【０００１】
【発明の属する技術分野】
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）に対しウエハ状態のまま垂直型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ならびに高温中において回路に電気的ストレスを加え半導体チップの加速試験を行うバーンインテストに使用するプローバ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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回路端子（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。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方式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ハ状態での特性チェックや良否判定がどうしても必要となる。
【０００３】
特に、パッド配列が微細化（狭ピッチ化）したことで問題となるのは、電子デバイスの電気的特性試験や回路検査の際に、半導体チップのパッドに接触させて電気的導通を得るためのプローブの構造をパッド配列の微細化に合せたものとしなければならないということであり、このパッド配列の微細化の進歩に対応するために種々な測定手段が用いられている。
【０００４】
例えば、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エリア配列したプローブ組立体を介在させる手段がある。このプローブ組立体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。
【０００５】
一般にプローブカードにおいて、片持梁のカンチレバー構造を有する針状のプローブを採用した場合は、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った。しかし、このカンチレバー構造は、パッドと接触する際に先端が水平方向にずれるためパッドに傷をつけたり、また、パッドから外れて測定歩留まりの低下を招くなどの問題があり、さらに、チップ１個ずつの測定しか出来ない、プローブ１本ずつの取りつけ精度にばらつきがあり一定接触圧のコントロールが難しいなどの問題があった。
【０００６】
このカンチレバー構造に代わる垂直型プローブ、すなわち、プローブがプローブカードの回路端子に垂直に固定された垂直型プローブにおいては、半導体チップ上のパッドピッチとプローブカード上の回路端子ピッチとが同等のピッチ間隔で構成されることが必要となる。しかし、プリント配線基板であるプローブカード上では回路パターンを微細化するには製造技術上の限界があり、従って回路端子の占める面積や配線幅もパッドピッチに合わせた要求を満たすことは困難であり、さらに、半田付け可能なピッチ間隔にも限界があるため、微細化が進むにつれて垂直型プローブを半導体チップのパッドピッチに合せてプローブカードに垂直に固定することは不可能であった。
【０００７】
このように、プローブカード上では、平面的エリアが回路端子面積の他に回路配線幅によって占有される割合が大きく、回路端子の狭ピッチ化を妨げている。そこで、プローブカードに多層プリント配線基板を使用し、回路端子を格子状あるいは２列千鳥型に配列し、層間の配線をスルーホールを介して電気的に接続することによって垂直型プローブの本数を維持する手段も採られている。しかし、このスルーホールの占める空間が大きくなるため、スルーホールの存在が回路端子配列の狭ピッチ化を妨げる原因にもなっている。このように、垂直型プローブをプローブカードに固定しようとすると、回路端子の狭ピッチ化の困難性に加えて半田付け作業に高度な技術と多大な人的工数を必要とし、高価なものになっていた。
【０００８】
これらの問題を解決するために、発明者等は、下記のような構造の垂直型プローブ組立体を提案（特願２０００−１５４８２６；特開２００１−３３２５９２公報）し、かつその垂直型プローブ組立体を用いたプローバ装置についても既に提案（特願２００１−３１２０２２）している。
【０００９】
すなわち、図２５の斜視図に示すように、既に提案のこの垂直型プローブ組立体５０は、平行する上下２枚の四角形の絶縁基板（あるいは絶縁フィルム）５１と５２の間に複数本の垂直型プローブ１１を植立する構造である。上下２枚の絶縁基板５１、５２は垂直型プローブ１１の中間に設けられた段部に係止されて一定間隔に保たれ、また、垂直型プローブ１１のピッチ配列は、被測定半導体チップ上のパッドピッチ配列に一致させている。各垂直型プローブ１１は上下両先端が絶縁基板５１及び５２からわずか突出して電気的接触端子５３となり、中間部には湾曲部５４を設けてプローブに垂直に掛かる外力に対し弾力性を持たせて歪を吸収している。この湾曲部５４は、直交配列される垂直型プローブ同士が接触しないように列ごとに上下に位置をずらして設けられている。また、各垂直型プローブ１１は角型断面を有し、上下絶縁基板５１、５２の対向位置に開けられた角孔に挿通され、上下には可動するが回転はしない回り止め構造となっている。
【００１０】
このような垂直型プローブ組立体を有するプローバ装置は、図２６の斜視図に示すように構成されている。すなわち、この垂直型プローブ組立体５０の上方には、図示していないが多数の被検査半導体チップが形成された半導体ウエハがチップパッドを下向きにしてウエハステージにセットされ、一方、垂直型プローブ組立体５０の下方には、このプローブ組立体の垂直型プローブと接触する接続構造体５５が設けられ、この接続構造体５５はフレキシブルフラットケーブル５６を介してプローブカード５７に接続されている。そして、フレキシブルフラットケーブル５６の接続構造体５５側の配線はチップパッドと同じ狭ピッチで配線され、その配線端部は配線端子として垂直型プローブ組立体５０の垂直型プローブとの一括接触を可能とし、また、フレキシブルフラットケーブル５６のプローブカード５７側の配線は、その配線ピッチ間隔がプローブカード５７上の回路配線端子に半田付けができる程度に広げられている。
【００１１】
また、ウエハステージ（図示せず）及び垂直型プローブ組立体５０はＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向の移動が可能であり、また、垂直型プローブ組立体５０は垂直型プローブを接続構造体５５に設けられたフレキシブルフラットケーブル配線端子に位置決めして一括接触させた後は、そのウエハ検査が終わるまで動かす必要はない。ここで、接続構造体５５は、フレキシブルフラットケーブル５６の配線端子面を水平に上に向けて固定することによって垂直型プローブと接続するソケット機能を果たしている。なお、この接続構造体の詳細についてはすでに提案済みであるのでここでは説明を省略する。
【００１２】
この状態でウエハステージを移動させ、半導体チップの一つを垂直型プローブ組立体に位置合わせし、それぞれ複数のチップパッドと垂直型プローブ組立体の上部接触端子とを一括接触させる。これにより、狭ピッチ化された半導体チップとプローブカードとを電気的に接続することが可能となり、プローバ装置としての機能が大幅に向上したことによって半導体デバイスの高集積化に大きく貢献している。
【特許文献１】特開２００１−３３２５９２公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、本発明者等が提案した垂直型プローブによるプローバ装置は、狭ピッチ化されたパッドピッチ、例えば４５μｍピッチの半導体チップに対しても測定が可能な装置である。しかも、プローブの組立に際し半田付けを用いることなく自動組立が可能であるため、低コストの多量生産が可能であり、また、チップパッドに対し垂直に一括接触できることから全てのプローブに対し均等に接触圧をコントロールできるなどの大きな利点が得られている。
【００１４】
しかし、この垂直型プローバ装置においても、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップを一個ずつ順に検査して行く装置であることには変わりなく、その都度ウエハステージを１チップずつ移動させる必要がある。一方、半導体ウエハは大口径化（例えば、直径３００ｍｍなど）が進み、半導体ウエハ上に形成される半導体チップの個数は数十から数百に及び、ますます高密度化されてきている。そのため、１枚の半導体ウエハの検査に要する時間はかなりのものとなり、ウエハステージを移動させずにウエハ上の全ての半導体チップに対し同時に検査を行うことができるマルチ配列の垂直型プローブ組立体（以下、これをマルチ配列プローブ組立体と言う）を備えたプローバ装置の要求が高まっている。しかし、例えば、パッド数１００個を有するチップが２００個形成されたウエハに対しては、１００×２００＝２００００本の信号配線が必要となり、これだけの本数を効率よく引き出して外部の検査装置に接続させることは困難である。
【００１５】
一方、マルチ配列プローブ組立体をバーンインテストに使用しようとすると、１２０℃程度の高温雰囲気に置かれるため、個別配列プローブ組立体によってチップ１個ずつ検査するときにはあまり問題にならなかった熱膨張の影響が大きくなり、シリコンウエハに形成されているパッドピッチと樹脂フィルムなどの絶縁基板に植立している垂直型プローブのピッチとの間でピッチズレが発生するという問題がある。特に、ウエハの周辺部に行くにしたがって垂直型プローブのピッチズレが累積されて大きくなり、プロービングが不可能となる。この問題を解決するために、樹脂フィルムの代わりにシリコン板を使用して熱膨張を合わせ、このシリコン板にプローブを取り付けてピッチズレを防ぐ方法が提案されているが、この方法はシリコン板にプローブを取り付けるのに困難性があるためプローブに代わってバンプを形成し、プローブカードとしているに過ぎない。
【００１６】
本発明は、これらの要求を満足するためになされたもので、電子デバイスの高集積化にともなってますます高密度化される半導体チップの特性を検査するにあたり、１枚の半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップに対し一括して同時にプロービングテストならびにバーンインテストができるように、垂直型プローブ組立体をマルチ配列構造とするとともに熱膨張問題及び信号配線問題を解決したプローバ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体ウエハに形成された被検査半導体チップに垂直型プローブを接触させ、この垂直型プローブを介して検査装置との間で電気的接続を行うプローバ装置において、前記垂直型プローブを複数本規則的に配列して一体化した個別プローブ組立体と、この個別プローブ組立体を複数個マトリクス状にマルチ配列して装架するためのマルチ配列装架台と、このマルチ配列装架台に組み込まれ前記個別プローブ組立体との間で電気的接続を行うためのリボン状フィルム構造の電気配線接続体とを有し、半導体ウエハに形成された被検査半導体チップの全てに対し一括してプロービングテストならびにバーンインテストを行うようにしたもので、マルチ配列された個別プローブ組立体のそれぞれは、半導体ウエハに形成された被検査半導体チップの全てに対し一対一で対応している。
【００１８】
また、本発明において、前記マルチ配列装架台は、支持基板上にマトリクス状に配列して植立された複数本の位置決め用の支柱と、この支柱によってＸ−Ｙ−Ｚ方向に位置決めされ支持基板上にマルチ配列されて固定された複数の台座とを有し、同じく支柱によってＸ−Ｙ方向に位置決めされる個別プローブ組立体を各台座上に装架してマルチ配列した構造を有し、また、このマルチ配列装架台は４本の支柱で１区画を形成し、各区画ごとに台座及び個別プローブ組立体が配置され、この個別プローブ組立体は、マルチ配列装架台上で各区画ごとに独立して配置されている。また、支柱が植立された支持基板は、ウエハと同じシリコン材又はウエハと熱膨張率が近いガラス又は石英ガラスで構成されている。
