配線の一部をプローブ要素としたフィルム状プローブユニット（プローブシート）（特許文献３）等のプローブカードが提案されている。

１つあるいは少数のチップ検査を対象とする従来のカンチレバー方式では、半導体チップのパッドと接触するプローブの先端部分は狭ピッチであるが、プローブカードと接続している根元の部分は、プローブが先端部分から放射状に広がって配置されることからピッチを粗くすることができ、プローブをプローブカードの回路端子に半田付け等の接続手段で固着することが可能であり、配線上の問題は少なかった。

しかし、上述の例のようなパッドピッチの狭小化や複数チップ同時一括テストの要求に対応すべきプローブ構造とすると、プローブを固着する回路配線端子もプローブ配列ピッチ、即ち被検査パッド配列と同一ピッチとなることを余儀なくされ、プローブ配列付近の高密度配線化が要求される。

図７に従来のプローブカードの回路配線に着目した場合の構成例を示す。図７において、２はプローブカード、２１はカード基板を示す。被検査チップ４１はカード基板２１との位置関係を明確にするために透視図として示している。カード基板２１の周辺に設けられた端子２１１は、テスト装置のテストヘッド（図示せず）に接触する部分であり、テストヘッドの回路基板の端子形状及び端子ピッチと互換性を有する。

一方、プローブ３０１は、ウェーハ４上の被検査チップ４１の端子パッド４２の配列に対応して、プローブ整列固定機能３０２により固定される。プローブ整列固定機能３０２は上述のプローブ方式により異なり、カンチレバー方式であれば例えば回路基板に直接半田付けする手段であり、ニードルタイプのプローブであれば例えばガイド溝を有した固定ブロック等の手段であり、プローブシートタイプであれば、平行に伸びる帯状の複数の配線を電気絶縁性フィルムのようなシート状部材の一方の面に形成し、各配線の一部を直接プローブ要素としたものが例示される。

狭ピッチ化及び多ピン化に伴いプローブ端子周辺の配線パターンが密集しており、この配線を最終的にカード基板２１の外周端子へ分配させるためには、プローブ端子周辺の高密度配線に加え、配線基板の多層化が必要である。現状のプリント配線基板のパターンルールでは例えば信号層１層当たり１２８〜１６０本程度の布線が妥当で、約１０００ピンのテスタの場合では電源層を含めると２０層以上、厚み４．８〜６．５ｍｍ、直径３５０ｍｍ程度のプリント配線基板が必要になっている。

一般に、プローブカードの経済性を考慮しカード基板２１の標準化を考えた場合、変換配線基板３０等を中間に介在させ、被検査パッドごとに異なる複雑な変換配線４３を変換配線基板３０に機能させる事例もある（特許文献３）。

図８にプローブ端子周辺の配線パターンの例を示す。図８において、被検査チップのパッドに対応させた変換配線基板３０上のプローブ端子３２−１（例えばプローブシート上の端子）がμｍピッチで配列されてある。このプローブ端子からの配線を粗いピッチのパターンに分配させるために、変換配線基板３０の第１層３７−１上でパターン３４−１を経由し層間導通用バイアホール３５１のランド３５１ａに接続させる。ランド３５１ａからバイアホール３５１を経由し、変換配線基板３０の第２層３７−２以降の導体パターン及びバイアホールにより、パターン幅が拡散され変換配線基板３０の第ｎ層３７−ｎすなわち裏面（検査装置側）の層へ配置される。

さらに、プローブ端子３２−２からは、同様に変換配線基板３０の第１層３７−１上でパターン３４−２を経由しバイアホール３５２のランド３５２ａに接続させる。ランド３５２ａからバイアホール３５２を経由し、変換配線基板３の第２層３７−２以降の導体及びバイアホールにより、パターンが拡散され変換配線基板３の第ｎ層３７−ｎすなわち裏面の層へ配置される。

以上のように、被検査チップ４１に対応するプローブ端子からのパターン配線を多層基板を用いて粗いピッチのパターン配線に変換させるためには、各々のプローブ端子について接続されるバイアホールのランドをプローブ端子近傍の同一層に配置する必要があった。
特開２００６−００３１９１特開２００４−３４０６５４特開２００１−１８３３９２

しかしながら、現在一般的に用いられているバイアホールランド間ピッチは０．５ｍｍ程度であり、被検査チップのパッドピッチと比較すると約１０倍程度大きい。またプローブ端子からのパターン配線領域を加えると、ランドの配置がプローブ領域内に収まらないという問題が生じる。

