JP2000292443A

JP2000292443A - プローブカード作製方法

Info

Publication number: JP2000292443A
Application number: JP11100715A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Fukutani; 豊福谷
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】測定時にプローブ針の位置を、半導体チップ
上の電極パッドに対して正確に一致させる。【解決手段】プローブカード２の設計時と、プローブ
カード２を用いた測定時とでは温度が異なるため、基板
１０８および半導チップ１０４が熱膨張する結果、プロ
ーブ針１１０と電極パッド１０２との位置が一致しなく
なる。このずれを解消すべく、設計時の温度の半導体チ
ップ１０４における電極パッド１０２の間隔と、基板１
０８および半導体チップ１０４の熱膨張率と、設計時お
よび測定時のプローブカード２の温度の差と、設計時お
よび測定時の半導体チップ１０４の温度の差とにもとづ
いて、プローブ針１１０の間隔を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ上に
配設された複数の電極パッドにプローブ針の先端部をそ
れぞれ接触させて電気的な測定を行うプローブカードを
作製する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置を製造する際にプ
ローブカードを用いて半導体チップの電気的な測定を行
い、その性能が検査されている。プローブカードは、た
とえばセラミック製の基板に複数のプローブ針を突設し
て構成され、測定時には基板を半導体チップに対向させ
て各プローブ針を半導体チップ上の電極パッドにそれぞ
れ接触させる。このようなプローブカードを作製する場
合、従来は設計段階で半導体チップ上の電極パッドの位
置座標を取得し、プローブカードの基板上で上記座標位
置にプローブ針を配置していた。しかし、作製したプロ
ーブカードにより測定を行う場合には通常、半導体チッ
プおよびプローブカードは共に高温に設定されるため、
熱膨張によってプローブ針の間隔および電極パッドの間
隔は設計時とは異なったものとなる。

【０００３】近年、半導体チップはますます大型化し、
また集積密度が高くなってきている。したがって、プロ
ーブ針はきわめて高い位置精度で配置する必要があり、
上述のように温度が設計時と測定時とで異なることによ
ってプローブ針および電極パッドの間隔が変化すると、
測定時に各プローブ針が対応する電極パッドに確実に接
触せず、測定が不可能となる場合がある。

【０００４】図４は従来のこの問題を説明するための図
面であり、（Ａ）はプローブカード作製時のプローブ針
と電極パッドの位置関係を示すプローブカードおよび半
導体チップの断面側面図、（Ｂ）は測定時のプローブ針
と電極パッドの位置関係を示すプローブカードおよび半
導体チップの断面側面図である。この例では、図４の
（Ａ）に示したように、電極パッド１０２は、たとえば
シリコンの半導体基板により形成された半導体チップ１
０４上に設計時の距離Ｌｓｄである５０００μｍの間隔
で配列されている。したがって、たとえばセラミック製
のプローブカード１０６の基板１０８には設計時の距離
Ｌｃｄとして５０００μｍの間隔でプローブ針１１０を
配置して、測定時に各プローブ針１１０が対応する各半
導体チップ１０４の電極パッド１０２に接触するように
する。

【０００５】しかし、設計時と測定時とで温度が異なる
ため、基板１０８および半導体基板が熱膨張する結果、
図４の（Ｂ）に示したように寸法が変化し、プローブ針
１１０と電極パッド１０２との位置が一致しなくなる。
たとえば、セラミックの熱膨張係数ρｃを９．８×１０
^-6／°Ｃ、シリコンの熱膨張係数ρｓを２．４×１０^-6
／°Ｃ、設計時の温度Ｔｄを３０°Ｃとし、測定時、半
導体チップ１０４の温度Ｔｓは１８０°Ｃ、プローブカ
ード１０６の温度Ｔｃは１５０°Ｃになるとすると、測
定時の電極パッド１０２間の距離Ｌｓｓおよびプローブ
針１１０間の距離Ｌｃｓはそれぞれ（１）、（２）式に
より表され、距離Ｌｓｓ、Ｌｃｓの値は、各式に上記値
を代入して次のように計算できる。

【０００６】

【数１】Ｌｓｓ＝Ｌｓｄ×（１＋ρｓ（Ｔｓ−Ｔｄ）） ……（１）＝５００４．９μｍＬｃｓ＝Ｌｃｄ×（１＋ρｃ（Ｔｃ−Ｔｄ）） ……（２）＝５００１．８μｍしたがって、たとえば半導体チップ１０４の１辺の長さ
が１ｃｍの場合、電極パッド１０２とプローブ針１１０
との間のずれは最大で６．２μｍとなる。この程度のず
れであれば特に問題はなく、プローブ針１１０を安定に
電極パッド１０２に接触させて測定を行うことができ
る。しかし、半導体チップ１０４がさらに大きく、たと
えば１辺の長さが１０ｃｍであったとすると、電極パッ
ド１０２とプローブ針１１０との間のずれは最大で６２
μｍとなる。そして、電極パッド１０２は通常、径が８
０μｍ程度であり、したがって中心から周辺部までは４
０μｍ程度であるため、上記６２μｍのずれは無視でき
ない。