【００１９】
また、本発明において、前記台座は頂面が平らな正四角柱をなし、隣り合う台座同士が支柱の直径寸法よりもやや広い間隔をあけてＸ−Ｙ方向にマトリクス状に配列され、前記個別プローブ組立体は台座上に立てられた角型ピンに通されてＺ方向にのみ移動可能であり、また、前記支柱は根元部分を太くして段部が形成され、この段部に台座の下部を係合させて台座のＸ−Ｙ−Ｚ方向の位置決めを行い、また、前記個別プローブ組立体は、その四隅に設けた切り欠きを４本の支柱に係合させてＸ−Ｙ方向の位置決めを行うようにしている。
【００２０】
また、本発明において、前記マルチ配列装架台上にＸ−Ｙ方向に配列された台座と台座の間に、角棒状部材をＸ−Ｙ方向に組み合わせた格子状の位置決め部材を配置し、この位置決め部材に合わせて前記電気配線接続体の位置決めを行うようにし、前記格子状の位置決め部材はＸ及びＹ方向の交差点において支柱が通る穴が開けられ、この穴に支柱に通して位置決め部材を固定し、この位置決め部材は支柱とともにマルチ配列装架台の補強部材を構成しており、また、前記格子状の位置決め部材は、支柱を通すことによってＸ−Ｙ方向の位置決めがなされるとともに、位置決め部材下辺部が支柱段部に当接してＺ方向の位置決めができるようにしている。また、前記Ｘ、Ｙ方向位置決め部材には、それぞれ等ピッチ間隔で切り込みが設けられ、この切り込みをはめ合わせて格子状に組み立てられている。
【００２１】
また、本発明において、前記格子状の位置決め部材と台座との間には、リボン状フィルムである電気配線接続体が挿入可能な隙間が形成されており、この電気配線接続体は、格子状位置決め部材によってＸ−Ｙ方向の位置決めがなされるとともに、フィルム下辺部が支柱段部に当接してＺ方向の位置決めがなされ、前記格子状の位置決め部材及び電気配線接続体は、前記支柱を基準にして着脱自在の構造となっている。また、前記電気配線接続体であるＸ、Ｙ方向リボン状フィルムには、それぞれ等ピッチ間隔で切り込みが設けられ、この切り込みをはめ合わせて格子状に組み立てられている。
【００２２】
また、本発明において、前記電気配線接続体は、両面に銅配線パターンが形成されたリボン状フィルムであり、このリボン状フィルムは、銅配線パターンを含む両面が絶縁薄膜で被覆され、このリボン状フィルムの両面に形成された銅配線パターンは、表面側は長手方向に沿って平行に形成された複数の共通銅配線であり、裏面側はこの共通銅配線に直交する方向に形成された複数の銅配線で形成され、また、リボン状フィルムの表裏面に形成された銅配線は、直交位置において貫通孔を介して任意の配線同士が電気的に接続され、長手方向に直交する銅配線は、その先端部を上に向けてリボン状フィルム辺からわずか突出させ、前記個別配列プローブ組立体における垂直型プローブとの接続端子とした構造となっている。また、前記長手方向と直交する銅配線は、その先端部をリボン状フィルム上辺及び下辺の両方からからわずか突出させ、前記個別プローブ組立体における垂直型プローブと接触する接続端子を上下両辺に形成した構造となっている。
【００２３】
また、本発明において、前記リボン状フィルムを装着する際は、接続端子を有する銅配線側の面を前記台座の側面に向けて配置するとともに、このリボン状フィルムに形成された接続端子を有する銅配線は、その複数本を１グループとして複数グループが等ピッチで共通銅配線から分岐している構造を有し、また、リボン状フィルムの長手方向端部には共通銅配線の配線端子を設け、外部検査装置に接続するソケットに挿入可能とした構造を有し、さらに、前記リボン状フィルムに形成された接続端子を有する銅配線の各グループは、それぞれが半導体ウエハ上にマルチ配列された各半導体チップと対応して配列されている。また、前記リボン状フィルムを２枚重ね合わせ、各接続端子が２列かつ千鳥になるようにずらして配置し、チップパッドの千鳥配列にも適応可能としている。
【００２４】
また、本発明のプローバ装置は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップのパッドに対し同時に一括してそれぞれ垂直型プローブを接触させてプロービング検査を行い、引き続いてそのままの状態でバーンイン検査を行うようにしたもので、バーンイン検査の際、支柱によって位置決めされた格子状位置決め部材を介してリボン状フィルムの熱膨張を押さえ、個別プローブ組立体の垂直型プローブとリボン状フィルムの接続端子との位置ズレを防止し、マルチ配列プローブ組立体全体の延びを押さえる構造としたことによって、バーンイン検査の際、半導体ウエハの周辺部に形成された半導体チップの測定を可能としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次ぎに、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明のマルチ配列プローバ装置の基本構成は、図１で示すように、それぞれ１個の半導体チップに対応する垂直型プローブ組立体（以下、個別プローブ組立体１と称する）をマトリクス状にマルチ配列した構成であり、１枚の半導体ウエハに形成された多数の半導体チップ全てをカバーできるだけの数を備えている。なお、図１はマルチ配列した個別プローブ組立体の下半分を示す斜視図である。また、各個別プローブ組立体１は、従来構造と同様、湾曲部５４を有する垂直型プローブ１１で組み立てられている。なお、一実施の形態として、チップ上のパッドがチップの４辺に沿って１列に配列されている場合を例にとって説明する。
【００２６】
この一実施の形態に係るマルチ配列プローブ組立体の構造について、以下に図面を参照して説明する。図２、図３、図４はそれぞれマルチ配列プローブ組立体の内部の部分構造を示す分解図である。なお、これらの図で説明する台座３、固定部材４、支持基板５、支柱６に使用される材料は金属でも樹脂でもよいが、支持基板５については、バーンイン装置に適用する場合にはシリコン材そのもの、又はシリコンウエハの熱膨張率に近い材料を使用する。これについては、後程説明する。
【００２７】
まず、図２の斜視図に示すように、個別プローブ組立体１は、角型ピン２によって台座３（図３、図４に示す）に取り付けられる。角型ピン２は、図５の拡大斜視図に示すように、正四角柱２１の上部にフランジ部２２を有するとともにスリ割２３を有し、下部にはネジ２４が設けられている。このネジ２４に、図４に示すように下側から固定部材４をねじ込み、台座３に角型ピン２を取りつける。これにより、個別プローブ組立体１は台座３に取りつけられる。
【００２８】
台座３は、図３のように高さＨ、一辺の長さｅの正四角筒状をなし（詳細な構造は図６および図７で後述する）、上面に角型ピン２のネジ２４が通る穴３１が開けられ、また、固定部材４は図３のように円柱状をなし、上部には角型ピン２をねじ込むネジ穴が設けられ、下部にはねじ込み用のスリ割３２が設けられている。ここで、Ｈは約２０ｍｍ、ｅはウエハ上に形成されるチップの配列ピッチＰの寸法によるが、Ｐ＝１０ｍｍとすれば約９ｍｍ程度である。
【００２９】
一方、図２において、個別プローブ組立体１の上下絶縁基板１２、１３の中央部にはそれぞれ正四角形の貫通穴が開けられ、角型ピン２の正四角柱２１を挿入することによって回り止め構造となっており、個別プローブ組立体１を台座３に取りつける際には、固定部材４を回して角型ピン２の正四角柱２１と固定部材４とで台座３を挟んでねじ締めして取りつける。その後、固定部材４は図４のように支持基板５にネジ止めされる。
【００３０】
次ぎに、このようにして取りつけられる個別プローブ組立体を、マルチ配列にして組み立てるための装架台構造について説明する。図３、図４に示すように、マルチ配列プローブ組立体を乗せる支持基板５上には、複数本の支柱６がマトリクス状にピッチＰ（ウエハ上のチップの配列ピッチＰに同じ）で配列され、支持基板５の裏側からネジ止めされて植立している。支柱６は根元部分（直径Ｄ、高さｉ）が太くなって段部６１が形成され、段部から上は細くなった（直径ｄ）段付き構造である。一例としてｄ＝０．６ｍｍ、Ｄ＝４ｍｍである。
【００３１】
支柱６は、マルチ配列プローブ組立体を組み立てて行く際の部品の位置決めと補強を兼ねた部材であって、細い部分はマルチ配列プローブ組立体のＸ−Ｙ方向の位置決め部材となり、太い部分の段部６１は、台座３のＸ−Ｙ−Ｚ方向の位置決めのほかに後述する他の部品のＺ方向の位置決めも行う。この支柱６は４本で個別プローブ組立体１個分の区画を構成する。この４本の支柱６で囲まれた１区画の中に、１個の四角筒型の台座３をセットする。
【００３２】
台座３は、図６および図７の斜視図に示すように、上面が閉塞されてその中央に前記角型ピン２のネジ２４が通る穴３１が開けられ、下面は開口されて内部は前記固定部材４が入る空洞３３となっている。そして、下面四隅には円弧状切り欠き３４が設けられ、この切り欠きの円弧は支柱６の段部６１（直径Ｄ）の円の一部と同等であり、台座３は４本の支柱６の根元部分の段部６１と嵌合してピッチＰでＸ−Ｙ方向の位置決めがなされ、同時に段部６１に載ってＺ方向の位置決めがなされ、支持基板５上に載置される。
【００３３】
すなわち、図３に示すように、段部６１から高さｈの位置が台座３の上面位置である。また、ピッチＰで位置決めされたときに隣り合う台座と台座の間には間隔ｃが開くようにし、Ｐ＝ｅ＋ｃとなるように台座３の一辺の寸法ｅを定める。この理由は後ほど詳しく説明する。さらに、図３には図示していないが、台座のほかに電気配線を有するリボン状フィルム及びこのフィルムを固定し位置決めするための位置決め部材などがが台座と台座の間に設置される。これらの部材についても後ほど説明する。
【００３４】
一方、マルチ配列される各個別プローブ組立体１は、図２に示すように、上の絶縁基板２１及び下の絶縁基板２２の四隅に直径ｄの四半分の円弧状切り欠き２３が形成されており、個別プローブ組立体１を取りつける際に４本の直径ｄの支柱６がこの切り欠き２３と嵌合して個別プローブ組立体１を位置決めし、固定している。その結果、隣り合う個別プローブ組立体同士がＸ−Ｙ方向に正しく当接し、マルチ配列される。個別プローブ組立体１をマルチ配列した後、上記したように各個別プローブ組立体１の上下絶縁基板２１、２２の四角穴に角型ピン２の四角柱５１を通し、さらに角型ピン２のネジ５４を台座３の上面に開けられた穴３１に通して台座３内部でブロック４を回して角型ピン２を台座３に固定する。その後、前記したようにブロック４を支持基板５にネジ止めすることによって、台座３の上下方向の動きを押さえることができる。
【００３５】
次に、このようにして構成された本発明に係るマルチ配列プローブ組立体の電気配線構造について、図を用いて説明する。図８はその電気配線構造体の一部を示す斜視図である。この電気配線構造体は、被測定物である半導体チップとプローバ装置本体との間をつないで電気信号の授受を行うための重要な機能を持っている。
【００３６】
図８に示すように、この電気配線構造体は、ポリイミド樹脂などの絶縁性フィルムの両面にベリリウム銅などの配線パターンが形成されたリボン状フィルム７、８からなり、このリボン状フィルム７、８をそれぞれ２枚ずつＸ−Ｙ方向に組み合わせて構成される。リボン状フィルム７には切り込み７１が、また、リボン状フィルム８には切り込み８１がそれぞれ複数個所にピッチＰ（図３の支柱のピッチＰに同じ）で形成されている。また、切り込み７１、８１の幅は、図３で示した台座３と台座３の間隔ｃに等しい。これらの切り込みによってリボン状フィルム７、８をＸ−Ｙ方向に格子状に組み合わせることができるようにし、図３で示した台座３と台座３の間隙ｃにこのリボン状フィルム７、８を配置して個別プローブ組立体との間の電気的接続を可能にしている。なお、リボン状フィルム７、８は、Ｘ、Ｙ方向とも台座３と台座３の隙間に２枚ずつが配置される。この配線パターンを有するリボン状フィルムの構造について、図９、図１０を用いて具体的に説明する。
