JPH0750321A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数本のプローブ針の細い先端側部を被検査
体の電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共
に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑え
ながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉
せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定でき
るプローブカードを提供することにある。 【構成】 半導体チップの微細ピッチで配列する多数の
電極パッドに先端を圧接して電気的接続を行う多数本の
プローブ針３１を、各々先端側部３１ａが細く途中から
基端側部３１ｃが太くし、且つその各プローブ針３１の
細い先端側部３１ａをガイド板に挿通して半導体チップ
の電極配列中心線Ｏ上に該電極と対応した微細ピッチＰ
で垂直に配列支持すると共に、その先端側部３１ａの上
方部分で折曲し、その上方の太い基端側部３１ｃをプリ
ント基板２１に電極配列中心線Ｏ上から両側方に一本ず
つ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等
の被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置に用い
られるプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体製造プロセスにおい
ては、半導体ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の
回路パターンを持つ多数のチップ（半導体デバイス）が
配列して形成される。これらチップの電気的特性の検査
（試験判定）は、各チップが分割される前の半導体ウエ
ハの状態で、プローブ装置（別名：ウエハプローバ）に
より行われる。この検査結果、良品と判定された半導体
チップのみを、次のボンディングやパッケージィング工
程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図るようにして
いる。

【０００３】ここで、そのプローブ装置は、特開昭６４
−７３６３２号公報等に示されているようなもので、メ
インステージにはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に
構成されたウエハ載置台が備えられており、このウエハ
載置台の上方には、半導体ウエハのチップの電極パッド
に対応した多数のプローブ針を備えたプローブカードが
固定支持されている。

【０００４】そして、ウエハ載置台上に被検査体である
半導体ウエハを載置し、そのウエハ載置台をＸ−Ｙ−Ｚ
−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導体ウ
エハ上の各チップの電極パッドにプローブカードの各プ
ローブ針の先端を接触させ、これでそのプローブ針を介
しプローブカードの更に上方に配するテスタヘッド並び
に外部テスタとの電気的接続を行って、そのテスタによ
り該半導体チップの電気的特性の測定検査を行うように
なっている。

【０００５】このようなプローブ装置に用いられるプロ
ーブカードは、プリント基板に対し各プローブ針の針杆
部を斜めにして取付けた斜針タイプのものが主流であっ
たが、近年の半導体素子の高集積化に伴い、半導体ウエ
ハ上に形成されるチップの単位面積当たりの電極パッド
数の増加、並びにその電極パッドの大きさ及び配置間隔
の縮小化が進み、これに対し、前述の斜針タイプのプロ
ーブカードでは該プローブ針の実装本数に限界があって
対処できなくなって来た。

【０００６】そこで、最近では、前記斜針タイプのプロ
ーブカードに代わって、例えば特公平２−２８８２８号
や特公昭６３−２８８６２号公報等に開示されている垂
直針タイプの多ピン用高密度プローブカード（ＶＴＰ
Ｃ）が開発されて実用化されつつある。

【０００７】この垂直針タイプのプローブカードでは、
多数本のプローブ針をプリント基板の中央開口に挿通
し、その各プローブ針の途中から基端側部をアーチ状に
折曲して該プリント基板の周囲の導電パターンに半田付
けにより接続固定する一方、その各プローブ針の途中部
をプリント基板の中央開口下部の固定板の小孔に挿入し
てエポキシ樹脂等により接着固定し、更に先端側部を下
側の針ガイド部の小孔に挿通案内させる。これで、各プ
ローブ針の途中固定部から先端側部が被検査体に対し略
垂直状態に配列することになるので、前述の斜針タイプ
のものよりプローブ針の実装本数の大幅な増加、即ち実
装針の狭ピッチ化及び多数本化が可能となる。

