JP2000249721A

JP2000249721A - プローブカード

Info

Publication number: JP2000249721A
Application number: JP11054068A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mizoguchi; 康寛溝口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブ針を上下動させるスプリングの弾力
性のバラツキ，低下等によるコンタクト性の悪化や、ス
プリングの介在によるインピーダンスの増加を回避す
る。【解決手段】半導体ウエハに形成されたチップの電気
的特性を測定する際に用いられるプローブカード１１で
ある。このプローブカード１１は、ベースとなる基板１
２と、この基板１２の下面側にチップのパッド配列に対
応して略垂直に立設され、その先端１４ａをパッドとの
接触部としてなる複数のプローブ針１４とを備える。プ
ローブ針１４の後端側は二股状に拡開する状態で略Ｖ字
形に形成されている。また、プローブ針１４の二股部分
１４ｂ，１４ｂの両端は、はんだ１５を用いて基板１２
に固着され、かつ基板上の配線１３に電気的に接続され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハに形
成されたチップ（集積回路）の電気的特性を測定する際
に用いて好適なプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハに形成されたチッ
プの電気的特性を測定（検査）するには、ウエハプロー
ブと呼ばれる装置が用いられる。このウエハプローブ
は、図６に示すように、半導体ウエハＷ中のチップＴの
電気的特性を測定するテスト回路を有する測定装置１
と、この測定装置１によってチップＴの電気的特性を測
定する際に、測定装置１に接続して用いられるプローブ
カード２とを備えている。

【０００３】プローブカード２は、ケーブル３によって
測定装置１に電気的に接続され、測定装置１とチップＴ
との間で信号（測定信号）をやりとりするための治具で
あり、これは、ベースとなる基板４と、この基板４の下
面に設けられたセラミック製板状の針保持部材５と、こ
の針保持部材５に保持された複数のプローブ針６…とを
備えている。このプローブカード２は、多ピン測定、複
数個同時測定に優れた高周波測定対応可能な垂直プロー
ブカードであり、図７に示すようにチップＴ内の複数の
パッドＰに対応して、複数のプローブ針６を配置したも
のである。

【０００４】プローブ針６は、金属等の導電性材料から
なるもので、図８（ａ），（ｂ）に示すように、針保持
部材５に形成された円形筒状の穴７に挿入された状態で
垂直に保持される。プローブ針６の先端側は穴７の外側
に突出した状態で配置され、同後端側にはスプリング８
が接続されている。また、プローブ針６は全体が略円筒
状に形成されるとともに、穴７から外側に突出した先端
側が、先端に行くに従ってその径が小さくなる、いわゆ
る先細状に形成されている。

【０００５】一方、穴７は、針保持部材５の上面側から
下面側にかけて貫通して形成されている。この穴７の上
部には、先述のスプリング８が組み込まれている。スプ
リング８は略Ｕ字形に曲げ成形され、その曲げ部分の撓
みで伸縮し得る構造になっている。スプリング８の上端
は、基板４に形成された小孔（不図示）を通して引き出
され、その引き出し部分にはんだ９を介して配線１０が
接続されている。

【０００６】そして、上述のように伸縮可能なスプリン
グ８の下端に接続されたことによってプローブ針６は、
穴７の軸方向（深さ方向）に移動可能に支持され、チッ
プＴのパッドＰ…に接触した際、その初期位置から５０
μｍ〜１００μｍ程度押し込まれることにより、スプリ
ング８の弾力性によって電気的かつ機械的に安定した接
触状態が得られる仕組みになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９（ａ）
に示すようにチップＴ内に配列されたパッドＰ…に対
し、上述のようにスプリング８の弾力性をもってプロー
ブ針６の先端部を接触させると、図９（ｂ）に示すよう
にパッドＰ内にプローブ針６の接触跡（圧痕）Ｐａが付
く。この接触跡Ｐａはプローブ針６の先端形状に対応し
て略円形の点状となり、また接触跡Ｐａの位置がパッド
Ｐのほぼ中央になるよう、使用開始時に予めアライメン
トされる。