【００３７】
図９はＸ方向リボン状フィルムの構成を示す図、図１０はＹ方向リボン状フィルムの構成を示す図で、それぞれ図（ａ）は側面図、図（ｂ）は正面図である。図８で示したように、リボン状フィルム７には、支柱の配列ピッチＰに合せてフィルムの短手方向に複数の切り込み７１が設けられ、同様にリボン状フィルム８にはリボン状フィルム７とは反対方向から切り込み８１が設けてある。切り込み深さはフィルム幅（台座３の段部６１からの高さｈと同じ）のほぼ中央部までであり、切り込み幅は台座３と台座３の間隙ｃに等しい。また、フィルム７、８の長さは、ウエハ上に形成されたチップのＸ又はＹ方向の最大配列長さをカバーできる長さとする。そして、Ｘ方向のリボン状フィルム７とＹ方向のリボン状フィルム８とでは、配線パターン構造が若干異なっている。
【００３８】
まず、図９（ａ）に示すＸ方向リボン状フィルム７は、その表面側の切り込み７１の無い上半分（ｈ／２）側に複数本の銅配線７２が上下方向に平行して狭ピッチ（例えば４５μｍ）で形成されている。この狭ピッチ間隔は、個別配列プローブ組立体の垂直型プローブのピッチと一致している。一方、このフィルム７の裏面側には、フィルム長手方向と平行して切り込み７１の無い上半分（ｈ／２）側に銅配線７２と直交する複数の共通銅配線７３が形成され、銅配線７２と共通銅配線７３とはフィルム７に開けられた貫通孔７４を介して表裏で電気的に接続されている。共通銅配線７３は銅配線７２と同様フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法やメッキ法で製作される。また、銅配線７２と共通銅配線７３はフィルムの表裏両面に別々に設けられているため、接続のための貫通孔７４は接続に必要な交差位置にのみ設ければよく、それ以外の交差点におけるシールドの必要がない。このように、Ｘ方向リボン状フィルム７に形成された銅配線７２と共通銅配線７３からなる配線パターンは、共通銅配線７３を共通ラインとしてこのラインから銅配線７２が隣り合う切り込み７１と７１の間隔Ｐを１区画として各区画ごとに分岐した形となる。
【００３９】
一方、Ｙ方向となるリボン状フィルム８は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように幅ｈのフィルム表面側の下半分（ｈ／２）に達する長さに銅配線８２が、また裏面側の下半分（ｈ／２）に共通銅配線８３が形成され、それぞれの配線が貫通孔８４を介して表裏で接続されることはＸ方向リボン状フィルム７と同じであるが、ここでは切り込み８１の位置が上向きとなるため共通銅配線８３が切り込みの無いフィルム下半分に配置されることになり、その分、銅配線８２の長さが長くなっている。このようにして形成されたリボン状フィルムは、銅配線及び共通銅配線を含むフィルム全体を薄い絶縁被膜で覆って銅配線の剥離や短絡を防止するために表面を保護している。ただし、前述の台座及び後述（図１２、図１３）するＸ−Ｙ方向位置決め部材が樹脂の場合には、特に絶縁被膜を設けなくてもよい。
【００４０】
また、銅配線７２、８２は、その先端部分がフィルム長手方向の上辺部からわずか突出（図９、図１０に寸法ａで示す）しており、この突出先端面は銅面を露出させてマルチ配列プローブ組立体を組み立てるときに垂直プローブ先端と接触するための接触端子７５、８５を形成している。また、共通銅配線７３、８３は、図１６の斜視図に示すようにリボン状フィルム７、８の端部がソケット１５に挿入できる構造となっているため、ソケット１５を介して外部検査装置との接続が可能となる。
【００４１】
図１８乃至図２０は、図１０で示したＹ方向リボン状フィルム８の応用例を示す図で、図１８は斜視図、図１９は正面図、図２０は断面図である。図１０と異なる点は、縦方向の銅配線８２を、横方向の共通銅配線８３との交差点を越えてリボン状フィルムの下辺にまで延長し、下辺からわずか突出させて下辺側にも接続端子８５ｃを設けた点にある。こうすることによって、リボン状フィルムの上下辺に接続端子が形成されるので、上下を逆にしても使用可能である。同様に、Ｘ方向リボン状フィルムの下辺にも接続端子を設けることによって、リボン状フィルムの応用範囲を広げることができる。
【００４２】
図１７は、リボン状フィルムの配線とウエハとの接続の一例を説明する図である。すなわち、共通銅配線として２本の入力信号線１６３、１６４、及び出力信号線１６５を設ける。これらの信号線は、例えばウエハ１６１上でＸ方向に配列した複数のチップ１６２を共通に接続しているため、各列ごとに同時に検査が可能である。これらの信号線は、その種類や本数を任意に設定すればよく、必要に応じてリボン状フィルムを交換することも容易である。
【００４３】
このようにして形成されているＸ及びＹ方向のリボン状フィルムを、図３に示したマルチ配列装架台に取りつける。その際、必要となる部品について図１１、図１２、図１３を用いて説明する。図１１は、図３のマルチ配列装架台の一部を示す平面図である。すなわち、Ｘ−Ｙ方向にピッチＰで配列された台座３同士の間隔ｃの間に、Ｘ方向位置決め部材９とＹ方向位置決め部材１０を格子状に組み合わせて設置している。Ｘ方向位置決め部材９とＹ方向位置決め部材１０は、組み合わせるときにそれぞれの交差部に開けられている穴を支柱６（直径ｄ）に通すことによってＸ−Ｙ−Ｚ方向の位置決めと固定がなされる。このＸ方向位置決め部材９及びＹ方向位置決め部材１０の厚さｆは、支柱６を通すためにｆ＞ｄであるとともに、その両側に前述のリボン状フィルム７又は８が挿入できる幅ｇをあけてｆ＝ｃ−２ｇとなるように定める。また、幅ｇは、リボン状フィルム７、８の両面に形成された銅配線７２、７３又は８２、８３を含めた厚さ寸法が挿入できるように定める。
【００４４】
図１２は、Ｘ方向位置決め部材９とＹ方向位置決め部材１０の構造を示す斜視図である。Ｘ方向位置決め部材９及びＹ方向位置決め部材は、樹脂又は金属材料などからなる厚さｈで幅ｆの長尺板状部材である。そして、幅ｃで深さｈ／２の複数の切り込み９２が下辺側にピッチＰで形成され、各切り込み９２の中心位置には直径ｄの支柱６が通る穴９１が開けられている。一方、Ｙ方向位置決め部材１０は、上記Ｘ方向位置決め部材９と直角に組み合わされて取りつけられる部材であって、同様に切り込み１０２、穴１０１がピッチＰで設けられているが、ここでは切り込み１０２が反対側（上辺側）に設けられている。なお、位置決め部材９及び１０に形成された切り込み９２、１０２と、リボン状フィルム７及び８に形成された切り込み７１、８１の各寸法は、全て同一である。
【００４５】
図１３は、Ｘ方向位置決め部材９とＹ方向位置決め部材１０を組み合わせた交差位置における状態を示す斜視図である。Ｘ方向位置決め部材９、Ｙ方向位置決め部材１０ともに穴９１と１０１を支柱６に通すことによってＸ−Ｙ方向の位置決めがなされ、同時に下端部が支柱６の段部６１に当接してＺ方向の位置決めがなされる。このとき形成される隙間ｇには、図８で示したような形状にリボン状フィルムが取りつけられる。なお、この位置決め部材９と１０は、位置決め機能のほかに支柱６とともにマルチ配列プローブ組立体を構成する補強部材としての機能も果たしている。
【００４６】
図１４は、上記のＸ方向位置決め部材９とＹ方向位置決め部材１０、及びリボン状フィルム７、８を図３のマルチ配列装架台に取りつけた状態を示す平面図である。これらの部品を取り付けたことによって、台座３の四側面には個別プローブ組立体１の垂直型プローブと接触するための接触端子７５、８５を有するリボン状フィルム７、８が位置決めされて取り付けられ、また、リボン状フィルム７、８の銅配線７２、８２を介して外部に電気信号を取り出すことができるので、マルチ配列プローブ組立体としての機能を充分発揮することができる。
【００４７】
次に、図１４に示したように位置決め部材９及び１０、リボン状フィルム７及び８を取り付ける手順について、図１５の工程図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。なお、この手順は一例であって他の手順で実施しても差し支えない。まず、図（ａ）に示すように、Ｙ方向位置決め部材１０の切り込み１０２を上にして穴１０１を支柱６に通し、Ｙ方向位置決め部材１０を台座３と３の間に設置する。このときＹ方向位置決め部材１０は支柱６によってＹ方向の位置決めがなされると同時に、下辺部が支柱６の段部６１に当接してＺ方向の位置決めもなされる。このとき、Ｙ方向位置決め部材１０の両側で台座３との間には隙間ｇが形成される。
【００４８】
次に、図（ｂ）に示すように、この両側の隙間ｇにＹ方向リボン状フィルム８を横長にして１枚ずつ垂直に嵌め込んで行く。挿入の際は、切り込み８１を上に向けかつ垂直銅配線８２を台座３の側面に向けて挿入する。このとき、リボン状フィルム８は切り込み８１が位置決め部材１０の切り込み１０２と同寸法であることから、それぞれの切り込み位置を合わせることによってＹ方向の位置決めを行う。あるいは、リボン状フィルム８を位置決め部材１０にあらかじめ位置合わせして重ね合わせておき、位置決め部材１０を取り付けるときに一体にして嵌め込んでもよい。嵌め込むと同時にリボン状フィルム８の下辺部も支柱６の段部６１に当接してＺ方向の位置決めがなされ、それによってフィルム８の上端面位置は台座３の上面位置に一致する。また、台座３に取りつけられるプローブ組立体１のプローブ先端と、リボン状フィルム８の垂直銅配線８２の接触端子８５とがそれぞれ一致するようになる。
【００４９】
このようにしてＹ方向の位置決め部材１０及びリボン状フィルム８の取り付けが終わった後、今度は図（ｃ）に示すように、Ｘ方向位置決め部材９の切り込み９２を下にして穴９１を支柱６に通し、Ｘ方向位置決め部材９を台座３と３の間に設置する。このときＸ方向位置決め部材９は支柱６によってＸ方向の位置決めがなされると同時に、下辺部が支柱６の段部６１に当接してＺ方向の位置決めもなされる。その結果、位置決め部材１０と９は、切り込み１０２と９２がそれぞれ組み合わされて格子状となって台座３と台座３の間に取りつけられる。このとき、Ｘ方向位置決め部材９の両側で台座３との間には隙間ｇが形成される。
【００５０】
次に、図（ｄ）に示すように、この両側の隙間ｇにＸ方向リボン状フィルム７を横長にして１枚ずつ垂直に嵌め込んで行く。挿入の際は、Ｘ方向リボン状フィルム７を切り込み７１を下に向けかつ垂直銅配線７２を台座３の側面に向けて挿入する。このとき、リボン状フィルム７は、切り込み７１が既に取りつけられている位置決め部材１０の切り込み１０２、リボン状フィルム８の切り込み８１と組み合わされて図８で示したような格子状にとりつけられ、Ｘ方向の位置決めがなされる。同時にフィルム下辺部も支柱６の段部６１に当接してＺ方向の位置決めがなされ、それによってフィルム７の上端面位置は台座３の上面位置に一致する。また、台座３に取りつけられるプローブ組立体１の垂直プローブ先端とリボン状フィルム７の垂直銅配線７２の接触端子７５とがそれぞれ一致するようになる。
【００５１】
このように本発明におけるマルチ配列プローブ組立体の電気配線構造は、共通配線ラインを有するリボン状フィルムを格子状に組み合わせることによって、容易にかつ精度よく組み立てることができる。また台座の各側面の正しい位置にそれぞれ複数本の銅配線接続端子が一度で当接固定されるので、後から接続端子の高さや平行度を調整する必要がない。
【００５２】