また、ランドの配置がプローブ領域外まで含むとなると多ピン化の妨げになり、複数チップの一括テスト化が出来ないという問題が生じる。さらに、各プローブ端子からの配線長に著しく差が生じてしまい、インピーダンス整合が計れないという問題も生じる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、狭ピッチ化に対応しつつプローブ端子周辺の配線集中を解消し、廉価なプローブ組立体を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、金属箔が接着された樹脂フィルムを使用し、前記金属箔をエッチング加工して樹脂フィルム上にプローブ機能を含む導電体から成る導電パターンを形成し、前記プローブ付樹脂フィルムを複数枚積層又は並列設置し半導体チップの電極パッドに前記プローブの先端部を一括接触させて半導体チップの回路検査を行うためのプローブ組立体において、前記プローブとの間を導体パターンにより接続するとともに、前記プローブと同一平面内でかつ、当該プローブに対して、前記電極パッドとは第１の方向（ｚ方向）の反対側に回路基板の接続用ランドと接触する電気端子部を備え、前記電気端子部の第１の方向（ｚ方向）における長さが前記回路基板の厚さと概略同一長であり、第２の方向（ｘ方向）幅は前記回路基板に設けられたスルーホールの内径より僅かに大きく設定されており、前記プローブ付樹脂フィルムを積層又は並列設置した時にそれぞれの第２の方向（ｘ方向）における前記電気端子部の配置位置が、回路基板上の接続用ランドの一部又は全てと一致するべく配置されるように樹脂フィルムに各々独立の位置に形成されており、前記プローブ付樹脂フィルムを積層した時の前記電気端子部の第３の方向（ｙ方向）におけるピッチが、１つの前記プローブ付樹脂フィルムの厚さの整数倍である、ことを特徴としている。

本発明はまた、前記プローブ付樹脂フィルムを積層又は並列設置した時の前記電気端子部の第３の方向（ｙ方向）におけるピッチが、回路基板上の接続用ランドの一部又は全てと一致するべく配置されるように設置したことを特徴とする。

本発明はまた、プローブのパッドとの接触部近傍における断面形状より僅かに大きく、隣接するパッド方向（ｙ方向）におけるパッド幅と少なくとも同一若しくは該パッド幅よりも小さい形状のスリットを有するプローブ配列用固定シートを設け、前記プローブ配列用固定シートのスリットを被検査半導体チップの各々のパッドの一部又は全てに対応する位置に複数配置し、前記プローブ配列用固定シートのスリットにあらかじめプローブ組立体の各々のプローブ先端部を通過させて設置した、ことを特徴とする。

本発明によれば、プローブとの間を導体パターンにより接続するとともに、前記プローブと同一平面内でかつ第１の方向（ｚ方向）の反対側に回路基板の接続用ランドと接触する電気端子部を備えたことを特徴としているため、プローブからの出力端子をプローブシートごとに異なる位置より突出させることにより、変換配線板上のプローブ側入出力電気端子は、あらかじめプローブシート内によって出力位置が変換できるため、プローブ先端配列及び従来の実施例において必要であったプローブ端子からの配線パターンに依存することなく決定することができるという効果が生じる。

また、本発明によれば、前記プローブ付樹脂フィルムを積層又は並列設置した時の前記電気端子部の第３の方向（ｙ方向）におけるピッチが、回路基板上の接続用ランドの一部又は全てと一致するべく配置されるように設置したことを特徴としているため、任意のｙ方向ピッチに対応できるという効果が生じる。

さらに、本発明によれば、プローブ配列用固定シートを設けているため、組立が容易でかつプローブの配置精度が高くなるという効果が生じる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るプローブの構造説明図（断面図）である。図１において、１０はプローブユニット、４１１は被検査チップ、４２１ａ及び４２１ｂは１つの被検査チップ４１１上のそれぞれ対向するパッド（図は周辺配列パッドの例を示す）、３１は変換配線板、３５５ａ、３５６ａは変換配線板上のプローブ側入出力電気端子である。

また、プローブユニット１０において、１１はパッド４２１ａを測定するためのプローブ及び導体をエッチングにより作製したプローブ付樹脂フィルム、１２はパッド４２１ｂを測定するためのプローブ及び導体をエッチングにより作製したプローブ付樹脂フィルムである。これらのプローブ付樹脂フィルムを支持している支持棒の断面を１７１〜１７３に示す。