【０００８】しかしながら従来のプローブカード２で
は、プローブ針６をパッドＰに接触させたときに、スプ
リング付勢力のバランスの偏りでプローブ針６の針先が
パッドＰ上で横方向に滑りやすいものとなっている。ま
た、プローブカード２の使用回数が増えると、それにつ
れてスプリング８の弾力性が低下し、これが所定のレベ
ルを下回ると、チップＴの測定終了後に半導体ウエハＷ
からプローブカード２を離間させたときに、スプリング
８の弾力性が不足してプローブ針６の姿勢を初期状態に
戻せなくなる。そうすると、図９（ｃ）に示すように、
針保持部材５に対してプローブ針６が傾いた状態で保持
されるようになる。その結果、パッドＰに対する針跡Ｐ
ａの位置は、図９（ｄ）に示すように、初期位置（図の
破線で示す位置）から徐々にシフトしていき、遂にはパ
ッドＰから外れてしまう。そうすると、電気的な接続状
態（導通）が得られなくなるうえ、パッドＰの近傍に形
成された回路部分を傷つけて破壊してしまう虞れがあ
る。

【０００９】また、使用回数の増加とともに、針保持部
材５の穴７とプローブ針６との摩擦抵抗が増大したり、
プローブ針６の表面が酸化したりすると、穴７とプロー
ブ針６との滑りが鈍く（悪く）なり、パッドＰとのコン
タクト性が悪化する。

【００１０】さらに、プローブ針６と配線１０とを間に
スプリング８が介在しているため、プローブ針６と配線
１０との間の電気的な抵抗（Ω）が大きくなり、またリ
アクタンス成分が大きくなることで、特に高周波信号を
取り扱う場合の交流的な抵抗成分（インピーダンス）が
増大する。そうすると、高周波信号を流すときの信号の
ロス（減衰）が多くなり、その分だけチップＴに入力す
る信号レベルが減少してしまう。

【００１１】また、このようなプローブカード２におい
ては、針保持部材５の穴７内でプローブ針６を上下動さ
せるため、図１０（ａ），（ｂ）に示すようにプローブ
針６の直径（穴７内に位置する後端側の直径）を例えば
８０μｍとすると、針保持部材５における穴７の内径は
それよりも大きい８４μｍに設定する必要がある。そう
すると、プローブ針６の配列方向においては、一本のプ
ローブ針６につき、針以外の部分で４μｍ（８４μｍ−
８０μｍ）もの領域を使用することになり、この領域分
が、現状のプローブカード２で対応し得るチップＴのパ
ッドピッチの最小寸法を制限する一つの要因となる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、半導体ウエハに形成され
たチップの電気的特性を測定する際に用いられるプロー
ブカードであって、ベースとなる基板と、この基板の下
面側に前記チップのパッド配列に対応して略垂直に立設
され、その先端を前記パッドとの接触部としてなる複数
のプローブ針とを備え、前記プローブ針の後端側を二股
状に拡開する状態で形成するとともに、その二股部分の
両端を前記基板に固着して成るものである。

【００１３】このプローブカードにおいては、プローブ
針の先端部を所定の力でチップのパッドに接触させた
際、その接触部分に対して、プローブ針後端側の二股部
分の双方からそれぞれ同じ弾力が加えられる。これによ
り、パッド上での針先の滑りが抑制されるとともに、プ
ローブカードの使用回数が増えても、プローブ針の針跡
の位置がシフトすることがなくなる。また、プローブ針
自身が弾力性を持つようになるため、プローブ針にスプ
リングを接続する必要がなくなる。さらに、パッド配列
に対応するプローブ針の配列方向においても、従来の如
き穴内でプローブ針を上下動させるための領域を確保す
る必要がなくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実
施形態に係るプローブカードを説明するもので、（ａ）
はその全体構造を示す側面概略図、（ｂ）は（ａ）のＢ
部拡大図である。図示したプローブカード１１において
は、ベースとなる基板１２上に配線１３が設けられてい
る。この配線１３は、チップの電気的特性を測定するた
めの測定信号を伝送するためのもので、例えば周知のパ
ターニング処理によって基板１２の上面に形成される。
基板１２の下面側にはプローブ針１４が立設されてい
る。このプローブ針１４は、例えばタングステン銅から
なるもので、基板１２の面上に垂直に立設されている。
また、プローブ針１４は、チップのパッド配列に対応し
て図の奥行き方向に直線状に配列されている。