次に、上記のマルチ配列プローブ組立体をバーンインテストにも適用できる理由を説明する。本発明に係るマルチ配列プローブ組立体は、基本的には複数個の個別プローブ組立体を支持基板上に格子状に配列した集合体として構成されている。そのためには、支持基板上に支柱を植立させて位置決め部材とし、この支柱を基準として個別プローブ組立体をマトリクス状に配列するようにしたので、自動組立も可能で、かつ電気配線の接続問題も解決した優れた構造といえる。従って、常温でのプロービングテストだけならば全く問題が無い。
【００５３】
しかし、バーンインテストのように高温雰囲気に曝した場合には、樹脂又は金属材料からなる支持基板及び垂直型プローブを取り付けている樹脂フィルムは、シリコンウエハに比べて熱膨張による伸びが大きいため、その熱膨張差によって半導体ウエハ上のチップパッドと垂直型プローブとの間でピッチずれを起こし、特に、大口径の半導体ウエハ周辺部のチップパッドに対する垂直型プローブの位置ズレは防ぎきれない。
【００５４】
そこで本発明では、バーンインテストにも対応できるように、支持基板の材料をウエハと全く同じシリコン材、又はそれに近い石英ガラスで構成する。こうすることによって、支持基板の熱膨張をウエハとほぼ同じ状態にできるので、支持基板に植立させた支柱の位置がずれることが無くなり、従って、この支柱によって位置決めされている個別プローブ組立体も位置ズレしない。この際、垂直型プローブを支持している絶縁基板は樹脂製であるが、個別プローブ組立体はそれぞれ４本の支柱で熱膨張による伸びを押さえられているため、垂直型プローブがずれることは無く、ウエハ上に形成されているチップと一対一の対応が維持できる。
【００５５】
また、電気配線接続体を構成しているリボン状フィルムも、支柱を基準にして位置決めされている補強部材を介して取り付けられるため、各ブロックごとに熱膨張が押さえられ、フィルム全体が伸びてしまうことが無い。その結果、半導体ウエハの周辺部に形成された半導体チップに対応する個別プローブ組立体においてもほとんど位置ズレが発生せず、バーンインテストを可能としている。また、リボン状フィルムに形成されている銅配線端子と個別プローブ組立体の垂直型プローブとの間の位置ズレもほとんど発生せず、電気的接触にも問題がない。
【００５６】
ここまでは、半導体チップのパッド配列がチップ四辺に沿って一列の場合について説明してきたが、さらにパッド数が増えて一列では対応できないことが考えられる。この場合は、パッドを２列にして千鳥状に配列することによってパッド数を増やすことができる。これを他の実施の形態として、以下に説明する。図２１は、千鳥配列されたチップパッドに用いる個別プローブ組立体の絶縁基板を示す平面図である。
【００５７】
図２１に示すように、絶縁基板１２（１３）は、中央に角型ピンの通る角穴１１２が開けられ、四隅には支柱に位置決めするための切り欠き１４が設けられ、また、絶縁基板１２（１３）の四辺に沿って、垂直型プローブが通るプローブ用孔１１１が千鳥状に半ピッチ（ｔ／２）ずつずらして２列に配列されている。このようにして、各辺２列に配列された垂直型プローブと接触するリボン状フィルムは、接続端子（図９の７５、図１０の８５）を半ピッチずつずらして形成した２枚を重ね合わせ、台座の側面に配置することによって電気的導通を可能にしている。
【００５８】
図２２は、本発明の他の実施の形態を示す部分断面図である。台座３と台座３の間ｃには、支柱６に通されて位置決めされたＸ−Ｙ方向位置決め部材９（１０）と、この位置決め部材９（１０）の両側の台座３との間に挿入されるそれぞれ２枚、計４枚のリボン状フィルム７（８）と、これらのリボン状フィルムの接続端子７５（８５）に接触する垂直型プローブ１１を有し、接続端子及び垂直型プローブは台座３の各辺に沿って２列かつ千鳥に配列されている。また、２枚のリボン状フィルム７（８）及び７ａ（８ａ）の間には、電気絶縁性のある緩衝材９ａ（１０ａ）を挿入してもよい。
【００５９】
図２３は、図２２の部分拡大図である。共通銅配線７３（８３）を外側にして２枚のリボン状フィルム７（８）を重ね合わせ、間に緩衝材９ａ（１０ａ）を挟み、それぞれの接続端子７５（８５）が半ピッチずつずれて千鳥状に配列されている。また、図２４は、リボン状フィルムをＸ−Ｙ方向に組み合わせ状態を示す斜視図で、台座と台座の間ｃに２枚ずつペアにした計４枚のＸ方向リボン状フィルム７及びＹ方向リボン状フィルム８を組み合わせている。そして、２枚のペアフィルムに設けられた接続端子は半ピッチずつずらして配置されている。
【００６０】
ここまでは、個別プローブ組立体をマトリクス状に配列したマルチ配列プローバ装置の実施の形態について述べてきたが、ウエハを個別に分割した１チップに対しても、１個の個別プローブ組立体及びこれを装架する１台の装架台及びこれに必要な長さを有するリボン状フィルムを使用することによってプロービング検査が可能であることは言うまでもない。
【００６１】
本発明によって、ウエハ状態のままのマルチ配列ベアチップのプロービング検査が可能になったばかりでなく、バーンイン状態においても大口径ウエハの特性検査が可能となった。しかも共通配線を利用して複数チップを同時に検査できるようにしたので、チップのスクリーニングを短時間で実現でき、コスト的な効果は計り知れないものがある。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、垂直型プローブを用いたプローブ組立体をマルチ配列させた本発明のプローバ装置は、ウエハ上に形成された各チップに対応して配列されたプローブ組立体が、それぞれ独立した状態で配列されている。そのため、バーンイン検査のように高温雰囲気に置かれても、各プローブ組立体に生ずる熱膨張による歪が互いにキャンセルし合い、プローバ装置全体の伸びを押さえることができる。特に、大口径ウエハ周辺部に配置されているチップパッドに対してもプローブ位置がずれることが無くなったので、パッドの狭ピッチ化にも十分対応できるようになった。
【００６３】
また、プローブ組立体をマルチ配列させて組み立てる際は、まず、位置決め部材を設置してこれを基準にして組み立てるようにしたため、自動組立が可能になった。
【００６４】
さらに、被測定チップに対し電気信号の入出力を行うための電気配線を、リボン状フィルムの両面に形成した銅配線で行うようにしたので狭い空間内に収めることができ、数万本にも及ぶ電気配線接続の問題を解決している。また、位置決め部材によるフィルムの着脱が容易であることから自動組立を可能としている。
【００６５】
このように、本発明のプローバ装置は、１枚の半導体ウエハ上に形成された複数の半導体ベアチップに対し同時にプロービングテストならびにバーンインテストができるように、垂直型プローブ組立体をマルチ配列構造とするとともに熱膨張問題及び信号配線問題を解決し、自動組立による低コストの多量生産を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるマルチ配列プローバ装置の基本構成を示す斜視図である。
【図２】前記実施の形態におけるマルチ配列プローブ組立体の部分構造を示す斜視図である。
【図３】前記実施の形態におけるマルチ配列装架台の部分構造を示す斜視図である。
【図４】前記実施の形態におけるマルチ配列装架台の部分構造を示す断面図である。
【図５】前記実施の形態における角型ピンの拡大斜視図である。
【図６】前記実施の形態における台座を斜め上方からみた斜視図である。
【図７】図６に示された台座を斜め下方からみた斜視図である。
【図８】前記実施の形態におけるリボン状フィルムからなる電気配線接続体の斜視図である。
【図９】前記実施の形態におけるＸ方向リボン状フィルムの側面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図１０】前記実施の形態におけるＹ方向リボン状フィルムの側面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図１１】前記実施の形態におけるＸ−Ｙ方向位置決め部材の組立状態を示す平面図である。
【図１２】前記実施の形態におけるＸ−Ｙ方向位置決め部材の構造を示す斜視図である。
【図１３】前記実施の形態におけるＸ−Ｙ方向位置決め部材の交差状態を示す斜視図である。
【図１４】前記実施の形態におけるＸ−Ｙ方向位置決め部材及びＸ−Ｙ方向リボン状フィルムの組立状態を示す平面図である。
【図１５】前記実施の形態におけるＸ−Ｙ方向位置決め部材及びＸ−Ｙ方向リボン状フィルムの組立手順を示す工程図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
【図１６】前記実施の形態におけるリボン状フィルムのソケット構造を示す斜視図である。
【図１７】前記実施の形態における半導体ウエハへの電気配線接続を説明する図である。
【図１８】前記実施の形態におけるリボン状フィルムの応用例を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示したのと同じリボン状フィルムの応用例を示す正面図である。
【図２０】図１８に示したのと同じリボン状フィルムの応用例を示す断面図である。
【図２１】本発明の他の実施の形態における個別プローブ組立体を示す平面図である。
【図２２】他の実施の形態を示す部分断面図である。
【図２３】他の実施の形態を示す部分拡大断面図である。
【図２４】他の実施の形態を示すリボン状フィルムの組立斜視図である。
【図２５】従来の垂直型プローブ組立体の斜視図である。
【図２６】従来のプローバ装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 個別プローブ組立体
１１ 垂直型プローブ
１１１ プローブ用穴
１１２ 角穴
１２、１３ 絶縁基板
１４ 切り欠き
２ 角型ピン
２１ 正四角柱
２２ フランジ部
２３ スリ割
２４ ネジ
３ 台座
３１ 穴
３２ スリ割
３３ 空洞
３４ 切り欠き
５ 支持基板
６ 支柱
６１ 段部
７ Ｘ方向リボン状フィルム
８ Ｙ方向リボン状フィルム
７１、８１ 切り込み
７２、８２ 銅配線
７３、８３ 共通銅配線
７４、８４ 貫通孔
７５、８５、７５ａ、８５ａ 接続端子
７６、８６ 配線端子
９ Ｘ方向位置決め部材
１０ Ｙ方向位置決め部材
９ａ、１０ａ 緩衝材
１５ ソケット
１６ 半導体ウエハ
１７ 半導体チップ
１８ 入力信号線
１９ 出力信号線
５０ 垂直型プローブ組立体
５１、５２ 絶縁基板
５３ 接触端子
５４ 湾曲部
５５ 接続構造体
５６ フレキシブルフラットケーブル
５７ プローブカード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a prober device used for circuit inspection of a plurality of semiconductor chips formed on a semiconductor wafer in a process of manufacturing an electronic device such as an LSI, and particularly to a probe terminal arranged on a semiconductor chip. On the other hand, a prober used for a probing test in which a vertical probe is brought into contact with a wafer and collectively measuring the electrical continuity of a semiconductor chip, and a burn-in test for applying an electrical stress to a circuit at a high temperature and performing an acceleration test of the semiconductor chip. Equipment related.
