JPH09153528A - プローブカードデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広い面積にわたって被検査体の電極パッドに接
触バンプをコンタクトさせる場合でも、全ての接触バン
プを電極パッドに確実に接触させることができるプロー
ブカードデバイスを提供することにある。 【解決手段】可撓性および絶縁性を有する膜に複数の電
極パッド５２に対応するように、前記複数の電極パッド
に接触させるための接触バンプ群１５ａを有するプロー
ブカード１５と、前記プローブカード５の裏面を半導体
ウェハに向けて押圧するための押圧機構１４とを具備
し、前記押圧機構１４は、前記プローブカードの裏面に
設けられた押え部材３５と、この押え部材３５に設けら
れ前記プローブカードの裏面に対面するエラストマ３７
と、このエラストマ３７の表面に凹条溝３８を形成する
ことにより区画された前記接触バンプ群１５ａに対応す
る独立した押圧エリア３９とから構成したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体デバイス
のような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デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、半導
体ウェハ上に精密写真転写技術等を用いて多数の半導体
デバイスが形成され、この後各デバイス毎に切断され
る。このような半導体デバイスの製造工程では、従来か
らプローブ装置を用いて、半完成品の半導体デバイスの
電気的特性の測定を半導体ウェハの状態で行い、この試
験の結果、良品と判定されたもののみをパッケージング
等の後工程に送ることによって生産性の向上を計ってい
る。

【０００３】この種のプローブ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ
方向に移動可能に構成された、被検査体としての半導体
ウェハを載置するための載置台を備えている。載置台の
上方には、半導体ウェハに形成された半導体チップの電
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
カードが配置される。そして、載置台上に半導体ウェハ
を載置し、載置台の位置を調節することにより半導体ウ
ェハの電極パッドにプローブ針を接触させ、このプロー
ブ針を介してテスタにより電気的特性の測定を行う。

【０００４】近時、半導体デバイスが益々微細化し、回
路の集積度が高くなってきており、電極パッドのサイズ
が微細化し、その間隔も極狭くなってきている。例え
ば、半導体デバイスの各電極パッドは、一辺が６０〜１
００μｍ角であり、各電極パッド列の相互間ピッチ距離
は１００〜２００μｍである。従って、プローブカード
の限られたスペースに数百本と一層多数のプローブ針が
必要となるが、このようなことは技術的に困難であり、
限界に近付きつつある。

【０００５】そこで、特開平２−１２６１５９号公報お
よび特開平２−１６３６６４号公報に示されるように、
所定のパターン配線を有する膜部材に複数の電極バンプ
を設けた、いわゆるメンブレンタイプのプローブカード
が提案されている。

【０００６】これらのうち特開平２−１２６１５９号公
報に記載されているプローブ装置は、多数の電極バンプ
を有し、かつ環状移動枠に張付けられた膜部材を有す
る。膜部材の周縁部は支持体で支持されると共に、支持
体と環状移動枠との間に板ばねが架設される。また、膜
部材の裏面にはクッション材が貼付けられ、このクッシ
ョンによりウェハの電極パッドの高低差が吸収される。
そして、検査時には、板ばねの弾力に抗して、膜部材が
環状移動枠と一体的に垂直方向に移動し、その電極バン
プが半導体ウェハの電極パッドに弾力的に接触する。

【０００７】一方、特開平２−１６３６６４号公報に記
載されているプローブ装置は、揺動可能な回転板が膜の
裏面側に設けられている以外は、上記特開平２−１２６
１５９号公報に記載のプローブ装置と概ね同様に構成さ
れている。この装置では、検査時に半導体ウェハと膜部
材とが平行状態にない場合、回転板が回転することによ
り膜部材が半導体ウェハと徐々に平行になり、弾力的に
接触する。