プローブ付樹脂フィルム１１の作製方法及び構成を図２にて詳細に説明する。図２（ａ）において、樹脂フィルム（例えばポリイミド樹脂）１１１上に金属箔としての銅箔（例えばベリリウム銅）を接着し、この銅箔をエッチング加工することにより導体パターン１１２を形成する。導体パターン１１２の内、平行梁１１３ａ及びスリット１１４により本実施例では１３個のリンク機構を形成し、切り欠き１１９ａ、１１９ｂの作用が加わり平行ばねによるプローブ動作が実施される。

該平行ばねとは、複数の略同一形状の梁が複数本平行して配置されていて該複数の梁の両端が共通の変形しない支持体に固定され、一方の支持体を固定し、他方の支持体を移動したときある一定の範囲内で並進運動するものを指している。本実施例では、１１３ｂを固定部とし１１３ｃを垂直プローブとしてｚ方向にオーバードライブが作用するものである。

さらに垂直プローブ１１３ｃの先端に回転変形部１１５を接続し、パッドが回転変形部のプローブ先端部１１６と接触を開始し、さらにある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、回転変形部１１５はオーバードライブの進行に伴い、回転中心１１５ｃを中心として時計方向に回転動作が開始し、スクラブ動作が開始される。

一方、固定部１１３ｂの延長上に樹脂フィルム１１１より突出させた出力端子１１７を設け、アーム部１１３ｄ及び切り欠き１１９ａによるばね力により、変換配線板上のプローブ側入出力電気端子３５６ａに押し当てられる。

出力端子１１７の位置については、図２（ｂ）に示すように、各対応する変換配線板上のプローブ側入出力電気端子位置に合わせて出力端子をＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４値ずらし、各々個別に作製することにより可能となる。
また、これらの異なる種類のプローブ構成を同一の樹脂フィルム上に一括してエッチングにより作製し、その後切断することにより、異なる種類のプローブ構成でも廉価に作製することが可能である。

また、プローブ付樹脂フィルム１１上には絶縁性樹脂を印刷することにより適当な箇所に補強部１１８を設け必要なプローブ付樹脂フィルムの剛性を保持している。

さらに、後述の図３にて説明するプローブ支持棒１７１等の断面形状にしたがって設けた切り欠き１１９ｃ、１１９ｄを設けている。

プローブ付樹脂フィルム１２については、プローブ付樹脂フィルム１１と同一の製造方法にて作製することが可能であり、プローブ先端部１２６及び出力端子１２７並びに平行ばねを作用させる向きを異なる配置、方向に設定することができる。また、これらの異なる種類のプローブ構成を同一の樹脂フィルム上に一括してエッチングにより作製し、その後切断することにより、異なる種類のプローブ構成でも廉価に作製することが可能である。

図２により説明した個々のプローブ付樹脂フィルムを積層し、図３に示すようなプローブユニット１０及びプローブ組立体１を作製する。プローブユニット１０及びプローブ組立体１の作製方法及び構成を図３にて詳細に説明する。

図３において、プローブユニット１０−１は被検査チップ４１１に対応するプローブ群の組立であり、プローブユニット１０−１と同一構成のプローブユニット１０−２（図示せず）は被検査チップ４１２に対応するプローブ群の組立である。同様にこれらのプローブユニット１０−ｎを組み合わせ、ｎ個の被検査チップに対応すべくプローブ組立体１が構成される。

これらのプローブ群は、支持棒１７１〜１７３等に沿って挿入し整列させることによりｚ方向における位置が精密に決定されるとともに、支持棒１７１〜１７３等がプローブ先端部１１６等、及び出力端子１１７等の押圧力に対する支点となる。

各々のプローブユニットのｘｙ方向における整列及び固定は、例えば図３（ａ）における固定シート１５、１６を用いることによって実現可能である。固定シート１５は、樹脂フィルム１５１にパッド４２１ａ、４２１ｂ等の対応する各パッドの位置に、図３（ｂ）に示すように例えばプローブ付樹脂フィルムの厚さＰｔより僅かに大きく、かつパッド幅Ｄｔより小さい幅Ｓｔのスリット１５１ａを設け、該スリットにプローブ付樹脂フィルムのプローブ先端部近傍を通過させ配置させることにより、パッドへの位置決めが可能となる。

