JP6084882B2 - プローブ組立体及びプローブ基板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路のような被試験体の電気的試験等に用いるプローブ組立体及びプローブ基板の製造方法に関する。

半導体ウェハに形成された複数の半導体集積回路等の被試験体（ＤＵＴ：Device Under Test）は、一般に、プローブ装置（プローバ）等を備える半導体試験装置により電気的に試験される。このような半導体試験装置は、テスタからの電気信号を、プローブ組立体を介してＤＵＴに供給することにより、ＤＵＴの良否を判定することができる。プローブ組立体は、ＤＵＴ毎に異なる配置のプローブを有するプローブ基板（プローブカード）を備え、プローブがＤＵＴの各端子に接触する。ＤＵＴの各端子は、平面上に配置されており、各プローブは、均一な荷重により各端子と接することが望ましい（特許文献１参照）。

ＤＵＴの試験時においては、ＤＵＴの各端子と各プローブとが確実に接触するように、ＤＵＴを保持するステージが、ＤＵＴをプローブ組立体のプローブに押しつける。ＤＵＴの各端子に対する荷重は所定の値となっており、例えば、プローブの数が５００００本の場合、１つのプローブに掛かる荷重の５００００倍の力でＤＵＴを押し上げる必要がある。プローブ組立体は、剛性の高い補強板を備えるが、強大な荷重が掛かると、プローブ組立体に撓みが生じ、同一平面内のプローブ間において、荷重や端子との距離にばらつきが生じてしまう恐れがある。このようなプローブのばらつきは、試験精度を悪化させる要因となる。これらの対策として、プローブ中央が浮き上がるのを防ぐ為に、プローブカード裏面の中央部に形成されたクランプヘッドを固持する方法が開示されている（特許文献２参照）。

特開２０１１−８９８９１号公報 特開２０１２−６４９７３号公報

本発明は、上記問題点を鑑み、被試験体との接触時の荷重を均一化し、試験精度を向上するプローブ組立体及びプローブ基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、補強板と、前記補強板の下面側に配置された配線基板と、下面に形成された複数のプローブ、平面視、中央部における高さが周辺部より高くなるように、上面に形成された複数のアンカ部を備え、前記配線基板の下面側に配置されたプローブ基板と、前記配線基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する弾性接続器と、前記複数のアンカ部と前記補強板との間に、前記複数のアンカ部と対応して配置され、前記複数のアンカ部と共に、前記プローブ基板と前記配線基板との間隔を決定する複数の支柱部とを備えるプローブ組立体であることを要旨とする。

本発明の第２の態様は、補強板と、前記補強板の下面側に配置された配線基板と、前記配線基板の下面側に配置され、下面に複数のプローブが形成されたプローブ基板と、前記配線基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する弾性接続器と、平面視、前記プローブ基板の中央部における高さが周辺部より高くなるように、前記プローブ基板と前記補強板との間に配置され、前記プローブ基板と前記配線基板との間隔を決定する複数のスペーサ部とを備えるプローブ組立体であることを要旨とする。

また、本発明の第１及び第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記プローブ基板は、前記複数のプローブを押す力が掛からない状態で、下方に凸に湾曲する。

また、本発明の第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記複数のスペーサ部は、一端が前記補強板の下面に固定された複数の支柱部と、前記プローブ基板の上面に形成され、一端が前記複数の支柱部の他端に接するように配置された複数のアンカ部とを備えることができる。

また、本発明の第１及び第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記配線基板は、複数の貫通孔を有し、前記複数の支柱部は、前記複数の貫通孔を介して配置されることができる。

また、本発明の第１及び第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記複数の支柱部は、互いに同一の高さである。

また、本発明の第１及び第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記弾性接続器は、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する接続部を備え、前記プローブ基板は、前記配線基板と前記プローブ基板との間に、前記接続部を覆う減圧室が形成されることより、前記配線基板に対して固定されることができる。

本発明の第３の態様は、下面に形成された複数のプローブと、平面視、中央部における高さが周辺部より高くなるように、上面に形成された複数のアンカ部とを備えるプローブ基板であることを要旨とする。

また、本発明の第３の態様に係るプローブ基板においては、前記複数のプローブは、互いに同一の高さである。

本発明によれば、被試験体との接触時の荷重を均一化し、試験精度を向上するプローブ組立体及びプローブ基板を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るプローブ組立体を備える半導体試験装置の基本的な構成を、プローブ組立体の模式的な断面図を中心として説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体が備えるプローブ基板を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体が備えるプローブ基板の、非試験時における状態を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体が備えるプローブ基板の、試験時における状態を説明する模式的な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、断面図と平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても寸法の比率や関係が異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（プローブ組立体）
本発明の実施の形態に係るプローブ組立体１を備える半導体試験装置は、図１に示すように、プローブ組立体１を介して被試験体（ＤＵＴ）４１と電気信号を送受信するテストヘッド２と、プローブ組立体１を保持して固定するホルダ３と、ＤＵＴ４１を上面に固定するステージ４とを備える。テストヘッド２は、図示を省略したテスタ本体に接続され、テスタ本体の制御により、ＤＵＴ４１に対して電気的に試験を行う。ＤＵＴ４１は、例えば複数の集積回路が形成された半導体ウェハである。ステージ４は、ＤＵＴ４１を保持した状態で３軸方向に移動可能ないわゆるＸＹＺステージである。