【０００８】ところで、このようなメンブレンタイプの
プローブカードを用いたプローブ装置において、カード
の寸法を大きくして多数のチップの電極パッドを一括し
てコンタクトし、試験効率を向上させることが考慮され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のプローブ装置では、１チップの範囲では
電極バンプを対応する接触パッドに確実に接触させるこ
とができるものの、一度に多数の半導体チップの電極パ
ッドを一括してコンタクトしようとすると、コンタクト
させるべき面積が広すぎて、半導体ウェハの平行度の問
題により、全ての接触バンプを電極パッドに確実に接触
させること、および全ての接触バンプの接触点に対して
均等圧力を加えることが困難となる。

【００１０】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、半導体ウェハ上の複
数の半導体チップの電極パッドを一括してコンタクトす
る場合のように、広い面積に亘って電極パッドに接触バ
ンプをコンタクトさせる場合でも、全ての接触バンプを
電極パッドに確実に接触させること、および全ての接触
バンプの接触点に対して略均等に圧力を加えることがで
きるプローブカードデバイスを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、複数の電極パッドを有する
被検査体の電極パッドに接触バンプを接触させて前記被
検査体の電気特性を検査するためのプローブカードデバ
イスにおいて、可撓性および絶縁性を有する膜に前記被
検査体の複数の電極パッドに対応するように、前記複数
の電極パッドに接触させるための接触バンプ群を有する
プローブカードと、前記プローブカードの裏面を前記被
検査体に向けて押圧するための押圧機構とを具備し、前
記押圧機構は、前記プローブカードの裏面に設けられた
押え部材と、この押え部材に設けられ前記プローブカー
ドの裏面に対面する弾性シートと、この弾性シートの表
面に切込みを形成することにより区画された前記接触バ
ンプ群に対応する独立した押圧エリアとから構成したこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項２は、前記押圧機構は、前記プロー
ブカードの張力を調整するための張力調整手段を有する
ことを特徴とする。請求項３は、前記押え部材は、ボー
ルを中心として揺動自在に支持されていることを特徴と
する。

【００１３】請求項４は、前記弾性シートは、シリコン
ゴムからなり、前記被検査体の表面プロファイルに応じ
て変形可能であり、プロービング時の押圧力によって前
記被検査体の表面プロファイルに対応して変形すること
を特徴とする。

【００１４】請求項５は、前記押圧エリアを形成する切
込みは、前記プローブカードの接触バンプ群を囲むよう
に形成された断面Ｖ字状の凹条溝であることを特徴とす
る。この発明においては、プローブカードの裏面を前記
被検査体に向けて押圧するための押圧機構が、プローブ
カードの裏面に設けられた弾性シートの表面に切込みを
形成することにより区画された押圧エリアが形成され、
この押圧エリアが前記接触バンプ群に対応して独立して
弾性変形するために、被検査体の表面プロファイルに対
応して変形し、広い面積の被検査体であっても電極パッ
ドに接触バンプをコンタクトさせる場合でも、被検査体
の電極パッドと接触バンプとを確実に接触することがで
き、全ての接触バンプの接触点に対して略均等に圧力を
加えることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はプローブカードデバイス
の縦断正面図で、図２はプローブカードデバイスが適用
されるプローブ装置を示す概略的構成図である。

【００１６】図２に基づいてプローブ装置の概略的構成
を説明すると、プローブ装置１は筐体１ａを有し、その
内部の略中央にはメインステージ２が設けられている。
このメインステージ２には、被検査体としての半導体ウ
ェハ５０を載置固定するための載置台３が取り付けられ
ている。この載置台３は、その下方に設けられた移動機
構４によりＸ，Ｙ，Ｚ方向への移動およびθ回転移動が
可能となっている。

【００１７】前記載置台３の上方には、この発明のプロ
ーブカードデバイス５が前記半導体ウェハ５０に対向す
るようにして、プローブ装置１のヘッドプレート１ｂに
取り付けられている。このプローブカードデバイス５は
半導体ウェハ５０のプロービングを行うためのものであ
り、その詳細な構造については後述する。