一方、固定シート１６は、樹脂フィルム１６１に変換配線板上のプローブ側入出力電気端子３５５ａ、３５６ａ等の位置に、プローブシートの厚さより僅かに大きい幅のスリットを設け、該スリットにプローブシートの出力端子部近傍を通過させ配置させることにより、入出力電気端子への位置決めが可能となる。

次に図４においてその動作を説明する。図４は、プローブユニット１０を上部（検査基板側）より見た図（一部透視図）であり、チップパッド配列（即ちプローブ先端配列）と変換配線板上のプローブ側入出力ランド配列（即ちプローブ付樹脂フィルム出力端子配列）との相対関係を示すものである。

図４に示すように、変換配線板上のプローブ側入出力ランドは、既にプローブ付樹脂フィルム内によって出力位置が変換されているので、プローブ先端配列及び従来の実施例において必要であったプローブ端子からの配線パターン（図８における３４−１等）に依存することなく決定することができる。

したがって、変換配線板上のプローブ側入出力電気端子のｙ方向におけるピッチＰｙは、固定シート１５により任意に決定することができ、又はプローブ付樹脂フィルムを直接重ね合わせることによりプローブ付樹脂フィルムのｙ方向厚さと同一とすることもできる。

ｘ方向におけるピッチＰｘはパターン設計上可能なランド間最小間隔とすることができるため、被検査チップエリア内全てを、必要なランド配置に割当てることが可能となる。

図４の例では、変換配線板上の入出力電気端子をバイアホール上のランドとしたが、図６に示すようにパターン配線上の中継ランドであってもよく、変換配線板のパターン設計に合わせて選択することが可能である。

（実施の形態２）
図５に、本発明の第２の実施例に係るプローブ構造を示す。図５において、図２と異なる点は、プローブ付樹脂フィルム出力端子形状である。

プローブ付樹脂フィルム１３の作製方法及び構成を図６にて説明する。図６において、樹脂フィルム（例えばポリイミド樹脂）１３１上に金属箔としての銅箔（例えばベリリウム銅）を接着し、この銅箔をエッチング加工することにより導体パターン１３２を形成する。導体パターン１３２の内、平行梁１３３及びスリット１３４により本実施例では１３個のリンク機構を形成し、切り欠き１３９ａの作用が加わり平行ばねによるプローブ動作が実施される。

さらに垂直プローブ１３３ｃの先端に回転変形部１３５を接続し、オーバードライブの進行に伴い、回転中心１３５ｃを中心として時計方向に回転動作が開始し、スクラブ動作が開始される。

また、プローブ付樹脂フィルム１３上には絶縁性樹脂を印刷することにより適当な箇所に補強部１１８を設けプローブ付樹脂フィルムの剛性を保持している。

一方、固定部１３３ｂの延長上に樹脂フィルム１３１より突出させた出力端子１３７を設け、変換配線板上のスルーホール３７１に挿入可能な構造としている。出力端子１３７のｚ方向長さは変換配線板の厚みとほぼ同じ長さを有し、ｘ方向幅はスルーホール３７１の内径より僅かに大きく設定されている。また、出力端子の中央にスリット１３７ｓを設けることにより両側の端子１３７ａ間にｘ方向にばね力が作用し、スルーホールへの圧入が可能となる。

上記説明した出力端子形状とすることにより、図６に示す如くスルーホールを有する変換配線基板にも対応することが可能である。

また、プローブ付樹脂フィルム１３については、プローブ付樹脂フィルム１１、１２と同一の製造方法にて作製することが可能であり、これらの異なる種類のプローブ構成を同一の樹脂フィルム上に一括してエッチングにより作製し、その後切断することにより、異なる種類のプローブ構成でも廉価に作製することが可能である。

以上説明したように、銅箔などの金属箔が接着された樹脂フィルムを使用し、前記金属箔をエッチング加工して樹脂フィルム上にプローブを含む導電体から成る導電パターンを形成し、このプローブ付樹脂フィルムを複数枚積層し半導体チップの電極パッドにプローブの先端部を一括接触させて半導体チップの回路検査を行うためのプローブ組立体において、プローブからの出力端子をプローブ付樹脂フィルムごとに異なる位置より突出させることにより、変換配線板上のプローブ側入出力電気端子は、既にプローブ付樹脂フィルム内によって出力位置が変換されているため、プローブ先端配列及び従来の実施例において必要であったプローブ端子からの配線パターンに依存することなく決定することができる。