プローブ組立体１は、補強板１２と、支柱部１２１と、配線基板１４と、弾性接続器１６と、複数のアンカ部１８１が上面に形成され、複数のプローブ１８２が下面に形成されたプローブ基板１８とを備える。ホルダ３は、突起部３１，３２を備える。突起部３１，３２は、それぞれ、プローブ基板１８の孔部１８５、補強板１２の孔部１２５と合わせて、プローブ基板１８、補強板１２を固定する固定部として使用される。

図２に示すように、補強板１２は、例えば概略として円形平板状であり、配線基板１４及びプローブ基板１８を補強する。配線基板１４は、例えば概略として円形平板状であり、補強板１２と平行に、補強板１２の下面側に配置される。配線基板１４は、ＤＵＴ４１の試験に必要なスイッチング素子１４１等を含む回路を有し、回路はテストヘッド２に接続される。配線基板１４は、下面に、配線基板１４の回路端子である図示を省略した複数の電極パッドが形成される。

プローブ基板１８は、例えば概略として円形平板状であり、配線基板１４と平行に、配線基板１４の下面側に配置される。複数のプローブ１８２は、互いに同一の高さである。複数のアンカ部１８１は、図３に示すように、平面視、プローブ基板１８の中央部における高さが周辺部より高くなるように形成される。例えば、プローブ基板１８の中央部のアンカ部１８１は、周辺部のアンカ部１８１と高さｈの差を有する。アンカ部１８１は、プローブ基板１８の周辺部から中央部にかけて順に高さが高くなるように形成されている。

ＤＵＴ４１を介してステージ４から印加される、各プローブ１８２を押し上げる力は一定であるので、アンカ部１８１の高さは、プローブ１８２の数に応じて決定される。アンカ部１８１の高さは、プローブ１８２の数の他、例えば、ステージ４からの荷重、補強板１２の形状、寸法、材質、配線基板１４の寸法、材質等に基づいたシミュレーションにより決定されればよい。

プローブ基板１８は、上面の、アンカ部１８１が形成されない箇所に、複数のプローブ１８２に接続される図示を省略した複数の電極パッドが形成される。複数のプローブ１８２は、ＤＵＴ４１の各端子に接触し、テストヘッド２の制御により電気信号を送受信する。

弾性接続器１６は、例えば円形平板状であり、配線基板１４とプローブ基板１８との間に配置される。弾性接続器１６は、配線基板１４の複数の電極パッドとプローブ基板１８の複数の電極パッドとを電気的に接続する接続部である複数のポゴピン１６１と、ポゴピン１６１を保持するポゴブロック１６０と、シール部１６２ａ，１６２ｂとを備える。ポゴピン１６１は、プローブ基板１８の電極パッドを介して、プローブ１８２と電気的に接続する。

複数の支柱部１２１は、複数のアンカ部１８１と補強板１２との間に、複数のアンカ部１８１とそれぞれ対応して配置される。支柱部１２１は、アンカ部１８１と共に、プローブ基板１８と配線基板１４との間隔を決定するスペーサ部（１２１，１８１）として機能する。すなわち、スペーサ部（１２１，１８１）は、平面視、プローブ基板１８の中央部における高さが周辺部より高くなるように、プローブ基板１８と補強板１２との間に配置され、プローブ基板１８と配線基板１４との間隔を決定する。

支柱部１２１は、それぞれ、一端が、配線基板１４が有する貫通孔１４２を介して補強板１２の下面に固定され、他端が、アンカ部１８１の一端と接する。支柱部１２１は、互いに同一の高さであり、弾性接続器１６のポゴブロック１６０を貫通して配置される。

支柱部１２１とアンカ部１８１とは、配線基板１４とプローブ基板１８との間に、ポゴピン１６１を覆う減圧室１７が形成されることにより、互いに固定される。減圧室１７は、環状のシール部１６２ａ，１６２ｂ及び貫通孔１４２をシールするシール部１２２によりシールされ、図示を省略した吸引装置により減圧されることによって形成される。プローブ基板１８は、減圧室１７が形成されることにより、補強板１２及び配線基板１４に対して固定される。

補強板１２及び配線基板１４に対して固定されたプローブ基板１８は、図４に示すように、ＤＵＴ４１を介してステージ４からプローブ１８２を押し上げる力が掛からない状態で、下方に凸に湾曲している。

ＤＵＴ４１の試験時は、ステージ４が駆動され、ホルダ３に固定されたプローブ組立体１のプローブ１８２に対して、ＤＵＴ４１が位置決めされる。ＤＵＴ４１の各端子が、確実に各プローブ１８２に接触するように、ＤＵＴ４１は、ステージ４によりプローブ組立体１のプローブ１８２に押しつけられる。