【０００８】ところで、最近では、スーパーコンピュー
タに用いられる半導体チップなど、半導体素子の更に一
層の高集積化に伴い、チップ内の検査に必要な電極パッ
ドの微細化並びに微細ピッチ配列化が進み、例えば電極
パッドの大きさが約６０μm角で、その配列ピッチが約
１５０〜５００μm 程度のものが検査対象となって来て
おり、これに対処するには、プローブ針の針先を１５μ
m 程度に尖鋭とした外径が約５０〜１５０μm 程度の極
細のプローブ針を電極パッドの配列と対応して微細ピッ
チで多数本実装する必要がある。

【０００９】しかも、その各プローブ針は、接触抵抗の
低減と耐久性とを図るべく金と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金
製などとし、且つ針固定部から先端側部（垂直に配して
オーバードライブにより座屈する部分）は前述の如く約
７０μm 程度の極細としても、それより上側の基端側部
は剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減を図るべく一
段太く（１５０〜５００μm ）程度に成形する必要があ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した超
高密度プローブカードにおいては、多数本のプローブ針
の極細の先端側部は、針ガイド部に挿通して被検査体の
電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列
支持できるとしても、それら各プローブ針の太い基端側
部では、外径寸法に比し相互の間隔が狭すぎて互いに接
触するなど干渉し、針先パターン通りに配列固定するこ
とは不可能であるので、各プローブ針を途中で大小折曲
して基端側部を広範囲に拡散して固定する必要があっ
た。

【００１１】特に、各プローブ針の基端側部を、プリン
ト基板の上方にアーチ状に出さずに、該プリント基板の
パターン電極に下側から真っ直ぐ嵌合して半田付けによ
り接続固定する直付けタイプのプローブカードを考えた
場合、そのプリント基板に各プローブ針の太い基端側部
を接続固定するための孔を針先パターン通りの微細ピッ
チで形成することは、その孔径に比し配列ピッチが狭す
ぎで充分な間隔がとれず、プリント基板の材質や孔加工
技術上の限界から実現不可能である。

【００１２】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、多数本のプローブ針の極細の先端側部
を、針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線上
に該電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共
に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑え
ながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉
せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定でき
て、特に、直付けタイプのものとして最適となるプロー
ブカードを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被検査体の微細ピッチで配列する多数の
電極に先端を圧接して電気的接続を行う多数本のプロー
ブ針をカード本体に実装してなるプローブカードにおい
て、前記各プローブ針は各々先端側部が細く途中から基
端側部が太くされ、且つその各プローブ針の細い先端側
部をカード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の
電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列
支持すると共に、その先端側部の上方部分で折曲し、そ
の上方の前記太い基端側部をカード本体の針固定部に前
記被検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又
は２本ずつ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とす
る。

【００１４】本発明のプローブカードは、前記多数本の
プローブ針の細い先端側部を、カード本体の針ガイド部
に挿通して被検査体に対し座屈可能に略垂直に支持した
垂直針タイプであることを特徴とする。

【００１５】本発明のプローブカードは、前記多数本の
プローブ針の太い基端側部を、カード本体のプリント基
板の下側から真っ直ぐ該基板のパターン電極に嵌合して
半田付けにより接続固定した直付けタイプであることを
特徴とする。

【００１６】

【作用】前記構成のプローブカードであれば、多数本の
プローブ針は、剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減
を図るべく、各々先端側部が細く途中から基端側部が太
くされているが、その各プローブ針の細い先端側部がカ
ード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の電極配
列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持さ
れる一方、その先端側部の上方部分が折曲され、その上
方の前記太い基端側部がカード本体の針固定部に前記被
検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又は２
本ずつ交互に偏倚して配列固定されるので、即ち各プロ
ーブ針の太い基端側部が一本ずつ或いは２本ずつ交互に
「ちどり足状に」配列されるので、各プローブ針の途中
での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針の太
い基端側部を互いに干渉せずに適当な間隔を存して、出
来るだけ針先パターンに近い狭い平面積内に旨く配列固
定できるようになり、特に直付けタイプのプローブカー
ドとして、微細ピッチ配列の多数本のプローブ針の基端
側のプリント基板への接続固定用の孔加工が相互に充分
な間隔を存して楽にできる上に、その多数の接続固定孔
が広範囲に拡散するのを抑えることができて最適とな
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１（ａ）（ｂ）
及び図２により説明する。まず、図２は半導体製造プロ
セスにおいて半導体ウエハＷ上に形成したチップ（半導
体デバイス）の電気的特性を検査（試験判定）するプロ
ーブ装置（別名：ウエハプローバ）の一部分を断面で示
している。