[0002]
[Prior art]
With the advancement of semiconductor technology, the degree of integration of electronic devices has improved, and the area occupied by circuit wiring has increased in each semiconductor chip formed on a semiconductor wafer. Therefore, circuit terminals (pads) on each semiconductor chip have been increased. As the number of pads increases, the pad arrangement is becoming finer by reducing the pad area and the pad pitch. At the same time, a chip size package system in which a semiconductor chip is mounted on a circuit board or the like as a bare chip without being housed in a package is becoming mainstream. Pass / fail judgment is absolutely necessary.
[0003]
In particular, the problem with the miniaturization (narrow pitch) of the pad arrangement is that when conducting electrical characteristics tests or circuit inspections of electronic devices, it is necessary to contact the pads of the semiconductor chip to obtain electrical continuity. This means that the structure of the probe must be adapted to the miniaturization of the pad arrangement, and various measuring means are used in order to cope with the progress of the miniaturization of the pad arrangement.
[0004]
For example, there is a means for interposing a probe assembly in which a plurality of needle-like probes having an elastic deformation portion elastically deformed by an external force are arranged in an area between a pad of a semiconductor chip to be inspected and an inspection device. A printed circuit board called a probe card is used as a means for electrically connecting the probe assembly and a test circuit of a semiconductor chip.
[0005]
Generally, in a probe card, when a needle-shaped probe having a cantilever structure of a cantilever is adopted, the tip portion of the probe that contacts the pad of the semiconductor chip has a narrow pitch, but the root of the probe connected to the probe card is The pitch of the portion can be made coarse because the probe is radially spread from the tip portion, and the probe can be fixed to the circuit terminal of the probe card by connection means such as soldering. However, this cantilever structure has a problem that the tip is displaced in the horizontal direction when it comes into contact with the pad, and the pad is damaged, or the pad is separated from the pad, thereby lowering the measurement yield. And it is difficult to control a constant contact pressure due to variations in the mounting accuracy of each probe.
[0006]
In a vertical probe replacing this cantilever structure, that is, in a vertical probe in which the probe is fixed vertically to the circuit terminal of the probe card, the pad pitch on the semiconductor chip is equal to the circuit terminal pitch on the probe card. It is necessary to be composed of However, there is a limit in manufacturing technology for miniaturizing a circuit pattern on a probe card, which is a printed wiring board. Therefore, it is difficult to satisfy the demands for the area occupied by circuit terminals and the wiring width according to the pad pitch. Further, since there is a limit to the pitch interval at which soldering is possible, it has not been possible to vertically fix a vertical probe to a probe card in accordance with the pad pitch of a semiconductor chip as miniaturization progresses.
[0007]
As described above, on the probe card, the proportion of the planar area occupied by the circuit wiring width in addition to the circuit terminal area is large, which prevents the narrow pitch of the circuit terminals. Therefore, the number of vertical probes is maintained by using a multilayer printed wiring board for the probe card, arranging the circuit terminals in a grid pattern or two rows in a staggered manner, and electrically connecting the wiring between the layers via through holes. Means are also taken to do so. However, since the space occupied by the through holes increases, the presence of the through holes also hinders the narrow pitch of the circuit terminal array. As described above, fixing the vertical probe to the probe card is not only difficult to narrow the pitch of the circuit terminals, but also requires a high level of skill and a large number of man-hours for the soldering work, which is expensive. I was
[0008]
In order to solve these problems, the present inventors have proposed a vertical probe assembly having the following structure (Japanese Patent Application No. 2000-154826; Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-332592). Has already been proposed (Japanese Patent Application No. 2001-312022).
[0009]
That is, as shown in the perspective view of FIG. 25, the vertical probe assembly 50 already proposed comprises a plurality of vertical probe assemblies 50 between two parallel upper and lower rectangular insulating substrates (or insulating films) 51 and 52. This is a structure in which the probe 11 is erected. The two upper and lower insulating substrates 51 and 52 are locked at a step provided in the middle of the vertical probe 11 and are kept at a constant interval. The pitch arrangement of the vertical probes 11 is on the semiconductor chip to be measured. It matches the pad pitch arrangement. Each vertical probe 11 has upper and lower ends slightly projecting from the insulating substrates 51 and 52 to become electrical contact terminals 53, and a curved portion 54 is provided at an intermediate portion so as to have elasticity against an external force applied vertically to the probe. It absorbs distortion. The curved portions 54 are provided so as to be vertically displaced in each row so that the vertically arranged vertical probes do not come into contact with each other. Each of the vertical probes 11 has a square cross section, is inserted into a square hole formed at a position facing the upper and lower insulating substrates 51 and 52, and has a detent structure that moves up and down but does not rotate. .
[0010]
A prober device having such a vertical probe assembly is configured as shown in a perspective view of FIG. That is, a semiconductor wafer (not shown) on which a large number of semiconductor chips to be inspected are formed is set on the wafer stage with the chip pads facing downward, while the vertical probe assembly 50 is placed above the vertical probe assembly 50. Below the three-dimensional body 50, there is provided a connection structure 55 that comes into contact with the vertical probe of the probe assembly. The connection structure 55 is connected to a probe card 57 via a flexible flat cable 56. The wiring on the connection structure 55 side of the flexible flat cable 56 is wired at the same narrow pitch as that of the chip pad, and the wiring ends thereof can be collectively contacted with the vertical probe of the vertical probe assembly 50 as wiring terminals. The wiring of the flexible flat cable 56 on the probe card 57 side is widened so that the wiring pitch interval can be soldered to a circuit wiring terminal on the probe card 57.
[0011]
Further, the wafer stage (not shown) and the vertical probe assembly 50 can move in the XYZ-θ directions, and the vertical probe assembly 50 connects the vertical probe to the connection structure 55. After the positioning and the batch contact with the provided flexible flat cable wiring terminals, there is no need to move the wafer until the wafer inspection is completed. Here, the connection structure 55 has a socket function of connecting to a vertical probe by fixing the wiring terminal surface of the flexible flat cable 56 horizontally upward. Since the details of the connection structure have already been proposed, the description thereof is omitted here.
[0012]
In this state, the wafer stage is moved, one of the semiconductor chips is aligned with the vertical probe assembly, and the plurality of chip pads and the upper contact terminals of the vertical probe assembly are brought into collective contact. This makes it possible to electrically connect the narrow pitch semiconductor chip and the probe card, greatly improving the function as a prober device and greatly contributing to high integration of semiconductor devices.
[Patent Document 1] JP-A-2001-332592
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the prober device using the vertical probe proposed by the present inventors is a device that can measure even a semiconductor chip having a reduced pad pitch, for example, a 45 μm pitch. In addition, automatic assembly is possible without using soldering when assembling probes, so mass production is possible at low cost, and all probes can be contacted evenly because they can contact the chip pads vertically and collectively. A great advantage is obtained, such as the ability to control the pressure.
[0014]
However, this vertical prober apparatus is still an apparatus that sequentially inspects a plurality of semiconductor chips formed on a semiconductor wafer one by one, and it is necessary to move the wafer stage one chip at a time. is there. On the other hand, semiconductor wafers have been increasing in diameter (for example, 300 mm in diameter), and the number of semiconductor chips formed on the semiconductor wafer has increased from several tens to several hundreds, and the density has been increasing. Therefore, the time required for inspection of one semiconductor wafer is considerable, and a multi-array vertical probe assembly (which can simultaneously inspect all semiconductor chips on the wafer without moving the wafer stage). Hereinafter, this is referred to as a multi-array probe assembly). However, for example, for a wafer on which 200 chips having 100 pads are formed, 100 × 200 = 20,000 signal wirings are required, and this number is efficiently extracted and connected to an external inspection device. It is difficult to do so.
[0015]
On the other hand, when the multi-array probe assembly is used for the burn-in test, it is placed in a high-temperature atmosphere of about 120 ° C., so that the influence of thermal expansion, which was not a problem when inspecting chips individually by the individual array probe assembly, was not so significant. Therefore, there is a problem that a pitch shift occurs between a pad pitch formed on a silicon wafer and a pitch of a vertical probe planted on an insulating substrate such as a resin film. In particular, the pitch deviation of the vertical probe accumulates and increases as it approaches the periphery of the wafer, making probing impossible. To solve this problem, a method has been proposed in which a silicon plate is used instead of a resin film to match the thermal expansion, and a probe is attached to this silicon plate to prevent pitch shift. Due to the difficulty in mounting the probe, only a probe card is formed by forming a bump instead of a probe.