本発明の実施の形態に係るプローブ組立体１によれば、予め、ステージ４からの荷重によって生じる補強板１２の撓みを考慮してアンカ部１８１の高さを決定することにより、試験時において、図５に示すように、プローブ基板１８を平坦にすることができる（図５において配線基板１４及び弾性接続器１６を省略している）。よって、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体１によれば、試験時において、各プローブ１８２への荷重を均一化することができ、試験制度を向上することができる。

また、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体１によれば、アンカ部１８１の高さを調節することにより、試験時においてプローブ基板１８のプローブ１８２を平坦にするので、プローブ１８２の高さを調節する場合と比べて、構成が簡単であり、製造コストが低廉であり、汎用性が高い。また、ＤＵＴ４１の品種の違いによりプローブ１８２の密度（数）が変化した場合であっても、アンカ部１８１の高さを調節するだけでよく、支柱部１２１の高さを調整することと比べて、ＤＵＴ４１の品種（プローブ密度）ごとに調整する必要が無く、簡単な構成で対応することが可能となる。更に、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体１によれば、プローブカード裏面の中央部をクランプする方式と比べても、ＤＵＴ４１の品種（プローブ密度）によらず、高精度で簡便に荷重を均一化できる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施の形態においては、弾性接続器１６がポゴピン１６１を備える構成を説明したが、例示であり、ワイヤを使用した接続器等、それ以外の種々の構成を採用可能である。

また、既に述べた実施の形態においては、スペーサ部が支柱部１２１及びアンカ部１８１からなる構成について説明したが、例示であり、例えば、一体のスペーサ部によって、プローブ基板１８が、プローブ１８２に力が掛からない状態で、下方に凸に湾曲するようにしてもよい。また、スペーサ部（１２１，１８１）は、配線基板１４とプローブ基板１８との間に配置されるようにしてもよい。

また、既に述べた実施の形態においては、スペーサ部（１２１，１８１）は、高さを調節可能にする調節機構を備えるようにしてもよい。調節機構は、例えば、アンカ部１８１に上端を開口するねじ溝を設け、補強板１２の上面側から支柱部１２１内を貫通するようにねじを挿入し、挿入したねじとアンカ部１８１のねじ溝とによって高さを調節するようにすればよい。

その他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ プローブ組立体
２ テストヘッド
３ ホルダ
４ ステージ
１２ 補強板
１４ 配線基板
１６ 弾性接続器
１７ 減圧室
１８ プローブ基板
３１，３２ 突起部
４１ 被試験体（ＤＵＴ）
１２１ 支柱部
１２５，１８５ 孔部
１４１ スイッチング素子
１４２ 貫通孔
１６０ ポゴブロック
１６１ ポゴピン（接続部）
１２２，１６２ａ，１６２ｂ シール部
１８１ アンカ部
１８２ プローブ

Claims (9)

1. 補強板と、
   前記補強板の下面側に配置された配線基板と、
   下面に形成された複数のプローブ、平面視、中央部における高さが周辺部より高くなるように、上面に形成された複数のアンカ部を備え、前記配線基板の下面側に配置されたプローブ基板と、
   前記配線基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する弾性接続器と、
   前記複数のアンカ部と前記補強板との間に、前記複数のアンカ部と対応して配置され、前記複数のアンカ部と共に、前記プローブ基板と前記配線基板との間隔を決定する複数の支柱部と
   を備えることを特徴とするプローブ組立体。
2. 補強板と、
   前記補強板の下面側に配置された配線基板と、
   前記配線基板の下面側に配置され、下面に複数のプローブが形成されたプローブ基板と、
   前記配線基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する弾性接続器と、
   平面視、前記プローブ基板の中央部における高さが周辺部より高くなるように、前記プローブ基板と前記補強板との間に配置され、前記プローブ基板と前記配線基板との間隔を決定する複数のスペーサ部と
   を備えることを特徴とするプローブ組立体。
3. 前記プローブ基板は、前記複数のプローブに力が掛からない状態で、下方に凸に湾曲することを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ組立体。
4. 前記複数のスペーサ部は、一端が前記補強板の下面に固定された複数の支柱部と、前記プローブ基板の上面に形成され、一端が前記複数の支柱部の他端に接するように配置された複数のアンカ部とを備えることを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ組立体。
5. 前記配線基板は、複数の貫通孔を有し、
   前記複数の支柱部は、前記複数の貫通孔を介して配置されることを特徴とする請求項１または４に記載のプローブ組立体。
6. 前記複数の支柱部は、互いに同一の高さであることを特徴とする請求項１、４または５に記載のプローブ組立体。
7. 前記弾性接続器は、前記配線基板と前記複数のプローブとを電気的に接続する接続部を備え、
   前記プローブ基板は、前記配線基板と前記プローブ基板との間に、前記接続部を覆う減圧室が形成されることより、前記配線基板に対して固定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプローブ組立体。
8. 下面に形成された複数のプローブと、
   平面視、中央部における高さが周辺部より高くなるように、上面に形成された複数のアンカ部と
   を備えることを特徴とするプローブ基板。
9. 前記複数のプローブは、互いに同一の高さであることを特徴とする請求項８に記載のプローブ基板。

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