JPH11260871A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の場合には、図８に示すようにプローブ
カード２はその周縁部で接続リング３、パフォーマンス
ボード４及びテストヘッド５の順でポゴピン６を介して
あらゆる種類のプローブカード２に対応させて電気的に
接続されているため、検査時にプローブ針２Ａからウエ
ハＷに針圧が掛かると、その反力でプローブカード２の
平坦度が低下する。また、検査によっては使用しないポ
ゴピン６ができる。また、プローブカード２とテストヘ
ッド５の間の配線が長く周波数特性が低下する。 【解決手段】 本発明のプローブ装置は、パフォーマン
スボード１３の下面接触用電極１３Ａを中央部に集めて
配置すると共に下面接触用電極１３Ａに対応する貫通孔
１６Ａを有するスペーサ１６をパフォーマンスボード１
３に取り付け、且つ、プローブカード１２とスペーサ１
６との間に隙間δを介在させると共に各バンプ１２Ａ及
びこれらに対応する下面接触用電極１３Ａの双方と弾接
するポゴピン１８をスペーサ１６の貫通孔１６Ａに装着
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】本発明は、プローブ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程は、半導体ウエハ（以
下、単に「ウエハ」と称す。）に形成されたＩＣチップ
をパッケージングする前にウエハ状態で各ＩＣチップの
電気的特性検査を行い、予め良品ＩＣチップをスクリー
ニングする検査工程を有している。この検査工程では例
えばプローブ装置が用いられる。プローブ装置は、一般
に、ウエハを搬送するローダ室と、これに隣接しローダ
部から搬送されて来たウエハの電気的特性検査を行うプ
ローバ室とを備えている。プローバ室内には図８に示す
ようにウエハＷを載置し且つＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移
動するメインチャック１が配設され、プローバ室の上面
にはメインチャック１と対向するプローブカード２が固
定されている。このプローブカード２は接続リング３及
びパフォーマンスボード４を介してテスタ（図示せず）
に接続されたテストヘッド５と電気的に導通し、テスタ
からの信号に基づいてウエハＷの電気的特性検査を行う
ようにしてある。尚、図８において、６はポゴピンであ
る。

【０００３】プローブ装置を用いて検査する時には、ロ
ーダ室から移載されたウエハＷをメインチャック１上に
載置した状態で、メインチャック１がＸ、Ｙ、Ｚ及びθ
方向に移動してウエハＷの各ＩＣチップの電極パッド
（例えば、アルミニウムによって形成されている）とプ
ローブカード２のプローブ針２Ａとを位置合わせした
後、メインチャック１がＺ方向に上昇して各電極パッド
と各プローブ針２Ａが電気的に接触して各ＩＣチップの
電気的特性検査を行う。

【０００４】ところで、最近ではＩＣチップの集積度が
急激に高まり、ＩＣチップの配線構造が超微細化して電
極パッドの配列が益々狭ピッチ化している。これに伴っ
てプローブカード２のプローブ針２Ａが狭ピッチ化する
と共にテストヘッド５との導通を図るポゴピン６の本数
が急激に増え、しかも、信号電流が益々小さくなってき
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プローブ装置の場合には、図８に示すようにプローブカ
ード２はその周縁部で接続リング３、パフォーマンスボ
ード４及びテストヘッド５と電気的に接続され、しかも
ポゴピン６はあらゆる種類のプローブカード２に対応さ
せて設けてあるため、プローブカード２によっては使用
しないポゴピン６もありその使用本数が多くなり、例え
ば４０００本を超えるポゴピン６が装着されている。仮
に１ピン当たりピン荷重が２０ｇであると仮定すると、
全ポゴピン６からプローブカード２の周縁部に掛かるピ
ン荷重が８０Ｋｇにも達する。更に、検査時にメインチ
ャック１がオーバードライブしてプローブ針２Ａからウ
エハＷに針圧が掛かると、その反力で僅かではあるがプ
ローブカード２が中央部で撓みプローブカード２の平坦
度が低下し、検査に悪影響を及ぼす虞がある。しかも１
００℃を超える高温測定時にはプローブカード２が熱膨
張などの影響を受ける虞がある。また、プローブカード
２からウエハＷの周縁部に針圧が掛かるとメインチャッ
ク１が僅かではあるが傾斜するため、水平に配置された
プローブカード２のプローブ針２Ａの針圧を一定に保持
することが難しいという課題があった。