【００１８】このプローブ装置は、この基台（図示せ
ず）の略中央のメインステージにＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に
移動制御可能に構成されたウエハ載置台１が備えられ、
このウエハ載置台１の上面に被検査体である半導体ウエ
ハＷを真空チャックして水平状態に位置決め保持でき
る。

【００１９】一方、そのウエハ載置台１の上方には、前
記基台と平行に設けられたヘッドプレート及びインサー
トリングにカードホルダー（いずれも図示せず）を介し
て本発明のプローブカード２が固定支持されていると共
に、その上側にコンタクトリング３並びにテストヘッド
４が設置され、外部テスタ５と接続されている。

【００２０】前記プローブカード２は、半導体ウエハＷ
の高密度・高集積化に対処すべく、プローブ針３１の実
装本数の大幅な増加、即ち実装針の狭ピッチ化及び多数
本化を図った垂直針タイプの超高密度針プローブカード
で、しかも直付けタイプのプローブカードである。

【００２１】このプローブカード２の構成を以下に述べ
ると、まず、プローブカード本体として、プリント基板
２１と、この下側に次々と位置決めピンや締結ねじ（図
示せず）等により同心的に固着されるリング状の固定ブ
ロック２２，２３，２４，２５と、これら固定ブロック
内部空間の上部寄りに固定ブロック２３，２４により挟
持するかたちで水平に固定された針ガイド板２７と、同
様に固定ブロック内部空間の下端部に固定ブロック２５
に嵌着して水平に固定された上下２枚のガイド板２８，
２９とが備えられている。

【００２２】その針ガイド板２７，２８，２９は、それ
ぞれ絶縁性の樹脂プレートで、それぞれに針ガイド部と
して針挿通用の小孔２７ａ，２８ａ，２９ａ（図１参
照）が下記の針実装本数並びに配列に対応して、即ち前
記被検査体であるウエハＷの電極パッドＥの配列中心線
Ｏ上に該電極パッドＥと対応した微細ピッチＰで多数配
列して穿設されている。一方、前記プリント基板２１に
は図１に示す如く孔開きパターン電極２１ａが孔加工し
て埋め込むように配設されている。この孔開きパターン
電極２１ａは前記電極配列中心線Ｏ上から両側方に一個
ずつ交互に一定距離偏倚して「ちどり足状に」多数列設
されている。

【００２３】こうしたプローブカード２のカード本体に
プローブ針３１が多数本（図２には５本のみ示したが、
実際には約１５mm² 内に千本以上）格子状に沿って微細
ピッチで配列実装されている。

【００２４】即ち、まず、前記各プローブ針３１は、図
１に示す如く、接触抵抗の低減と耐久性とを図るべく金
と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金製で、且つ電極パッドＥの大
きさが約６０μm 角で、その配列ピッチが約１５０〜５
００μm 程度の高集積化・高密度の半導体チップを検査
対象とすべく、途中から先端側部（下側方部分）３１ａ
が極細（外径ｄ＝７０μm 程度）とされ、更にその先端
の針先３１ｂが円錐形状に尖鋭化されて、その直径ｄ′
が１５μm 程度の平坦面に成形されている。