【００１８】図示はしていないが、プローブ装置１の中
央手前側にはアライメントユニットが設けられている。
このアライメントユニットには、アライメント用の画像
認識装置としてカメラなどが設けられており、アライメ
ントをとる場合には、前記載置台３がカメラの下方位置
にまで移動される。

【００１９】また、前記プローブ装置１の図面右側部分
には半導体ウェハ５０を搬入または搬出するためのオー
トローダ６が配置されている。前記オートローダ６には
多数の半導体ウェハ５０を互いに垂直方向に所定間隔を
有して収容したウェハカセット７がカセット載置台８上
に交換可能に配置されている。このウェハカセット７と
前記載置台３との間には水平面内で移動可能なローダス
テージ９と、図示しないＹ方向駆動機構とＺ方向昇降機
構とにより駆動可能なハンドリングアーム１０とが設け
られている。

【００２０】また、前記プローブ装置１の図面左側部分
にはプローブカード交換機１１が設けられている。この
プローブカード交換機１１には複数種類のプローブカー
ドが収容されており、必要に応じてプローブカードの交
換動作が行われる。

【００２１】プローブカードデバイス５の上方には、後
述する押圧機構１４およびテストヘッド１２がそれぞれ
着脱自在に配置され、テストヘッド１２にはテスタ１３
が接続されている。押圧機構１４は、テストヘッド１２
およびプローブカードデバイス５間を電気的に接続し、
テスタ１３は、処置の電源電圧や検査パルス信号を半導
体ウェハ５０のチップに印加し、チップ側からの出力信
号を取り込んでチップの良否を判定するようになってい
る。

【００２２】半導体ウェハ５０を前記プローブカードデ
バイス５を用いて検査するときには、この半導体ウェハ
５０が前記ローダステージ９により前記載置台３の近く
にまで搬送され、前記ハンドリングアーム１０により前
記載置台３上に載置され、図示しないチャックにより固
定される。そして、その状態でプローブカードデバイス
５によりプロービングが行われる。検査終了後は、前記
半導体ウェハ５０はハンドリングアーム１０により前記
ローダステージ９上に再び移動され、そのローダステー
ジ９によりウェハカセット７にまで搬送される。

【００２３】プローブ装置１の上部に配置されたテスタ
１３の上部には、必要に応じて、顕微鏡やテレビカメラ
のような監視装置を設置することが可能である。また、
このプローブカードデバイス５の監視の他の実施方法と
して、被検査体としての半導体ウェハ５０を載置した載
置台３に上向きのカメラを設けて位置合わせすることも
できる。

【００２４】次に、プローブカードデバイス５について
説明する。プローブカードデバイス５は、図１に示すよ
うに、メンブレンタイプのプローブカード１５と、プロ
ーブカード１５を支持する支持体１６と、プローブカー
ド１５を被検査体である半導体ウェハ５０に対して押圧
する押圧機構１４と、プリント配線板１８とを備えてい
る。

【００２５】さらに、プローブカード１５は、ポリイミ
ド樹脂、シリコーン樹脂等の可撓性および絶縁性を有す
る膜に対して銅、銅合金などからなる配線を形成した樹
脂シートを積層したフレキシブルプリント回路によって
形成されており、下面には半導体ウェハ５０に形成され
た複数の半導体チップ５１…に設けられた電極パッド５
２…の数および配置に対応して接触バンプ群１５ａが形
成されている。

【００２６】プリント配線板１８は、プローブ装置１の
載置台３に対向する位置に形成された孔に嵌め込まれる
ように設けられ、ヘッドプレート１ｂに固定される。こ
のプリント配線板１８は、硬質の樹脂基板と、その表面
に形成された配線とを有しており、この配線によりプロ
ーブカード１５と半導体ウェハ５０の電極パッド５２と
が電気的に接続される。

【００２７】一方、支持体１６は、プリント配線板１８
に形成された開口部１８ａに嵌め込まれ、支持体１６は
ボルト１８ｂによってプリント配線板１８に固定されて
いる。支持体１６の上面中央部には上段２０ａと下段２
０ｂの２段の段差を有する凹部２０が形成されており、
この凹部２０の底部には開口部２０ｃが設けられてい
る。