本発明のプローブ組立体によれば、各ＬＳＩの回路設計による多種のパッド配置及びパッド間隔の変化に柔軟に対応しつつ、プローブ端子近傍の密集した配線パターンを効果的に検査基板へ配置することができ、廉価なプローブ組立体を提供することができる。

本発明の実施の形態１であるプローブの組立構造を示す側面図である。本発明の実施の形態１であるプローブの構造を示す側面図である。本発明の実施の形態１であるプローブの組立構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態１であるプローブ構造とパッドとの配置関係を示す平面図である。本発明の実施の形態２であるプローブの構造を示す側面図である。本発明の実施の形態２であるプローブ構造とパッドとの配置関係を示す平面図である。従来の実施形態であるプローブカードの概略構造を示す側面図である。従来の実施形態であるプローブ端子周辺構造を示す平面図である。

１プローブ組立体
１０、１０−１〜ｎプローブユニット
１１，１２、１３プローブ付樹脂フィルム
１１１、１２１，１３１樹脂フィルム
１１２、１３２導体パターン
１１３ａ、１３３平行梁
１１３ｂ、１３３ｂ固定部
１１３ｃ、１３３ｃ垂直プローブ
１１３ｄアーム部
１１４、１３４スリット
１１５、１３５回転変形部
１１５ｃ、１３５ｃ回転中心
１１６、１２６プローブ先端部
１１７、１２７、１３７出力端子
１１８補強部
１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ、１３９ａ切り欠き
１３７ａ端子
１３７ｓスリット
１５、１６固定シート
１５１、１６１樹脂フィルム
１５１ａスリット
１７１、１７２、１７３プローブ支持棒
２プローブカード
２１カード基板
３０変換配線基板
３０１プローブ
３０２プローブ整列固定機能
３１変換配線基板
３２−１、３２−２プローブ端子
３４−１、２パターン
３５１、３５２バイアホール
３５１ａ、３５２ａランド
３５５ａ、３５６ａ電気端子
３７−１第１層
３７−２第２層
３７−ｎ第ｎ層
３７１スルーホール
４ウェーハ
４１、４１１、４１２被検査チップ
４２、４２１ａ、４２１ｂチップパッド

Claims

金属箔が接着された樹脂フィルムを使用し、前記金属箔をエッチング加工して樹脂フィルム上にプローブ機能を含む導電体から成る導電パターンを形成し、前記プローブ付樹脂フィルムを複数枚積層又は並列設置し半導体チップの電極パッドに前記プローブの先端部を一括接触させて半導体チップの回路検査を行うためのプローブ組立体において、
前記プローブとの間を導体パターンにより接続するとともに、前記プローブと同一平面内でかつ、当該プローブに対して、前記電極パッドとは第１の方向（ｚ方向）の反対側に回路基板の接続用ランドと接触する電気端子部を備え、
前記電気端子部の第１の方向（ｚ方向）における長さが前記回路基板の厚さと概略同一長であり、第２の方向（ｘ方向）幅は前記回路基板に設けられたスルーホールの内径より僅かに大きく設定されており、
前記プローブ付樹脂フィルムを積層又は並列設置した時にそれぞれの第２の方向（ｘ方向）における前記電気端子部の配置位置が、回路基板上の接続用ランドの一部又は全てと一致するべく配置されるように樹脂フィルムに各々独立の位置に形成されており、
前記プローブ付樹脂フィルムを積層した時の前記電気端子部の第３の方向（ｙ方向）におけるピッチが、１つの前記プローブ付樹脂フィルムの厚さの整数倍である、
ことを特徴とするプローブ組立体。
前記プローブ付樹脂フィルムを積層又は並列設置した時の前記電気端子部の第３の方向（ｙ方向）におけるピッチが、回路基板上の接続用ランドの一部又は全てと一致するべく配置されるように設置したことを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
プローブのパッドとの接触部近傍における断面形状より僅かに大きく、隣接するパッド方向（ｙ方向）におけるパッド幅と少なくとも同一若しくは該パッド幅よりも小さい形状のスリットを有するプローブ配列用固定シートを設け、
前記プローブ配列用固定シートのスリットを被検査半導体チップの各々のパッドの一部又は全てに対応する位置に複数配置し、
前記プローブ配列用固定シートのスリットにあらかじめプローブ組立体の各々のプローブ先端部を通過させて設置した、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプローブ組立体。