【０００６】また、従来のプローブ装置の場合にはプロ
ーブカード２とテストヘッド５との間に接続リング３及
びパフォーマンスボード４が介在しテストヘッド５から
プローブカード２までの配線が長くノイズを拾い易いた
め、周波数特性が低下するという課題があった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、プローブカードに対するピン荷重を軽減し
プローブカードの平坦度を維持することができ、しかも
高温検査時でも熱的影響を受け難く、周波数特性に優れ
たプローブ装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のプローブ装置は、被検査体を載置するＸ、Ｙ、Ｚ及び
θ方向に移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置
された複数の接触子を有するプローブカードと、このプ
ローブカードと電気的に接続されたパフォーマンスボー
ドとを備え、上記接触子と上記被検査体の検査用電極と
を接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプロ
ーブ装置おいて、上記パフォーマンスボードのプローブ
カード側の接触用電極を中央部に集めてマトリックス状
に配置すると共に上記各接触用電極に対応するマトリッ
クス状の貫通孔を有するスペーサを上記パフォーマンス
ボードに取り付け、且つ、上記プローブカードを上記ス
ペーサとの間に隙間を介在させて上記パフォーマンスボ
ードに取り付けると共に上記各接触子及びこれらに対応
する上記接触用電極の双方と弾接する弾性中継端子を上
記スペーサの貫通孔に装着したことを特徴とするもので
ある。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載のプローブ
装置は、請求項１に記載の発明において、上記弾性中継
端子を着脱自在にしたことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載のプローブ
装置は、請求項１または請求項２に記載の発明におい
て、上記パフォーマンスボードの接触用電極を上記弾性
中継端子の外径よりも大きくしたことを特徴とするもの
である。

【００１１】また、本発明の請求項４に記載のプローブ
装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発
明において、上記弾性中継端子としてポゴピンを設けた
ことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の請求項５に記載のプローブ
装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発
明において、上記プローブカードの基板をセラミックに
より形成したことを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明の請求項６に記載のプローブ
装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発
明において、上記プローブカードの接触子を基端部から
先端部に渡って徐々に細くしたことを特徴とするもので
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。本実施形態のプローブ装
置１０は、例えば図７に示すように、プローバ室内に配
設されたＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能なメインチャ
ック１１と、このメインチャック１１の上方に配置され
た矩形状のプローブカード１２と、このプローブカード
１２に接続されたプリント配線基板からなるパフォーマ
ンスボード１３とを備え、プローブカード１２がパフォ
ーマンスボード１３を介してテストヘッド１４との間で
検査用信号を授受して被検査体であるウエハＷの電気的
特性検査を行うようにしてある。

【００１５】さて、本実施形態のプローブカード１２と
パフォーマンスボード１３は例えば図１〜図４に示すよ
うに構成されている。即ち、プローブカード１２は、図
１に示すように、複数の接触子（例えば、バンプ）１２
Ａと、これらのバンプ１２Ａを下面に有する熱膨張率が
小さく耐熱性に優れたセラミック（例えば、石英等）製
基板１２Ｂと、このセラミック製基板１２Ｂの上面にマ
トリックス状に形成された複数の接触用電極１２Ｃと、
これらの接触用電極１２Ｃとバンプ１２Ａとを接続す
る、上下複数段に渡って形成された複数層の配線パター
ン１２Ｄ（図１では一層のみ図示してある）とを有して
いる。また、パフォーマンスボード１３は、下面の中央
部に集めてマトリックス状に形成された複数の下面接触
用電極１３Ａと、その上面の外周縁部にリング状に複数
列配列された上面接触用電極１３Ｂと、これら両電極１
３Ａ、１３Ｂを電気的に接続する配線パターン（図示せ
ず）とを有している。

【００１６】上記パフォーマンスボード１３の下面には
プローブカード１２よりやや大きく形成された矩形状の
スペーサ１６が第１取付部材１７を介して固定されてい
る。このスペーサ１６全面には図１、図２に示すように
ポゴピン１８を装着するための貫通孔１６Ａがマトリッ
クス状に配置して複数形成され、これらの貫通孔１６Ａ
はパフォーマンスボード１３の下面接触用電極１３Ａに
対応してこれと同数だけ形成されている。これらの貫通
孔１６Ａはスペーサ１６がパフォーマンスボード１３に
固定された状態で下面接触用電極１３Ａの真下にそれぞ
れ位置するようにしてある。そして、プローブカード１
２とパフォーマンスボード１３は貫通孔１６Ａに装着さ
れたポゴピン１８を介して互いに電気的に導通可能に接
続されている。