【００２８】支持体１６の下段２０ｂには下部支持部材
２１が支持され、この上部には中間支持部材２２が載置
されている。さらに、中間支持部材２２の上部には上段
２０ａに支持された状態で上部支持部材２３が設けられ
ている。下部支持部材２１と中間支持部材２２との間お
よび中間支持部材２２と上部支持部材２３との間にはそ
れぞれ上方へ円弧状に膨出する方向に付勢された板ばね
２４，２５の外周縁部が介在されている。

【００２９】そして、上部支持部材２３の周縁部をボル
ト２６によって支持体１６に締付け固定することによ
り、下部支持部材２１および中間支持部材２２を同時に
支持体１６に固定している。

【００３０】さらに、下部支持部材２１の中央部には小
径の開口孔２１ａが穿設され、この開口孔２１ａに対向
する上部支持部材２３の中央部には大径の開口孔２３ａ
が設けられている。そして、開口孔２１ａと２３ａには
垂直方向にプローブカード張力調整手段としての調整ね
じ２８が貫通した状態に支持されている。

【００３１】調整ねじ２８の外周面には雄ねじ部２９が
刻設され、上端面にはドライバー等の工具が係止される
凹溝３０が形成されている。さらに、前記下位の板ばね
２４の下面には調整ねじ２８の雄ねじ部２９に螺合され
る雌ねじ部を有する下部リング３１が設けられている。

【００３２】また、上位と下位の板ばね２４，２５間に
は調整ねじ２８の雄ねじ部２９に螺合される雌ねじ部を
有する中間リング３２が設けられている。さらに、上位
の板ばね２５の上面には調整ねじ２８の雄ねじ部２９に
螺合される雌ねじ部を有する上部リング３３が設けられ
ている。したがって、調整ねじ２８は２枚の板ばね２
４，２５によって支持体１６に対して垂直にしかも弾性
的に支持されている。

【００３３】この調整ねじ２８の下端部は下部支持部材
２１より下方へ突出しており、この先端部には例えばセ
ラミックやルビー等の耐摩耗性に優れた高い硬度のボー
ル３４が一部を突出した状態に埋設され、このボール３
４を中心として揺動自在に押え部材３５が支持されてい
る。

【００３４】押え部材３５は、図３および図４に示すよ
うに、アルミニウムプレート３６を基板として固着され
たシリコンゴム等のクッション材からなる弾性シートと
しての矩形状のエラストマ３７によって形成されてい
る。エラストマ３７の表面、つまりプローブカード１５
の裏面に対面する側には切込みとしての例えば断面がＶ
字状の凹条溝３８が形成されている。この凹条溝３８は
格子状であり、この凹条溝３８によって囲まれ矩形状に
区画された押圧エリア３９が設けられている。

【００３５】これら押圧エリア３９は前記プローブカー
ド１５の各接触バンプ群１５ａに対応するようになって
いる。すなわち、１枚のエラストマ３７は凹条溝３８に
よって複数の押圧エリア３９に区画されており、個々に
独立してクッション作用をなすことに特徴がある。凹条
溝３８の深さはエラストマ３７の肉厚を貫通する深さま
たはそれに近い深さであり、凹条溝３８を断面をＶ字状
とすることにより、押圧エリア３９が断面台形状とな
り、周囲が圧縮されたときの弾性変形の逃げ部となり、
効果的である。

【００３６】さらに、エラストマ３７の表面の押圧エリ
ア３９にはテフロンシート４０が設けられ、エラストマ
３７がクッション材として作用すると共に、テフロンシ
ート４０で滑らせることにより、各方位の張力が安定す
るとともに、載置台３にある半導体ウェハの５０の電極
パッドに対してプローブカード１５の接触バンプ群１５
ａがボール３４を中心として揺動自在に相互に面を合わ
せられるようになっている。なお、テフロンシート４０
に代って押圧エリア３９の表面にテフロンコーティング
してもよい。