【００２５】また、そのプローブ体３１は、剛性強度の
アップ並びに導体抵抗の低減を図るべく、途中から上側
に伸びる基端側部３１ｃが、前記先端側部３１ａより一
段太い所要の外径寸法（外径Ｄ＝２００μm 程度）に成
形されている。しかも、この各プローブ針３１は前述の
如く細い先端側部３１ａの上方部分（付根部分）で略ク
ランク形状に折曲され、この折曲部３１ｄにより基端側
部３１ｃの中心が先端側部３１ａの中心から一定距離偏
心せしめられている。

【００２６】こうした構成の各プローブ針３１の細い先
端側部３１ａが針ガイド板２７の各小孔２７ａに上方か
ら一本ずつ垂直に挿入され、その各針先３１ｂが更に下
方のガイド板２８，２９の小孔２８ａ，２９ａに挿入さ
れて、その下方に僅か（略２５０μm 程度）突出する状
態とされ、この状態で前記針ガイド板２７上にエポキシ
樹脂等の接着剤３２を充填して該プローブ針３１の途中
が接着固定されている。これで各プローブ針３１の途中
の接着固定部から先端側部３１ａが被検査体であるウエ
ハＷに対し各々略垂直状態で且つそのウエハＷの電極パ
ッドＥの配列中心線Ｏ上に該電極パッドＥと対応した微
細ピッチＰで配列支持されていると共に、その先端側部
３１ａの途中（ガイド板２７とガイド板２８との間）に
略１０ｍｍ程度の長さの座屈部３１ｅが確保されてい
る。

【００２７】また、その各プローブ針３１の途中を前述
の如くエポキシ樹脂等の接着剤３２で接着固定部する
際、その途中の略クランク形状の折曲部３１ｄを一本ず
つ交互に逆向きとなる状態に位置決めして接着固定す
る。これで各プローブ針３１の太い基端側部３１ｃが前
記電極配列中心線Ｏ上から両側方に一本ずつ交互に一定
距離偏倚して「ちどり足状に」配列され、そのままプリ
ント基板２１の孔開きパターン電極２１ａに一本ずつ下
側から真っ直ぐ嵌合されて、その端末（上端）が半田付
けにより該パターン電極２１ａに接続固定されている。

【００２８】これで、多数本のプローブ針３１は、各々
先端側部３１ａが細く途中から基端側部３１ｃが太くさ
れているが、その各プローブ針３１の細い先端側部３１
ａがカード本体の針ガイド部に小孔２７ａ，２８ａ，２
９ａに挿通して前記被検査体の電極配列中心線Ｏ上に該
電極Ｅと対応した微細ピッチＰで配列支持される一方、
その先端側部３１ａの上方部分が折曲され、その上方の
前記太い基端側部３１ｃが、カード本体の針固定部であ
る接着剤３２による固定部や、その上方のプリント基板
２１のパターン電極２１ａに対し、前記電極配列中心線
Ｏ上から両側方に一本ずつ交互に偏倚して配列されるの
で、即ち各プローブ針３１の太い基端側部３１ｃが一本
ずつ交互に「ちどり足状に」配列されるので、各プロー
ブ針３１の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各
プローブ針３１の太い基端側部３１ｃを互いに干渉せず
に適当な間隔Ｍ，Ｎを存して、出来るだけ針先パターン
に近い狭い平面積内に旨く配列固定できるようになる。

【００２９】このために、特に図示した直付けタイプの
プローブカードとした場合、微細ピッチ配列の多数本の
プローブ針３１の太い基端側部３１ｃを嵌合するプリン
ト基板２１の各パターン電極２１ａの孔加工が相互に充
分な間隔を存して楽にできる上に、その多数の孔が広範
囲に拡散するのを抑えることができて最適となる。これ
でプローブカード全体のコンパクト化や各プローブ針３
１の短縮化などが図れて、優れたテスティング特性が得
られるようになる。