【００１５】プローブ針１４の先端側は、図２（ａ），
（ｂ）にも示すように先細状（従来同様）に形成され、
その先端１４ａを、チップのパッドとの接触部（コンタ
クト部）としている。これに対して、プローブ針１４の
後端側は二股状に拡開した状態で略Ｖ字形（針全体とし
ては略Ｙ字形）に形成され、その二股部分１４ｂ，１４
ｂに適度な可撓性を持たせた構造になっている。また、
プローブ針１４の二股部分１４ｂ，１４ｂは、該プロー
ブ針１４の中心軸に対して各々同じ角度θだけ傾いた状
態で形成されている。この二股部分１４ｂ，１４ｂの傾
斜角度θは、後述するチップのパッドに針先を押し付け
際、適度な弾力性が得られるよう、例えば６°〜６０°
の範囲内で適宜設定されている。

【００１６】一方、基板１２には、図３に示すように各
プローブ針１４の取付位置に対応してスルーホール１２
ａが形成されている。このスルーホール１２ａは、基板
１２上に形成された配線１３の終端に位置して設けら
れ、その内面には、はんだ或いは銅によるメッキ層が形
成されている。またスルーホール１２ａは、１本のプロ
ーブ針１４につき、２つずつ設けられている。

【００１７】基板１２のスルーホール１２ａには、プロ
ーブ針１４の二股部分１４ｂの両端（図３では片側のみ
表示）が挿し込まれている。また、基板１２上にはスル
ーホール１２ａを埋め込むようにはんだ１５が供給さ
れ、このはんだ１５によってプローブ針１４の二股部分
１４ｂ，１４ｂの両端がそれぞれ基板１２に固着され、
かつプローブ針１４が上記配線１３に電気的に接続され
ている。

【００１８】さらに、基板１２の下面には、ゴム状弾性
を有する樹脂部（エラストマー等）１６が所定の厚みで
層状に形成されている。樹脂部１６はプローブ針１４の
二股部分１４ｂ，１４ｂの撓み変形を阻害しない程度の
ゴム状弾性を有し、基板１２の下面に対しては上記スル
ーホール１２ａを裏打ちするかたちで均一に塗布されて
いる。この樹脂部１６は、基板１２とプローブ針１４と
の接続部（はんだ付け部）における金属の酸化を防止す
るためのもので、これについては必要に応じて設けるよ
うにすればよい。

【００１９】このように構成されたプローブカード１１
を用いてチップの電気的特性を測定する場合において
は、図４に示すように、基板１２の上面側から所定の押
圧力Ｆを加えて、チップＴのパッドＰにプローブ針１４
の先端１４ａを接触（コンタクト）させる。そうする
と、プローブ針１４の二股部分１４ｂ，１４ｂが上記押
圧力Ｆによって湾状に撓み変形する。これにより、プロ
ーブ針１４とパッドＰとの接触部分に対し、プローブ針
１４の二股部分１４ｂ，１４ｂの双方からそれぞれ同じ
弾力ｆ，ｆがバランス良く加えられるため、パッドＰ上
で針先が滑ることがなく常に安定した接触状態が得られ
る。また、従来のようにスプリングを用いなくても安定
した接触状態が得られるため、スプリング特性のバラツ
キによるコンタクト性のバラツキを回避することができ
る。

【００２０】さらに、プローブカード１１の使用中にお
いては、プローブ針１４が、それ自身の持つ弾力性（二
股部分１４ｂ，１４ｂの撓み変形）によって常にバラン
ス良くパッドＰに接触し、しかも基板１２面に対して常
に垂直な姿勢に保持されるため、たとえ使用回数が増え
たとしても、パッドＰ上で針跡の位置がシフトすること
はない。したがって、使用開始に先立ってパッドＰに対
するプローブ針１４の接触位置をアライメントしておけ
ば、その位置精度を長期にわたって維持することができ
る。その結果、プローブ針１４の針先がパッドＰから外
れた位置に接触することがなくなるため、チップＴ内の
回路部分の傷付きを確実に防止することが可能となる。