【００３７】次に、このように構成されたプローブ装置
の作用について説明する。まず、ウェハカセット７の内
部の半導体ウェハ５０をハンドリングアーム１０によっ
て把持してメインステージ２の載置台３に載置する。そ
の際に、プローブカード１５は、調整ねじ２８を調節す
ることによりその張力が調整されて所定の平面度に調節
されている。また、調整ねじ２８を調節することにより
接触バンプ１５ａの押し付け荷重が調節されている。そ
して、半導体ウェハ５０を載置台３に設けられたチャッ
ク（図示せず）により固定し、その後、移動機構４によ
り載置台３を移動させ、載置台３を上昇させ、半導体チ
ップ５１の電極パッド５２とプローブカード１５の接触
バンプ群１５ａとを接触させことにより、プローブカー
ド１５と半導体ウェハ５０との平面方向の位置合わせを
行う。

【００３８】この場合、１枚の半導体ウェハ５０には例
えば６４個の半導体チップ５１が形成されており、プロ
ーブカード１５には半導体ウェハ５０の複数の半導体チ
ップ５１と対応するように設けられているため、移動機
構４により接触バンプ群１５ａと、それと対応する複数
の半導体チップ５１との位置決めを行う。

【００３９】そして、半導体ウェハ５０に形成された複
数の半導体チップ５１の電極パッド５２に対して接触バ
ンプ群１５ａの各バンプを電極パッド５２を接触させる
と、プローブカード１５の裏面側に設けられたエラスト
マ３７からなる押圧エリア３９が接触バンプ群１５ａの
全面に亘って弾性的に付勢力を与える。

【００４０】このようにプローブカード１５が裏面側か
ら付勢力が与えらることにより、プローブカード１５が
半導体ウェハ５０の表面プロファイルに対応して変形す
るので、プローブカード１５が半導体ウェハ５０の表面
プロファイルに追従した状態で押圧力が付与される。し
かも、エラストマ３７の押圧エリア３９とプローブカー
ド１５との間に介在されたテフロンシート４０が横方向
への滑りを良くし、しかもエラストマ３７に形成された
凹条溝３８によって個々の押圧エリア３９が独立して弾
性変形する。

【００４１】したがって、半導体ウェハ５０上の複数の
半導体チップ５１の各電極パッド５２を一括してコンタ
クトする場合のような広い面積におけるコンタクトをと
る場合でも、半導体ウェハ５０の電極パッド５２と接触
バンプ群１５ａの各バンプとを確実に接触することがで
きる。

【００４２】また、押圧機構２４の調整ねじ２８の先端
部にボール３４が設けられ、このボール３４を中心とし
て押え部材３５が揺動自在に支持されているために、プ
ローブカード１５と半導体ウェハ５０との間に傾きが存
在する場合でも、容易に追従することができる。

【００４３】さらに、プローブカード１５の裏面側にエ
ラストマ３７を設けることにより、半導体ウェハ５０の
電極パッド５２とプローブカード１５の接触バンプ１５
ａとの接触時の衝撃を緩衝することができ、電極パッド
５２および接触バンプ１５ａの損傷を防止でき、プロー
ブカード１５の耐久性を向上できる。

【００４４】なお、前記実施形態によれば、エラストマ
３７に格子状の凹条溝３８を設けて押圧エリア３９を形
成したが、図５に示すように、プローブカード１５の接
触バンプ群１５ａが１列に枠状に配置されている場合、
エラストマ３７に枠状の凹条溝４１，４２を設け、枠状
の接触バンプ群１５ａに対応して枠状の押圧エリア４３
を形成してもよい。