【００３０】なお、そのテスティングは、プローブ装置
のウエハ載置台１上に半導体ウエハＷを載置し、そのウ
エハ載置台１をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御して、こ
の上面に保持した半導体ウエハＷ上の各チップの電極パ
ッドＥにプローブカード２の各プローブ針３１の針先を
接触させ、これでそのプローブ針３１とプローブカード
２の上方に配するコンタクトリング３並びにテストヘッ
ド４を介して外部テスタ５を電気的に接続し、そのテス
タ５により該半導体チップの電気的特性の測定検査を行
うようになる。

【００３１】そのウエハ載置台１を上昇させて半導体ウ
エハＷのチップの電極パッドＥ面を各プローブ針３１の
針先に接触させた際、そこで更にオーバードライブ（ウ
エハ載置台１の上昇）をかけて、各プローブ針３１を前
記ガイド板２７と下側ガイド板２８との間で図示想像線
で示す如く座屈させながら、それぞれ電極パッドＥに対
する所要の接触面圧を確保し、この圧接状態で、更に前
記ウエハ載置台１を水平方向に数回微細変位させて、該
電極パッドＥ面の酸化皮膜を針先で掻き取ることで、各
プローブ針３１と電極パッドＥとの確実な電気的接続を
行うようにする。

【００３２】図３は本発明のプローブカードの他の実施
例を示すもので、ここでは、図示の如く、前述同様の多
数本のプローブ針３１はの細い先端側部３１ａをカード
本体の針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線
Ｏ上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持すると共
に、その先端側部の上方部分で略クランク状に折曲し、
その上方の太い基端側部３１ｃをカード本体の針固定部
であるプリント基板に前記被検査体の電極配列中心線Ｏ
上から両側方に２本ずつ交互に偏倚して「２個ちどり足
状に）配列固定した構成である。この構成でも前述と同
様の作用効果が得られるようになる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のプローブカードは、前述の如く
構成したので、多数本のプローブ針の極細の先端側部
を、針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線上
に該電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共
に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑え
ながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉
せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定でき
て、特に、直付けタイプのものとして最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブカードの一実施例を示すもの
で、（ａ）は一部分の平面図、（ｂ）は同じく一部部分
の拡大縦断面図。

【図２】同上実施例のプローブカードを用いたプローブ
装置の一部省略した断面図。

【図３】本発明のプローブカードの他の実施例を示す一
部分の平面図。

【符号の説明】

２…プローブカード、２１，３２…カード本体の針固定
部（２１…プリント基板、３２…接着剤）、２１ａ…パ
ターン電極、２７，２８，２９…ガイド部（ガイド
板）、３１…プローブ針、３１ａ…先端側部、３１ｃ…
基端側部、３１ｄ…折曲部、Ｏ…電極配列中心線、Ｐ…
ピッチ、Ｗ…被検査体（半導体ウエハの）、Ｅ…電極パ
ッド。

フロントページの続き (72)発明者 佐野 國夫 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体の微細ピッチで配列する多数の
   電極に先端を圧接して電気的接続を行う多数本のプロー
   ブ針をカード本体に実装してなるプローブカードにおい
   て、前記各プローブ針は各々先端側部が細く途中から基
   端側部が太くされ、且つその各プローブ針の細い先端側
   部をカード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の
   電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列
   支持すると共に、その先端側部の上方部分で折曲し、そ
   の上方の前記太い基端側部をカード本体の針固定部に前
   記被検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又
   は２本ずつ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とす
   るプローブカード。
2. 【請求項２】 多数本のプローブ針の細い先端側部は、
   カード本体の針ガイド部に挿通して被検査体に対し略垂
   直に支持したことを特徴とする請求項１記載のプローブ
   カード。
3. 【請求項３】 多数本のプローブ針の太い基端側部は、
   カード本体のプリント基板の下側から真っ直ぐ該基板の
   パターン電極に嵌合して半田付けにより接続固定したこ
   とをを特徴とする請求項２記載のプローブカード。