【００１７】但し、上記パフォーマンスボード１３はあ
らゆる種類のプローブカード１２に対応するように構成
されているため、その下面接触用電極１３Ａの数は各種
のプローブカード１２の接触用電極１２Ｃの数と同数か
これらよりも多く形成されている。従って、プローブカ
ード１２の種類によって全ての下面接触用電極１３Ａを
使用する場合もあれば、下面接触用電極１３Ａの一部を
使用しない場合もある。そのため、ポゴピン１８は着脱
自在になっており、使用しない下面接触用電極１３Ａが
ある場合にはこれらの下面接触用電極１３Ａに対応する
貫通孔１６Ａにはポゴピン１８を装着せず、使用する下
面接触用電極１３Ａに対応する貫通孔１６Ａにはポゴピ
ン１８を装着するようにしてある。また、下面接触用電
極１３Ａの外径（例えば、７００〜８００μｍ）をポゴ
ピン１８の外径（例えば、２０〜３０μｍ）よりも大き
くすることにより、パフォーマンスボード１３に対する
ポゴピン１８の位置合わせを簡単に行うことができるよ
うにしてある。

【００１８】また、図１に示すように第１取付部材１７
の下面にはパフォーマンスボード１３に対してプローブ
カード１２を取り付ける際に使用される第２取付部材１
９が取り付けられている。そして、第２取付部材１９を
介してパフォーマンスボード１３に取り付けたプローブ
カード１２とスペーサ１６との間には隙間δが形成さ
れ、スペーサ１６に装着されたポゴピン１８がプローブ
カード１２の接触用電極１２Ｃ及びパフォーマンスボー
ド１３の下面接触用電極１３Ａの双方に弾接して両者１
２、１３間の電気的に導通を図るようにしてある。

【００１９】また、図１に示すように上記パフォーマン
スボード１３の下面にはプローブカード１２の接触用電
極１２Ｃ及びスペーサ１６の貫通孔１６Ａをパフォーマ
ンスボード１３に対してそれぞれ位置決めするための位
置決めピン２０が４箇所に取り付けられている。これら
の位置決めピン２０はパフォーマンスボード１３の下面
から垂下し、プローブカード１２及びスペーサ１６それ
ぞれの４箇所の隅角部に形成されたそれぞれの位置決め
孔１２Ｅ、１６Ｂを貫通して第２取付部材１９と当接す
るようにしてある。従って、プローブカード１２及びス
ペーサ１６を位置決めピン２０を基準にしてパフォーマ
ンスボード１３にそれぞれ取り付けると、各貫通孔１６
Ａに装着されたポゴピン１８がプローブカード１２の接
触用電極１２Ｃ及びパフォーマンスボード１３の下面接
触用電極１３Ａの双方に弾接し、上述のようにプローブ
カード１２とスペーサ１６間に隙間δが形成されように
なっている。更に、パフォーマンスボード１３下面の中
心及びスペーサ１６上面の中心にはそれぞれ凹部１３
Ｃ、１６Ｃが形成され、これらの凹部１３Ｃ、１６Ｃ間
にボール２１が介在し、ボール２１を介してパフォーマ
ンスボード１３の中心とスペーサ１６の中心が一致する
ようにしてある。

【００２０】また、上述のようにプローブカード１２と
スペーサ１６間に隙間δが形成されているため、検査時
にメインチャック１１がオーバドライブするとプローブ
カード１２がポゴピン１８の弾力に抗しながら位置決め
ピン２０に従って上昇することになり、位置決めピン２
０がプローブカード１２の昇降ガイドとしての機能をも
有していることになる。

【００２１】また、例えば第１取付部材１７には外部と
隙間δを連通する通気孔１７Ａが形成され、この通気孔
１７Ａには空気等の冷却気体を給送する気体配管（図示
せず）が接続されている。そして、高温検査を行う時に
は気体配管を介して冷却空気を隙間δ内へ供給し、プロ
ーブカード１２を冷却するようにしてある。