【００４５】また、エラストマ３７に形成した凹条溝３
８は断面Ｖ字状に限定されず、図６に示すように、エラ
ストマ３７に断面コ字状の凹条溝４４を設け、この凹条
溝４４によって押圧エリア４５を囲むようにしてもよ
い。さらに、被検査体としては半導体ウェハに限らず、
例えば液晶表示基板であってもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１によれば、プローブカードの裏面に対面する弾性シー
トの表面に切込みを形成することにより区画された押圧
エリアを形成し、この押圧エリアをプローブカードの接
触バンプ群に対応することにより、プローブカードが被
検査体の表面プロファイルに対応して変形するので、プ
ローブカードが被検査体の表面プロファイルに追従した
状態で押圧力が付与される。したがって、半導体ウェハ
上の複数の半導体チップの電極パッドを一括してコンタ
クトする場合のように、広い面積にわたって電極パッド
に接触バンプをコンタクトさせる場合でも、全ての接触
バンプを電極パッドに確実に接触させることができ、か
つ全ての接触バンプの接触点に対して略均等に圧力を加
えることができるという効果がある。

【００４７】請求項２によれば、前記請求項１の効果に
加え、プローブカードの張力を張力調整手段によって任
意に調整できるという効果がある。請求項３によれば、
前記請求項１の効果に加え、押圧部材が、ボールを中心
として揺動自在に支持されているため、被検査体とプロ
ーブカードとに傾きがあっても、均等に接触させること
ができるという効果がある。

【００４８】請求項４，５は、請求項１の効果に加え、
弾性シートがシリコンゴムであり、そのシリコンゴムに
切込みを形成することにより、切込みに囲まれた押圧エ
リアが個々に独立して変形し、全ての接触バンプを電極
パッドに確実に接触させることができ、正確な電気的特
性を測定できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示すプローブ装置を示
す概略構成図。

【図２】同実施形態のプローブカードデバイスを示す縦
断側面図。

【図３】同実施形態の押え部材の斜視図。

【図４】同実施形態の押え部材の縦断側面図。

【図５】この発明の他の実施形態の押え部材の下面図。

【図６】この発明の他の実施形態の押え部材の縦断側面
図。

【符号の説明】

１……プローブ装置 １４…押圧機構 １５…プローブカード １５ａ…接触バンプ群 ２８…調整ねじ ３４…ボール ３５…押え部材 ３７…エラストマ ３８…凹条溝 ３９…押圧エリア ５０…半導体ウェハ ５２…電極パッド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極パッドを有する被検査体の電
   極パッドに接触バンプを接触させて前記被検査体の電気
   特性を検査するためのプローブカードデバイスにおい
   て、 可撓性および絶縁性を有する膜に前記被検査体の複数の
   電極パッドに対応するように、前記複数の電極パッドに
   接触させるための接触バンプ群を有するプローブカード
   と、 前記プローブカードの裏面を前記被検査体に向けて押圧
   するための押圧機構とを具備し、 前記押圧機構は、前記プローブカードの裏面に設けられ
   た押え部材と、この押え部材に設けられ前記プローブカ
   ードの裏面に対面する弾性シートと、この弾性シートの
   表面に切込みを形成することにより区画された前記接触
   バンプ群に対応する独立した押圧エリアとから構成した
   ことを特徴とするプローブカードデバイス。
2. 【請求項２】 前記押圧機構は、前記プローブカードの
   張力を調整するための張力調整手段を有することを特徴
   とする請求項１に記載のプローブカードデバイス。
3. 【請求項３】 前記押え部材は、ボールを中心として揺
   動自在に支持されていることを特徴とする請求項１記載
   のプローブカードデバイス。
4. 【請求項４】 前記弾性シートは、シリコンゴムからな
   り、前記被検査体の表面プロファイルに応じて変形可能
   であり、プロービング時の押圧力によって前記被検査体
   の表面プロファイルに対応して変形することを特徴とす
   る請求項１記載のプローブカードデバイス。
5. 【請求項５】 前記押圧エリアを形成する切込みは、前
   記プローブカードの接触バンプ群を囲むように形成され
   た断面Ｖ字状の凹条溝であることを特徴とする請求項１
   記載のプローブカードデバイス。