【０００７】図５の（Ａ）および（Ｂ）は電極パッド１
０２およびプローブ針１１０が２次元的に配置されてい
る場合を示す模式平面図である。図中、図４と同一の要
素には同一の符号が付されている。この例では、半導体
チップ１１２上の各角近傍にそれぞれ電極パッド１０２
が配設され、たとえば上部の２つの電極パッド１０２の
間隔は１０ｃｍとなっている。このような電極パッド１
０２に対して、設計時には、図５の（Ａ）に示したよう
に、各プローブ針１１０は各電極パッド１０２の位置に
一致させて配置する。しかし、測定時には温度上昇によ
り半導体チップ１０４および基板１０８は共に膨張する
ため、図５の（Ｂ）に示したように、各電極パッド１０
２と各プローブ針１１０とは位置がずれてしまい、各プ
ローブ針１１０を各電極パッド１０２に接触させること
ができず、測定は不可能となる。

【０００８】また、半導体チップが上述のように大きい
場合だけでなく、サイズの小さい半導体チップが複数配
列されている状態で測定を行う場合には、個々のサイズ
は小さくても全体では大きくなり、問題となる程度のず
れが大いに生じ得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決するためになされたもので、その目的は、測定
時にプローブ針の位置を半導体チップ上の電極パッドに
対して正確に一致させてプローブ針を電極パッドに接触
させることができるプローブカードを作製する方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、基板と、前記基板により基部がそれぞれ支
持された複数のプローブ針とを備え、半導体チップ上に
配設された複数の電極パッドに前記プローブ針の先端部
をそれぞれ接触させて電気的な測定を行うプローブカー
ドを作製する方法であって、前記プローブカードにより
前記半導体チップの測定を行う場合の前記プローブカー
ドおよび前記半導体チップの温度である第１および第２
の温度を特定し、設計時の前記プローブカードおよび前
記半導体チップの温度である第３および第４の温度を特
定し、前記第３の温度の前記プローブカードにおける前
記プローブ針の間隔を設定する際に、前記第４の温度の
前記半導体チップにおける電極パッドの間隔と、前記基
板および前記半導体チップの熱膨張率と、前記第１およ
び第３の温度の差と、前記第２および第４の温度の差と
にもとづいて、前記第１の温度の前記プローブカードの
前記プローブ針の間隔が前記第２の温度の前記半導体チ
ップの電極パッドの間隔にほぼ一致するように前記プロ
ーブ針の前記間隔を設定することを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、基板と、前記基板により
基部がそれぞれ支持された複数のプローブ針とを備え、
側方に隣接して配列された複数の半導体チップ上の電極
パッドに前記プローブ針の先端部をそれぞれ接触させて
電気的な測定を行うプローブカードを作製する方法であ
って、前記プローブカードにより前記半導体チップの測
定を行う場合の前記プローブカードおよび前記半導体チ
ップの温度である第１および第２の温度を特定し、設計
時の前記プローブカードおよび前記半導体チップの温度
である第３および第４の温度を特定し、前記第３の温度
の前記プローブカードにおいて、前記半導体チップの配
列ピッチに応じた前記プローブ針の配列ピッチを設定す
る際に、前記第４の温度の前記半導体チップの配列ピッ
チと、前記基板および前記半導体チップの熱膨張率と、
前記第１および第３の温度の差と、前記第２および第４
の温度の差とにもとづいて、前記第１の温度の前記プロ
ーブカードの前記プローブ針の配列ピッチが前記第２の
温度の半導体チップの配列ピッチにほぼ一致するように
前記プローブ針の配列ピッチを設定することを特徴とす
る。

【００１２】したがって、本発明のプローブカード作製
方法では、第３および第４の温度がたとえば室温であ
り、第１および第２の温度が測定時の温度であって第３
および第４の温度より大幅に高くても、第１および第３
の温度の差によるプローブカードの基板の膨張、および
第２および第４の温度の差による半導体チップの膨張を
あらかじめ考慮してプローブ針の間隔を設定できるの
で、測定時においてプローブ針の間隔は電極パッドの間
隔にほぼ一致させることができる。そのため、本発明の
プローブカード作製方法により作製したプローブカード
により、プローブ針を各電極パッドに確実に接触させて
常に安定に測定を行うことが可能となる。