【００２２】また、上記プローブカード１２のバンプ１
２Ａは例えば図３の（ａ）、（ｂ）及び図４に示すよう
に形成されている。このバンプ１２Ａは、各図に示すよ
うに、基端部から先端部に渡って徐々に細くなり、しか
もその先端にほぼ正方形の平坦面を有する、四角錐台状
に形成されている。このバンプ１２Ａは、図４に示すよ
うに、電極パッドより硬度の高い材料、例えばダイヤモ
ンド、サファイヤ、石英等の鉱石によって四角錐台状に
形成されたコア部１２Ｆと、その外面に例えば金、ロジ
ウムあるいはこれらの合金等の良導性金属によってコー
ティングされた導電膜１２Ｇとからなっている。そし
て、導電膜１２Ｇの基端部が配線パターン１２Ｄと接続
され、導電膜１２Ｇを介して電極パッドとの導通を図っ
ている。バンプ１２Ａは図３の（ａ）に示すように配線
パターン１２Ｄからの高さＨが例えば１２０〜２５０μ
ｍに形成され、その先端の平坦面の辺長Ｌは例えば１０
〜１５μｍに形成されている。特に、平坦面の辺長が３
０μｍ以上ではバンプ１２Ａの電極パッドに対する食い
込みが足りず、バンプ１２Ａの周面と電極パッドとの接
触抵抗を十分確保することが難しく、４０μｍを超える
と電極パッドに対する食い込みが難しくなる虞がある。
また、平坦面の辺長が８μｍ以下ではバンプ１２Ａが電
極パッドに食い込むものの、バンプ１２Ａの周面と電極
パッドとの接触抵抗を十分確保することが難しくなる。
尚、上記プローブカード１２の接触子は図６の（ａ）、
（ｂ）に示す円錐台状のバンプ１２’Ａであっても良
い。

【００２３】次に、動作について説明する。図５に示す
ようにメインチャック１１上にウエハＷを載置し、所定
の位置合わせを行った後、メインチャック１１にオーバ
ードライブを掛けると、ウエハＷがＺ方向に上昇しプロ
ーブカード１２のバンプ１２Ａと接触し、更にウエハＷ
が上昇する。これによりプローブカード１２はポゴピン
１８の弾力に抗しながらウエハＷに押し上げられ、ウエ
ハＷの表面と平行を維持した状態で位置決めピン２０に
従って隙間δ内で上昇する。この際、プローブカード１
２は図５に示すようにバンプ１２ＡからウエハＷの検査
用電極パッドＰに針圧が掛かり、バンプ１２Ａの先端の
平坦面周囲のエッジから電極パッドＰに対してせん断力
が作用し、電極パッドＰの表面をエッジで切断し、バン
プ１２Ａが電極パッドＰに食い込み始める。その後のウ
エハＷの上昇で、バンプ１２Ａの周面で電極パッドＰを
周囲へ押し広げながら徐々に食い込み同図の実線で示す
位置に到達する。この状態ではバンプ１２Ａの平坦面は
酸化膜Ｏと接触し電極パッドＰとは絶縁されているが、
その周面は電極パッドＰに食い込んだ部分が電極パッド
Ｐの切断面である無垢のアルミニウムと完全に密着し、
電極パッドＰとの良好な導通を確保する。この状態で検
査を実施すれば、バンプ１２Ａと電極パッドＰとの間で
確実に信号の授受を行うことができ信頼性の高い検査を
行うことができる。しかも、プローブカード１２とウエ
ハＷは常に平行を維持しているため、各バンプ１２Ａと
各電極パッドＰ間の針圧が一定になり更に信頼性の高い
検査を行うことができる。

【００２４】以上説明したように本実施形態によれば、
パフォーマンスボード１３の下面接触用電極１３Ａを中
央部に集めてマトリックス状に配置すると共に各下面接
触用電極１３Ａに対応するマトリックス状の貫通孔１６
Ａを有するスペーサ１６をパフォーマンスボード１３に
取り付け、且つ、プローブカード１２をスペーサ１６と
の間に隙間δを介在させてパフォーマンスボード１３に
取り付けると共に各接触用電極１２Ｃ及びこれらに対応
する下面接触用電極１３Ａの双方と弾接するポゴピン１
８をスペーサ１６の貫通孔１６Ａに装着したため、検査
時にメインチャック１１がオーバドライブする時に、プ
ローブカード１２がウエハＷと電気的に接触しポゴピン
１８の弾力に抗しながらパフォーマンスボード１３の中
央部分で位置決めピン２０に従って隙間δ内で上昇し、
常に平坦度を保って全てのバンプ１２Ａの針圧を均一に
保持することができ、しかもポゴピン１８を介してプロ
ーブカード１２とパフォーマンスボード１３間の電気的
接続を確実なものとすることができ、安定した信頼性の
ある検査を行うことができる、また、本実施形態によれ
ば、接続リングを省略したため、プローブカード１２と
テストヘッド１４間の配線が短くなり、電気的ロスが少
なく、ノイズが低減し高周波特性に優れた検査を行うこ
とができる。