[0016]
The present invention has been made to satisfy these requirements, and has been developed on a single semiconductor wafer in order to inspect the characteristics of a semiconductor chip which is becoming more and more dense as electronic devices become more highly integrated. Provided is a prober device having a multi-array vertical probe assembly and solving thermal expansion problems and signal wiring problems so that a probing test and a burn-in test can be performed simultaneously on a plurality of semiconductor chips that have been completed. With the goal.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a prober device in which a vertical probe is brought into contact with a semiconductor chip to be inspected formed on a semiconductor wafer and an electrical connection is made between the vertical probe and an inspection device via the vertical probe. Individual probe assemblies that are regularly arranged and integrated, a multi-array mounting base for mounting a plurality of the individual probe assemblies in a matrix and mounted on the multi-array mounting table An electrical wiring connector having a ribbon-like film structure for making an electrical connection with the individual probe assembly, and a probing test for all the semiconductor chips to be inspected formed on the semiconductor wafer at once. A burn-in test is performed. Each of the multi-arrayed individual probe assemblies is connected to a semiconductor wafer to be inspected formed on a semiconductor wafer. It is a one-to-one correspondence for all of the chip.
[0018]
Further, in the present invention, the multi-arrangement mounting base includes a plurality of positioning posts arranged and arranged in a matrix on the support substrate, and the support substrate positioned in the XYZ directions by the posts. Having a plurality of pedestals fixed in a multi-array on the top, and having a structure in which individual probe assemblies similarly positioned in the X-Y directions by columns are mounted on each pedestal and multi-arranged, The multi-array mounting base forms one section with four columns, and a pedestal and an individual probe assembly are arranged for each section, and the individual probe assembly is independent for each section on the multi-array mounting base. It is arranged. Further, the supporting substrate on which the columns are erected is made of the same silicon material as the wafer or glass or quartz glass having a coefficient of thermal expansion close to that of the wafer.
[0019]
In the present invention, the pedestals form a square prism having a flat top surface, and adjacent pedestals are arranged in a matrix in the X-Y direction at intervals slightly larger than the diameter of the support, and the individual probe is provided. The assembly is passed through a square pin erected on the pedestal, and can be moved only in the Z direction. In addition, the support has a step portion formed by thickening a root portion, and a lower portion of the pedestal is formed on the step portion. The individual probe assembly performs the positioning in the XYZ direction by engaging the notches provided at the four corners with the four columns. I'm trying to do it.
[0020]
Further, in the present invention, a lattice-shaped positioning member in which square bar-shaped members are combined in the XY direction is disposed between the pedestals arranged in the XY direction on the multi-array mounting base, and the positioning is performed. The electric wiring connector is positioned according to the member, and the grid-like positioning member is provided with a hole through which a column is passed at an intersection in the X and Y directions, and the positioning member is fixed through the column through the hole. The positioning member constitutes a reinforcing member of the multi-array mounting base together with the column, and the grid-shaped positioning member is positioned in the X-Y direction by passing the column, and the positioning member lower side portion Abuts on the pillar step to enable positioning in the Z direction. The X and Y direction positioning members are provided with cuts at equal pitch intervals, and the cuts are fitted to form a lattice.
[0021]
In the present invention, a gap is formed between the grid-shaped positioning member and the pedestal, into which an electrical wiring connector, which is a ribbon-like film, can be inserted. The positioning in the X and Y directions is performed by the member, and the lower side of the film abuts on the pillar step to perform the positioning in the Z direction. The grid-like positioning member and the electric wiring connector are based on the pillar. It has a detachable structure. The X- and Y-direction ribbon-shaped films, which are the electrical wiring connectors, are provided with cuts at regular intervals, and the cuts are fitted to form a lattice.
[0022]
Further, in the present invention, the electrical wiring connector is a ribbon-like film having a copper wiring pattern formed on both sides, and the ribbon-like film is coated with an insulating thin film on both sides including the copper wiring pattern. The copper wiring patterns formed on both sides of the film, the front side is a plurality of common copper wirings formed in parallel along the longitudinal direction, the back side is a plurality of common copper wirings formed in a direction orthogonal to the common copper wirings. Formed by copper wiring, the copper wiring formed on the front and back surfaces of the ribbon-shaped film, any wiring is electrically connected via a through hole at an orthogonal position, the copper wiring orthogonal to the longitudinal direction, The distal end is slightly projected upward from the side of the ribbon-shaped film to provide a connection terminal for a vertical probe in the individual array probe assembly. In addition, the copper wiring perpendicular to the longitudinal direction has its tip portion slightly protruding from both the upper side and the lower side of the ribbon-like film, and connection terminals that are in contact with the vertical probe in the individual probe assembly are formed on both upper and lower sides. It has a structure.
[0023]
Further, in the present invention, when the ribbon-shaped film is mounted, the surface on the copper wiring side having the connection terminals is arranged facing the side surface of the pedestal, and the copper having the connection terminals formed on the ribbon-shaped film is provided. The wiring has a structure in which a plurality of groups form a group and a plurality of groups are branched from the common copper wiring at an equal pitch, and wiring terminals of the common copper wiring are provided at longitudinal ends of the ribbon-shaped film, Each group of copper wiring having a structure capable of being inserted into a socket connected to an external inspection device, and further having connection terminals formed on the ribbon-shaped film, each semiconductor multi-arrayed on a semiconductor wafer It is arranged corresponding to the chip. In addition, the two ribbon-shaped films are superposed, and the connection terminals are displaced so as to be arranged in two rows and in a staggered manner, so that the arrangement can be adapted to the staggered arrangement of the chip pads.
[0024]
In addition, the prober device of the present invention performs a probing test by simultaneously contacting vertical probes simultaneously with pads of a plurality of semiconductor chips formed on a semiconductor wafer, and subsequently performs a burn-in test as it is. During the burn-in inspection, the thermal expansion of the ribbon-like film is suppressed via the grid-like positioning member positioned by the support, and the vertical probe of the individual probe assembly and the connection terminal of the ribbon-like film are connected. By adopting a structure that prevents displacement and suppresses the extension of the entire multi-array probe assembly, it is possible to measure semiconductor chips formed on the periphery of the semiconductor wafer during burn-in inspection.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the basic configuration of the multi-array prober device of the present invention is such that a vertical probe assembly (hereinafter, referred to as an individual probe assembly 1) corresponding to one semiconductor chip is multi-arrayed in a matrix. In this configuration, the number is large enough to cover all of a large number of semiconductor chips formed on one semiconductor wafer. FIG. 1 is a perspective view showing the lower half of a multi-arrayed individual probe assembly. Each individual probe assembly 1 is assembled with a vertical probe 11 having a curved portion 54, similarly to the conventional structure. As an embodiment, a case where pads on a chip are arranged in one row along four sides of the chip will be described as an example.
[0026]
The structure of the multi-array probe assembly according to the embodiment will be described below with reference to the drawings. 2, 3, and 4 are exploded views showing the internal partial structure of the multi-array probe assembly. The material used for the pedestal 3, the fixing member 4, the support substrate 5, and the support 6 described in these drawings may be metal or resin. However, when the support substrate 5 is applied to a burn-in apparatus, a silicon material is used. Use the material itself or a material close to the coefficient of thermal expansion of the silicon wafer. This will be described later.
[0027]
First, as shown in the perspective view of FIG. 2, the individual probe assembly 1 is attached to a pedestal 3 (shown in FIGS. 3 and 4) by a square pin 2. As shown in the enlarged perspective view of FIG. 5, the square pin 2 has a flange portion 22 at an upper portion of a square prism 21, a slot 23, and a screw 24 at a lower portion. As shown in FIG. 4, the fixing member 4 is screwed into the screw 24 from below, and the square pin 2 is attached to the pedestal 3. Thus, the individual probe assembly 1 is mounted on the pedestal 3.
[0028]
The pedestal 3 is in the form of a square cylinder having a height H and a side length e as shown in FIG. 3 (detailed structure will be described later with reference to FIGS. 6 and 7), and a screw 24 of the square pin 2 is provided on the upper surface. A through hole 31 is formed, and the fixing member 4 has a columnar shape as shown in FIG. 3, a screw hole for screwing the square pin 2 is provided at an upper portion, and a slot 32 for screwing is provided at a lower portion. ing. Here, H is about 20 mm, and e depends on the size of the arrangement pitch P of the chips formed on the wafer, but if P = 10 mm, it is about 9 mm.
[0029]
On the other hand, in FIG. 2, a square through hole is respectively formed in the center of the upper and lower insulating substrates 12 and 13 of the individual probe assembly 1, and the square pin 2 of the square pin 2 is inserted to prevent rotation. When the individual probe assembly 1 is mounted on the pedestal 3, the fixing member 4 is turned, and the pedestal 3 is sandwiched between the square prism 21 of the square pin 2 and the fixing member 4 to fasten the screw. Thereafter, the fixing member 4 is screwed to the support substrate 5 as shown in FIG.
[0030]
Next, a mounting base structure for assembling the individual probe assemblies thus mounted in a multi-array will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of columns 6 are arranged in a matrix at a pitch P (same as the array pitch P of chips on a wafer) on a support substrate 5 on which a multi-array probe assembly is mounted. The support substrate 5 is screwed from the back side and planted. The strut 6 has a stepped structure in which a root portion (diameter D, height i) is thickened to form a stepped portion 61, and the stepped portion is thinner (diameter d) from the stepped portion. As an example, d = 0.6 mm and D = 4 mm.
[0031]
The strut 6 is a member that serves both for positioning and reinforcing components when assembling the multi-array probe assembly. The thin portion serves as a positioning member for the XY direction of the multi-array probe assembly, and the thick portion has a step. The part 61 performs positioning of the pedestal 3 in the XYZ directions as well as other components described later in the Z direction. The four columns 6 constitute a section for one individual probe assembly. One square cylindrical base 3 is set in one section surrounded by the four columns 6.
[0032]
As shown in the perspective views of FIGS. 6 and 7, the pedestal 3 has an upper surface closed, a hole 31 through which the screw 24 of the square pin 2 passes is opened in the center, a lower surface is opened, and the inside is fixed. It is a cavity 33 in which the member 4 enters. An arc-shaped notch 34 is provided at each of the four corners of the lower surface, and the arc of this notch is equivalent to a part of the circle of the step portion 61 (diameter D) of the column 6. The positioning is performed in the XY direction at a pitch P by fitting with the step 61 of the root portion, and at the same time, the positioning is performed in the Z direction on the step 61 and is mounted on the support substrate 5.
[0033]
That is, as shown in FIG. 3, the position at a height h from the step 61 is the upper surface position of the pedestal 3. Further, when positioned at the pitch P, an interval c is provided between adjacent pedestals, and the dimension e of one side of the pedestal 3 is determined so that P = e + c. The reason will be described later in detail. Further, although not shown in FIG. 3, in addition to the pedestal, a ribbon-like film having electric wiring and a positioning member for fixing and positioning the film are provided between the pedestals. These members will also be described later.