【００１３】また、本発明のプローブカード作製方法で
は、第３および第４の温度がたとえば室温であり、第１
および第２の温度が測定時の温度であって第３および第
４の温度より大幅に高くても、第１および第３の温度の
差によるプローブカードの基板の膨張、および第２およ
び第４の温度の差による半導体チップの膨張をあらかじ
め考慮してプローブ針の配列ピッチを設定できるので、
測定時においてプローブ針の配列ピッチは半導体チップ
の配列ピッチにほぼ一致させることができる。

【００１４】そのため、複数の半導体チップを配列して
同時に測定を行う場合でも、本発明のプローブカード作
製方法により作製したプローブカードにより、プローブ
針を各電極パッドに確実に接触させて常に安定に測定を
行うことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明によるプロー
ブカードの作製方法の一例を説明するための図面であ
り、（Ａ）はプローブカード作製時のプローブ針１１０
と電極パッド１０２の位置関係を示すプローブカードお
よび半導体チップ１０４の断面側面図、（Ｂ）は測定時
のプローブ針１１０と電極パッド１０２の位置関係を示
すプローブカードおよび半導体チップ１０４の断面側面
図である。なお、図中、図４と同一の要素には同一の符
号が付されている。

【００１６】この例では、図１の（Ａ）に示したよう
に、電極パッド１０２は、たとえばシリコンの半導体基
板により形成された半導体チップ１０４上に設計時の距
離Ｌｓｄとして５０００μｍの間隔で配列されている。
したがって、従来の方法では、たとえばセラミック製の
プローブカード２の基板１０８に５０００μｍの間隔で
プローブ針１１０を配置して、測定時に各プローブ針１
１０が対応する各半導体チップ１０４に接触するように
することになる。しかし、設計時と測定時とで温度が異
なるため、基板１０８および半導体基板が熱膨張する結
果、プローブ針１１０と電極パッド１０２との位置が一
致しなくなる。そこで本実施の形態例ではこのずれをあ
らかじめ考慮してプローブ針１１０の間隔を設定する。

【００１７】すなわち、測定時の電極パッド１０２間の
距離Ｌｓｓ、およびプローブ針１１０間の距離Ｌｃｓは
それぞれ上記（１）、（２）式により表されるので、Ｌ
ｓｓ＝Ｌｃｓとなるプローブ針１１０間の設計時の距離
Ｌｃｄを（１）、（２）式より求めると次のようにな
る。

【００１８】

【数２】Ｌｃｄ＝Ｌｓｄ×（１＋ρｓ（Ｔｓ−Ｔｄ））
／（１＋ρｃ（Ｔｃ−Ｔｄ））ここで、セラミックの熱膨張係数をρｃを９．８×１０
^-6／°Ｃ、シリコンの熱膨張係数ρｓを２．４×１０^-6
／°Ｃ、設計時の温度Ｔｄ（本発明に係わる第３および
第４の温度）を３０°Ｃとし、測定時、半導体チップ１
０４の温度Ｔｓ（本発明に係わる第２の温度）は１８０
°Ｃ、プローブカード２の温度Ｔｃ（本発明に係わる第
１の温度）は１５０°Ｃになるとすると、設計時のプロ
ーブ針１１０間の距離Ｌｃｄは、［数２］より４９９
６．９μｍと計算でき、設計時にはプローブ針１１０の
間隔はこのような値に設定する。

【００１９】したがって、図１の（Ａ）に示したよう
に、設計時にはプローブ針１１０の間隔と電極パッド１
０２の間隔との間には３．１μｍのずれが存在する。し
かし、測定時には、図１の（Ｂ）に示したように、温度
上昇によってプローブ針１１０の間隔および電極パッド
１０２の間隔は共に５００４．９μｍとなり間隔の差は
存在せず、したがってプローブカード２の各プローブ針
１１０を半導体チップ１０４上の対応する各電極パッド
１０２に正しく一致させて接触させることができる。設
計時の上記ずれは、半導体チップ１０４の１辺の長さが
たとえば１０ｃｍの場合は６２μｍとなるが、測定時に
はこのようなずれは解消され、半導体チップ１０４が大
きい場合にもプローブ針１１０を正しく電極パッド１０
２に接触させることができる。

【００２０】図２の（Ａ）および（Ｂ）は電極パッド１
０２およびプローブ針１１０が２次元的に配置されてい
る場合を示す模式平面図である。図中、図１と同一の要
素には同一の符号が付されている。この例では、半導体
チップ４上の各角近傍にそれぞれ電極パッド１０２が配
設され、たとえば上部の２つの電極パッド１０２の間隔
は１０ｃｍとなっている。このような電極パッド１０２
に対して、設計時には、図２の（Ａ）に示したように、
測定時の温度上昇を考慮してプローブ針１１０は電極パ
ッド１０２とはずれた位置に配置する。