【００２１】また、プローブ針１４の二股部分１４ｂ，
１４ｂの両端を配線１３を直にはんだ付け（接合）して
いるため、配線１４とプローブ針１４の間の電気的な抵
抗（Ω）がほぼゼロになる。さらに、スプリングの介在
によるリアクタンス成分の増加も生じないため、特に高
周波信号を取り扱う場合の信号のロス（減衰）を極力少
なくすることが可能となる。

【００２２】これに加えて、基板１２に対するプローブ
針１４の取付方向を適宜設定する（例えば、プローブ針
１４の配列方向に対してこれとほぼ直交する向きで二股
部分１４ｂ，１４ｂを配置する）ことにより、プローブ
針１４をより接近させて配列することが可能となる。そ
の結果、従来のプローブカードでは対応できないパッド
ピッチの狭いチップＴに対しても、十分に対応可能とな
る。

【００２３】ちなみに、チップＴのパッドＰに対するプ
ローブ針１４の接触圧については、プローブ針１４後端
側における二股部分１４ｂ，１４ｂの傾斜角度θ（図
２）を変えることにより、任意に調整することができ
る。

【００２４】また、上記実施形態においては、プローブ
針１４の後端側を略Ｖ字形に形成したものを例示した
が、これ以外にも、図５に示すように、プローブ針１４
の後端側を略Ｕ字形（アーチ状）に形成したものであっ
てもよい。このＵ字形に形成したプローブ針１４の場合
は、その二股部分１４ｂ，１４ｃが常に湾曲していて撓
み易い構造になっているため、針先１４ａをパッドＰに
押し付けた際に、上記Ｖ字形のもの（図２参照）よりも
高い弾力性が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の押圧力でプローブ針の先端をパッドに接触させたと
きに、その接触部分に対し、プローブ針の二股部分の撓
みで双方から同じ弾力が加えられるため、パッド上での
針先の滑りを抑制できるとともに、プローブカードの使
用回数が増加しても、チップのパッドに対して常に安定
した状態でしかも確実にプローブ針の先端を接触（コン
タクト）させることができる。これにより、プローブ針
の先端がパッドから外れた位置に接触することがなくな
るため、チップ内の回路部分を傷付ける虞れもなくな
る。また、プローブ針自身に弾力性を持たせたことでス
プリングが不要になるため、スプリングの介在によるコ
ンタクト性のバラツキや、リアクタンス成分の増加を回
避することができる。さらに、プローブ針の二股部分の
向きを適宜設定することで、各々のプローブ針をより接
近させて配列することができるため、従来のプローブカ
ードでは対応できないパッドピッチの狭いチップにも、
十分に対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るプローブカードを説明
する図である。

【図２】実施形態におけるプローブ針の構造説明図であ
る。

【図３】基板に対するプローブ針の取付構造を示す断面
図である。

【図４】プローブ針の先端をパッドに接触させたときの
状態を説明する図である。

【図５】本発明におけるプローブ針の他の構造例を示す
図である。

【図６】ウエハプローブの基本構成を示す概略図であ
る。

【図７】プローブカードの概略構成を示す斜視図であ
る。

【図８】従来のプローブカードの概略構成を示す図であ
る。

【図９】従来の課題を説明するための図（その１）であ
る。

【図１０】従来の課題を説明するための図（その２）で
ある。

【符号の説明】

１１…プローブカード、１２…基板、１３…配線、１４
…プローブ針、１４ａ…先端（針先）、１４ｂ…二股部
分、Ｐ…パッド、Ｔ…チップ、Ｗ…半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハに形成されたチップの電気
的特性を測定する際に用いられるプローブカードであっ
て、ベースとなる基板と、この基板の下面側に前記チップの
パッド配列に対応して略垂直に立設され、その先端を前
記パッドとの接触部としてなる複数のプローブ針とを備
え、前記プローブ針の後端側を二股状に拡開する状態で形成
するとともに、その二股部分の両端を前記基板に固着し
てなることを特徴とするプローブカード。
【請求項２】前記基板は、前記チップの電気的特性を
測定するための測定信号を伝送する配線を有し、この配
線の終端に前記プローブ針の二股部分の両端をはんだ接
合してなることを特徴とする請求項１記載のプローブカ
ード。