[0034]
On the other hand, as shown in FIG. 2, each individual probe assembly 1 in the multi-array has an arc-shaped notch 23 having a quarter of the diameter d formed at four corners of the upper insulating substrate 21 and the lower insulating substrate 22. When mounting the individual probe assembly 1, the four columns 6 having the diameter d are fitted into the notches 23 to position and fix the individual probe assembly 1. As a result, adjacent individual probe assemblies are correctly abutted in the XY directions, and are arranged in a multi-array. After the individual probe assemblies 1 are multi-arranged, the square pillars 51 of the square pins 2 are passed through the square holes of the upper and lower insulating substrates 21 and 22 of the individual probe assemblies 1 as described above. The square pin 2 is fixed to the pedestal 3 by turning the block 4 inside the pedestal 3 by passing 54 through the hole 31 formed in the upper surface of the pedestal 3. After that, by screwing the block 4 to the support substrate 5 as described above, the vertical movement of the pedestal 3 can be suppressed.
[0035]
Next, the electrical wiring structure of the multi-array probe assembly according to the present invention thus configured will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a perspective view showing a part of the electric wiring structure. The electric wiring structure has an important function for transmitting and receiving an electric signal by connecting a semiconductor chip, which is a device under test, and the prober main body.
[0036]
As shown in FIG. 8, the electric wiring structure is composed of ribbon films 7, 8 in which a wiring pattern such as beryllium copper is formed on both surfaces of an insulating film such as a polyimide resin. Are respectively combined in the XY directions. Cuts 71 are formed in the ribbon-like film 7, and cuts 81 are formed in the ribbon-like film 8 at a plurality of positions at a pitch P (the same as the pitch P of the pillars in FIG. 3). The width of the cuts 71 and 81 is equal to the distance c between the pedestals 3 shown in FIG. These cuts make it possible to combine the ribbon-like films 7, 8 in a lattice shape in the X-Y direction, and arrange the ribbon-like films 7, 8 in the gap c between the pedestals 3 shown in FIG. This allows electrical connection between the individual probe assemblies. Note that two ribbon films 7 and 8 are disposed in the gap between the pedestals 3 in both the X and Y directions. The structure of the ribbon-shaped film having this wiring pattern will be specifically described with reference to FIGS.
[0037]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the X-direction ribbon film, and FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the Y-direction ribbon film. FIG. 9A is a side view and FIG. As shown in FIG. 8, the ribbon-shaped film 7 is provided with a plurality of cuts 71 in the width direction of the film in accordance with the arrangement pitch P of the columns. Is provided with a notch 81 from the opposite direction. The cut depth is almost up to the center of the film width (the same as the height h from the step 61 of the pedestal 3), and the cut width is equal to the gap c between the pedestals 3. The lengths of the films 7 and 8 are set to cover the maximum array length in the X or Y direction of the chips formed on the wafer. The wiring pattern structure is slightly different between the ribbon film 7 in the X direction and the ribbon film 8 in the Y direction.
[0038]
First, in the X-direction ribbon-shaped film 7 shown in FIG. 9A, a plurality of copper wirings 72 are arranged in the upper half (h / 2) side without the cuts 71 on the front surface side thereof in a narrow pitch ( (For example, 45 μm). This narrow pitch interval matches the pitch of the vertical probes of the individually arrayed probe assembly. On the other hand, on the back side of the film 7, a plurality of common copper wirings 73 orthogonal to the copper wirings 72 are formed on the upper half (h / 2) side without the cuts 71 in parallel with the longitudinal direction of the film. And the common copper wiring 73 are electrically connected front and back through a through hole 74 formed in the film 7. Like the copper wiring 72, the common copper wiring 73 is manufactured by an etching method or a plating method using a photolithography technique. Further, since the copper wiring 72 and the common copper wiring 73 are separately provided on both the front and back surfaces of the film, the through holes 74 for connection need only be provided at intersections necessary for connection, and at other intersections. There is no need for a shield. As described above, the wiring pattern formed of the copper wiring 72 and the common copper wiring 73 formed on the X-direction ribbon-shaped film 7 is formed by using the common copper wiring 73 as a common line and forming the cuts 71 and 71 where the copper wiring 72 is adjacent to this line. With the interval P as one section, each section is branched.
[0039]
On the other hand, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the ribbon-shaped film 8 in the Y direction has the copper wiring 82 with a length reaching the lower half (h / 2) of the film surface side having the width h. A common copper wiring 83 is formed in the lower half (h / 2) of the back side, and the respective wirings are connected on the front and back sides through the through holes 84, as in the case of the X-direction ribbon-shaped film 7; Since the position of the cut 81 is directed upward, the common copper wiring 83 is arranged in the lower half of the film without the cut, and accordingly, the length of the copper wiring 82 is increased. The ribbon-like film thus formed covers the entire film including the copper wiring and the common copper wiring with a thin insulating film, and protects the surface in order to prevent peeling or short circuit of the copper wiring. However, when the above-mentioned pedestal and the XY direction positioning member to be described later (FIGS. 12 and 13) are made of resin, it is not particularly necessary to provide an insulating coating.
[0040]
In addition, the copper wirings 72 and 82 have their tips slightly projecting from the upper side in the longitudinal direction of the film (indicated by the dimension a in FIGS. 9 and 10). The contact terminals 75 and 85 for contacting the tip of the vertical probe when assembling the array probe assembly are formed. The common copper wirings 73 and 83 have a structure in which the ends of the ribbon films 7 and 8 can be inserted into the sockets 15 as shown in the perspective view of FIG. Connection becomes possible.
[0041]
18 to 20 are views showing application examples of the Y-direction ribbon film 8 shown in FIG. 10, FIG. 18 is a perspective view, FIG. 19 is a front view, and FIG. 20 is a cross-sectional view. 10 is different from FIG. 10 in that the vertical copper wiring 82 is extended to the lower side of the ribbon-like film beyond the intersection with the horizontal common copper wiring 83, and is slightly protruded from the lower side so that the connection terminal is also provided on the lower side. 85c. By doing so, connection terminals are formed on the upper and lower sides of the ribbon-shaped film, so that the film can be used even if it is turned upside down. Similarly, by providing connection terminals on the lower side of the ribbon film in the X direction, the application range of the ribbon film can be expanded.
[0042]
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of connection between the wiring of the ribbon-shaped film and the wafer. That is, two input signal lines 163 and 164 and an output signal line 165 are provided as common copper wiring. These signal lines, for example, commonly connect a plurality of chips 162 arranged in the X direction on the wafer 161, so that inspection can be performed simultaneously for each column. The type and number of these signal lines may be set arbitrarily, and it is easy to replace the ribbon film as needed.
[0043]
The X- and Y-direction ribbon-shaped films thus formed are mounted on the multi-array mounting table shown in FIG. The components required at this time will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13. FIG. FIG. 11 is a plan view showing a part of the multi-array mounting table of FIG. That is, the X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10 are installed in a lattice shape between the spaces c between the pedestals 3 arranged at the pitch P in the XY direction. The X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10 are positioned and fixed in the X-Y-Z direction by passing holes formed in the respective intersections through the columns 6 (diameter d) when assembled. . The thickness f of the X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10 is f> d so that the support pillar 6 can pass therethrough, and a gap g is provided on both sides thereof so that the ribbon-like film 7 or 8 can be inserted. It is determined that f = c−2g. The width g is determined so that the thickness including the copper wirings 72, 73 or 82, 83 formed on both surfaces of the ribbon films 7, 8 can be inserted.
[0044]
FIG. 12 is a perspective view showing the structure of the X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10. The X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member are long plate-shaped members having a thickness h and a width f made of a resin or a metal material. A plurality of cuts 92 having a width c and a depth h / 2 are formed at a pitch P on the lower side, and a hole 91 through which the column 6 having a diameter d passes is formed at the center of each cut 92. On the other hand, the Y-direction positioning member 10 is a member that is mounted in combination with the X-direction positioning member 9 at a right angle, and similarly, the cuts 102 and the holes 101 are provided at a pitch P. It is provided on the opposite side (upper side). The cuts 92 and 102 formed in the positioning members 9 and 10 and the cuts 71 and 81 formed in the ribbon films 7 and 8 have the same dimensions.
[0045]
FIG. 13 is a perspective view showing a state at an intersection position where the X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10 are combined. Both the X-direction positioning member 9 and the Y-direction positioning member 10 are positioned in the X-Y direction by passing the holes 91 and 101 through the column 6, and at the same time, the lower end abuts the step 61 of the column 6 to position in the Z direction. Is made. The ribbon-shaped film is attached to the gap g formed at this time in a shape as shown in FIG. The positioning members 9 and 10 also have a function as a reinforcing member that forms a multi-array probe assembly together with the column 6 in addition to the positioning function.
[0046]
FIG. 14 is a plan view showing a state in which the X-direction positioning member 9, the Y-direction positioning member 10, and the ribbon films 7, 8 are mounted on the multi-array mounting base shown in FIG. By attaching these parts, ribbon-like films 7, 8 having contact terminals 75, 85 for contacting the vertical probes of the individual probe assembly 1 are positioned and attached to the four side surfaces of the pedestal 3, In addition, since an electric signal can be taken out through the copper wirings 72 and 82 of the ribbon films 7 and 8, the function as a multi-array probe assembly can be sufficiently exhibited.
[0047]
Next, the procedure for attaching the positioning members 9 and 10, and the ribbon films 7 and 8 as shown in FIG. 14 will be described with reference to the process diagrams (a), (b), (c) and (d) of FIG. explain. Note that this procedure is an example, and other procedures may be used. First, as shown in FIG. 1A, the hole 101 is passed through the column 6 with the cut 102 of the Y-direction positioning member 10 facing upward, and the Y-direction positioning member 10 is placed between the pedestals 3. At this time, the Y-direction positioning member 10 is positioned in the Y-direction by the support 6, and at the same time, the lower side abuts against the step 61 of the support 6, and the Z-direction is also positioned. At this time, a gap g is formed between the pedestal 3 and both sides of the Y-direction positioning member 10.
[0048]
Next, as shown in FIG. 7B, the Y-direction ribbon-shaped films 8 are vertically inserted one by one into the gaps g on both sides. At the time of insertion, the notch 81 is inserted upward and the vertical copper wiring 82 is inserted toward the side surface of the pedestal 3. At this time, since the notch 81 of the ribbon-shaped film 8 has the same size as the notch 102 of the positioning member 10, positioning in the Y direction is performed by adjusting the respective notch positions. Alternatively, the ribbon-shaped film 8 may be positioned and overlapped with the positioning member 10 in advance, and may be integrally fitted when the positioning member 10 is attached. At the same time, the lower side of the ribbon-shaped film 8 abuts on the step 61 of the column 6 to perform positioning in the Z direction, whereby the upper end position of the film 8 coincides with the upper surface position of the pedestal 3. Further, the tip of the probe of the probe assembly 1 attached to the pedestal 3 and the contact terminal 85 of the vertical copper wiring 82 of the ribbon-shaped film 8 respectively match.
[0049]
After the attachment of the Y-direction positioning member 10 and the ribbon-like film 8 has been completed in this way, as shown in FIG. And the X-direction positioning member 9 is set between the pedestals 3. At this time, the X-direction positioning member 9 is positioned in the X-direction by the support 6, and at the same time, the lower side abuts on the step 61 of the support 6 to perform the Z-direction positioning. As a result, the positioning members 10 and 9 are attached between the pedestals 3 in a lattice shape by combining the cuts 102 and 92, respectively. At this time, a gap g is formed between both sides of the X-direction positioning member 9 and the pedestal 3.