【００２５】また、本実施形態によれば、パフォーマン
スボード１３の下面接触用電極１３Ａを中央に集めてマ
トリックス状に配置し、ポゴピン１８を着脱自在にした
ため、パフォーマンスボード１３を規格化することがで
き、一種類のパフォーマンスボード１３をプローブカー
ド１２の種類に関係なく使用することができる。また、
パフォーマンスボード１３の下面接触用電極１３Ａの外
径をポゴピン１８の外径よりも大きくしたため、位置決
めピン２０を基準にしたスペーサ１６のパフォーマンス
ボード１３に対する位置合わせが多少粗くても、下面接
触用電極１３Ａに対してポゴピン１８を確実に接触させ
ることができる。また、プローブカード１２をセラミッ
クによって形成したため、熱的影響を受け難く、安定し
た信頼性の高い高温検査を行うことができる。更に、プ
ローブカード１２のバンプ１２Ａを基端部から先端部に
渡って徐々に細くした四角錐台または円錐台にしたた
め、バンプこ１２ＡがウエハＷの電極パッドとが電気的
に確実に接続され、検査の信頼性を高めることができ
る。

【００２６】尚、本発明は上記各実施形態に何等制限さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り多少
の設計変更などがあっても本発明に包含される。

【００２７】

【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項６に記載の発
明によれば、プローブカードに対するピン荷重を軽減し
プローブカードの平坦度を維持することができ、しかも
高温検査時でも熱的影響を受け難く、周波数特性に優れ
たプローブ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ装置の一実施形態の要部であ
るプローブカード及びパフォーマンスボードの関係を拡
大して示す断面図である。

【図２】図１に示すスペーサを示す平面図である。

【図３】図１に示すプローブカードの一部を拡大して示
す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）は斜視図である。

【図４】図３の（ａ）の断面図である。

【図５】図４に示すバンプの動作説明図である。

【図６】プローブカードの他の形態のバンプを示す図
で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【図７】本発明のプローブ装置のメインチャック、プロ
ーブカード、パフォーマンスボード及びテストヘッドの
関係を示す説明図である。

【図８】従来のプローブ装置を示す図７に相当する説明
図である。

【符号の説明】

１０ プローブ装置 １１ メインチャック（載置台） １２ プローブカード １２Ａ バンプ（接触子） １３ パフォーマンスボード １３Ａ 下面接触用電極 １６ スペーサ １６Ａ 貫通孔 １８ ポゴピン（弾性中継端子）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置するＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方
   向に移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置され
   た複数の接触子を有するプローブカードと、このプロー
   ブカードと電気的に接続されたパフォーマンスボードと
   を備え、上記接触子と上記被検査体の検査用電極とを接
   触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ
   装置おいて、上記パフォーマンスボードのプローブカー
   ド側の接触用電極を中央部に集めてマトリックス状に配
   置すると共に上記各接触用電極に対応するマトリックス
   状の貫通孔を有するスペーサを上記パフォーマンスボー
   ドに取り付け、且つ、上記プローブカードを上記スペー
   サとの間に隙間を介在させて上記パフォーマンスボード
   に取り付けると共に上記各接触子及びこれらに対応する
   上記接触用電極の双方と弾接する弾性中継端子を上記ス
   ペーサの貫通孔に装着したことを特徴とするプローブ装
   置。
2. 【請求項２】 上記弾性中継端子を着脱自在にしたこと
   を特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 【請求項３】 上記パフォーマンスボードの接触用電極
   を上記弾性中継端子の外径よりも大きくしたことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載のプローブ装置。
4. 【請求項４】 上記弾性中継端子としてポゴピンを設け
   たことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項
   に記載のプローブカード。
5. 【請求項５】 上記プローブカードの基板をセラミック
   により形成したことを特徴とする請求項１〜請求項４の
   いずれか１項に記載のプローブカード。
6. 【請求項６】 上記プローブカードの接触子を基端部か
   ら先端部に渡って徐々に細くしたことを特徴とする請求
   項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブカー
   ド。