[0050]
Next, as shown in FIG. 3D, the X-direction ribbon-shaped films 7 are inserted one by one vertically into the gaps g on both sides in a landscape orientation. At the time of insertion, the X-direction ribbon-shaped film 7 is inserted with the cut 71 directed downward and the vertical copper wiring 72 directed toward the side surface of the pedestal 3. At this time, the ribbon-shaped film 7 is attached in a lattice shape as shown in FIG. 8 in combination with the notch 102 of the positioning member 10 and the notch 81 of the ribbon-shaped film 8 where the notch 71 has already been attached, and is attached in the X direction. Is determined. At the same time, the lower side of the film abuts on the step 61 of the column 6 to perform positioning in the Z direction, whereby the upper end position of the film 7 coincides with the upper surface position of the pedestal 3. Further, the tip of the vertical probe of the probe assembly 1 attached to the pedestal 3 and the contact terminal 75 of the vertical copper wiring 72 of the ribbon-shaped film 7 respectively match.
[0051]
As described above, the electric wiring structure of the multi-array probe assembly according to the present invention can be easily and accurately assembled by combining the ribbon-like films having the common wiring lines in a lattice shape. In addition, since a plurality of copper wiring connection terminals are fixed at a time to correct positions on the respective side surfaces of the pedestal, it is not necessary to adjust the height and the parallelism of the connection terminals later.
[0052]
Next, the reason why the multi-array probe assembly can be applied to the burn-in test will be described. The multi-array probe assembly according to the present invention is basically configured as an assembly in which a plurality of individual probe assemblies are arranged in a grid on a support substrate. To this end, a support is erected on a support substrate to serve as a positioning member, and the individual probe assemblies are arranged in a matrix based on the support, so that automatic assembly is also possible and electrical wiring connection problems. It can be said that this is an excellent structure that solves the problem. Therefore, there is no problem if only the probing test at room temperature.
[0053]
However, when exposed to a high-temperature atmosphere as in a burn-in test, the resin substrate to which the resin or metal material is attached and the resin film on which the vertical probe is attached have a larger expansion due to thermal expansion than a silicon wafer. The difference in thermal expansion causes a pitch shift between the chip pad on the semiconductor wafer and the vertical probe, and in particular, the displacement of the vertical probe with respect to the chip pad around the large diameter semiconductor wafer cannot be prevented.
[0054]
Therefore, in the present invention, the material of the support substrate is made of the same silicon material as that of the wafer, or quartz glass close to the same, so as to be compatible with the burn-in test. By doing so, the thermal expansion of the support substrate can be made substantially the same as that of the wafer, so that the position of the support planted on the support substrate does not shift, and therefore, the individual probe assembly positioned by this support is also used. No misalignment. At this time, the insulating substrate supporting the vertical probe is made of resin. However, since the individual probe assemblies are restrained from expanding by thermal expansion with four columns, the vertical probe does not shift. Thus, a one-to-one correspondence with the chips formed on the wafer can be maintained.
[0055]
Also, since the ribbon-like film constituting the electrical wiring connector is attached via the reinforcing member positioned with reference to the support, thermal expansion is suppressed for each block, and the entire film extends. There is nothing. As a result, even in the individual probe assembly corresponding to the semiconductor chip formed on the peripheral portion of the semiconductor wafer, there is almost no displacement and the burn-in test can be performed. In addition, there is almost no displacement between the copper wiring terminals formed on the ribbon-like film and the vertical probes of the individual probe assembly, and there is no problem in electrical contact.
[0056]
Up to this point, a case has been described where the pad arrangement of the semiconductor chip is one line along the four sides of the chip. However, it is conceivable that the number of pads is further increased and one line cannot be used. In this case, the number of pads can be increased by arranging the pads in two rows in a staggered manner. This will be described below as another embodiment. FIG. 21 is a plan view showing an insulating substrate of the individual probe assembly used for the staggered chip pads.
[0057]
As shown in FIG. 21, the insulating substrate 12 (13) is provided with a square hole 112 at the center thereof through which a square pin passes, and cutouts 14 at four corners for positioning on a support. Along the four sides of (13), probe holes 111 through which the vertical probes pass are arranged in two rows in a staggered manner and shifted by a half pitch (t / 2). In this way, two ribbon-shaped films formed by shifting the connection terminals (75 in FIG. 9 and 85 in FIG. 10) by a half pitch are superimposed on the ribbon-shaped film in contact with the vertical probes arranged in two rows on each side. , Electrical conduction is enabled by arranging it on the side of the pedestal.
[0058]
FIG. 22 is a partial sectional view showing another embodiment of the present invention. Between the pedestals 3, the XY-direction positioning members 9 (10) which are positioned by passing through the columns 6 and the pedestals 3 on both sides of the positioning members 9 (10) are inserted between the pedestals 3. A total of four ribbon-shaped films 7 (8), and a vertical probe 11 that contacts the connection terminals 75 (85) of these ribbon-shaped films. Are arranged in two rows and in a zigzag pattern along each side of. An electrically insulating cushioning material 9a (10a) may be inserted between the two ribbon-like films 7 (8) and 7a (8a).
[0059]
FIG. 23 is a partially enlarged view of FIG. Two ribbon-like films 7 (8) are overlapped with the common copper wiring 73 (83) outside, and the buffer material 9a (10a) is sandwiched between them, and the respective connection terminals 75 (85) are shifted by a half pitch. They are arranged in a staggered pattern. FIG. 24 is a perspective view showing a state in which the ribbon-shaped films are combined in the X-Y direction. A total of four X-direction ribbon-shaped films 7 and two Y-direction ribbons are formed in pairs between the pedestals c. Shape film 8 is combined. The connection terminals provided on the two paired films are arranged to be shifted by a half pitch.
[0060]
Up to this point, the embodiment of the multi-array prober device in which the individual probe assemblies are arranged in a matrix has been described. However, even for one chip obtained by dividing the wafer individually, one individual probe assembly and It is needless to say that the probing inspection can be performed by using a single mounting base for mounting the web and a ribbon-like film having a required length.
[0061]
According to the present invention, not only a probing inspection of a multi-array bare chip in a wafer state but also a characteristic inspection of a large-diameter wafer in a burn-in state becomes possible. In addition, since a plurality of chips can be simultaneously inspected by using the common wiring, chip screening can be realized in a short time, and there is an enormous cost effect.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, in the prober apparatus of the present invention in which probe assemblies using vertical probes are arranged in a multi-array, the probe assemblies arranged corresponding to the respective chips formed on the wafer are independent of each other. It is arranged in the state where it was done. Therefore, even if the probe assembly is placed in a high-temperature atmosphere as in the burn-in test, the strains due to the thermal expansion generated in the respective probe assemblies cancel each other, and the extension of the entire prober device can be suppressed. In particular, since the probe position is not shifted even with respect to the chip pads arranged in the peripheral portion of the large-diameter wafer, it is possible to sufficiently cope with a narrow pitch of the pads.
[0063]
Further, when assembling the probe assemblies in a multi-array, first, a positioning member is provided and assembled based on this positioning member, so that automatic assembly is possible.
[0064]
Furthermore, since the electrical wiring for inputting and outputting electrical signals to and from the chip under test is performed using copper wiring formed on both sides of the ribbon-shaped film, it can be accommodated in a narrow space, and tens of thousands Solves the problem of widespread electrical wiring connections. Further, since the film can be easily attached and detached by the positioning member, automatic assembly is enabled.
[0065]
As described above, the prober apparatus of the present invention has a multi-arranged vertical probe assembly so that a plurality of semiconductor bare chips formed on one semiconductor wafer can be simultaneously subjected to a probing test and a burn-in test. It solves the problem of thermal expansion and the problem of signal wiring, and enables low-cost mass production by automatic assembly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of a multi-array prober device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a partial structure of the multi-array probe assembly according to the embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a partial structure of the multi-array mounting base in the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a partial structure of the multi-array mounting base in the embodiment.
FIG. 5 is an enlarged perspective view of a square pin in the embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of the pedestal in the embodiment as viewed obliquely from above.
FIG. 7 is a perspective view of the pedestal shown in FIG. 6 as viewed obliquely from below.
FIG. 8 is a perspective view of an electric wiring connection body made of a ribbon-like film in the embodiment.
FIG. 9 is a side view (a) and a front view (b) of the X-direction ribbon-shaped film in the embodiment.
FIG. 10 is a side view (a) and a front view (b) of the Y-direction ribbon-shaped film in the embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing an assembled state of an XY direction positioning member in the embodiment.
FIG. 12 is a perspective view showing a structure of an XY direction positioning member in the embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing an intersecting state of the XY direction positioning members in the embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing an assembled state of an XY direction positioning member and an XY direction ribbon-like film in the embodiment.
15 (a), (b), (c), and (d) show the procedure for assembling the XY-direction positioning member and the XY-direction ribbon film in the embodiment.
FIG. 16 is a perspective view showing a socket structure of the ribbon-shaped film in the embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating electrical wiring connection to a semiconductor wafer in the embodiment.
FIG. 18 is a perspective view showing an application example of the ribbon-shaped film in the embodiment.
FIG. 19 is a front view showing an application example of the same ribbon-shaped film as shown in FIG.
FIG. 20 is a sectional view showing an application example of the same ribbon-shaped film as shown in FIG.
FIG. 21 is a plan view showing an individual probe assembly according to another embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing another embodiment.
FIG. 23 is a partially enlarged cross-sectional view showing another embodiment.
FIG. 24 is an assembled perspective view of a ribbon-like film showing another embodiment.
FIG. 25 is a perspective view of a conventional vertical probe assembly.
FIG. 26 is a perspective view showing a configuration of a conventional prober device.
[Explanation of symbols]
1 Individual probe assembly
11 Vertical probe
111 Probe hole
112 square hole
12, 13 insulating substrate
14 Notch
2 Square pin
21 Square pillar
22 Flange
23 Pickling
24 screws
3 pedestals
31 holes
32 pickpocket
33 cavities
34 Notch
5 Support substrate
6 props
61 step
7 X direction ribbon film
8 Y-direction ribbon film
71, 81 cut
72, 82 Copper wiring
73, 83 Common copper wiring
74, 84 Through hole
75, 85, 75a, 85a Connection terminal
76, 86 wiring terminal
9 X direction positioning member
10 Y direction positioning member
9a, 10a cushioning material
15 socket
16 Semiconductor wafer
17 Semiconductor chip
18 Input signal line
19 Output signal line
50 Vertical probe assembly
51, 52 Insulating substrate
53 contact terminal
54 Bending part
55 connection structure
56 Flexible Flat Cable
57 Probe Card