【００２１】そして、測定時には温度上昇により半導体
チップ１０４および基板１０８は共に膨張するため、図
２の（Ｂ）に示したように、各電極パッド１０２と各プ
ローブ針１１０は位置が一致し、図５の（Ｂ）に示した
従来の場合と異なり、各プローブ針１１０を各電極パッ
ド１０２に確実に接触させて測定を行うことができる。
なお、半導体チップ１０４の一方の辺が比較的短く、測
定時のずれが問題とならないような場合には、もう一方
の辺に沿った方向でのみ本発明にもとづいてプローブ針
１１０の間隔を設定することも無論可能である。

【００２２】次に、本発明の第２の実施の形態例につい
て説明する。図３の（Ａ）および（Ｂ）は、複数の半導
体チップを配列して測定を行うためのプローブカードを
本発明により作製する場合の一例を示す模式平面図であ
る。図中、図２と同一の要素には同一の符号が付されて
いる。この第２の実施の形態例では、複数の半導体チッ
プ４が所定の配列ピッチで平面的に配列されており、各
半導体チップ４の電極パッド１０４に対して同時にプロ
ーブ針１１０を接触させて測定を行う場合に、１つの半
導体チップ４に対するプローブ針１１０の間隔は従来ど
うりの方法で設定するが、半導体チップ４の配列ピッチ
に応じたプローブ針の配列ピッチは、温度変化による大
きさの変化を考慮して設定する。なお、各プローブ針１
１０は不図示の基板上に立設され、同基板により支持さ
れている。

【００２３】具体的に説明すると、設計時の温度（第３
の温度：たとえば３０°Ｃ）のプローブカードにおい
て、半導体チップ４の配列ピッチＰｈ（図２の（Ａ））
に応じたプローブ針１１０の配列ピッチＰを設定する際
に次のように行う。すなわち、設計時の温度（第４の温
度：たとえば３０°Ｃ）の半導体チップ４の配列ピッチ
Ｐｈと、プローブカードの基板および半導体チップ４の
熱膨張率と、測定時のプローブカードの温度（第１の温
度：たとえば１５０°Ｃ）および第３の温度の差と、測
定時の半導体チップ４の温度（第２：たとえば１８０°
Ｃ）および第４の温度の差とにもとづいて、上記実施の
形態例の場合と基本的に同じ計算方法により、測定時の
温度のプローブカードのプローブ針１１０の配列ピッチ
が測定時の温度の半導体チップ４の配列ピッチにほぼ一
致するようにプローブ針１１０の配列ピッチＰを設定す
る。このようなプローブ針の配列ピッチの設定は、本実
施の形態例では、縦方向および横方向の両方の配列ピッ
チに関して行う。

【００２４】その結果、設計時の温度では、図２の
（Ａ）に示したように、各プローブ針１１０と各電極パ
ッド１０２とは位置がずれているが、測定時の温度で
は、図２の（Ｂ）に示したように、基板（図示せず）お
よび半導体チップの膨張により、各プローブ針１１０と
各電極パッド１０２とは位置が一致し、各プローブ針１
１０を対応する各電極パッド１０２に正しく接触させて
安定に測定を行うことが可能となる。

【００２５】そして、第２の実施の形態例では、各半導
体チップ４ごとに温度変化を考慮して各プローブ針１１
０の位置を設定する必要はないので、第１の実施の形態
例を各半導体チップ４に適用し、したがってすべてのプ
ローブ針１１０の位置をそれぞれ温度変化に伴う位置ず
れを考慮して設定する場合に比べ、計算量は大幅に少な
くなり、効率よく設計を行うことができる。

【００２６】無論、半導体チップ単体でも位置ずれが問
題となるような場合には、各半導体チップ４ごとに第１
の実施の形態例の方法でプローブ針１１０の位置を設定
し、さらに、その上で第２の実施の形態例の方法でプロ
ーブ針１１０の上記配列ピッチを設定することで、高い
精度を確保することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のプローブカ
ード作製方法では、第３および第４の温度がたとえば室
温であり、第１および第２の温度が測定時の温度であっ
て第３および第４の温度より大幅に高くても、第１およ
び第３の温度の差によるプローブカードの基板の膨張、
および第２および第４の温度の差による半導体チップの
膨張をあらかじめ考慮してプローブ針の間隔を設定でき
るので、測定時においてプローブ針の間隔は電極パッド
の間隔にほぼ一致させることができる。そのため、本発
明のプローブカード作製方法により作製したプローブカ
ードにより、プローブ針を各電極パッドに確実に接触さ
せて常に安定に測定を行うことが可能となる。

【００２８】また、本発明のプローブカード作製方法で
は、第３および第４の温度がたとえば室温であり、第１
および第２の温度が測定時の温度であって第３および第
４の温度より大幅に高くても、第１および第３の温度の
差によるプローブカードの基板の膨張、および第２およ
び第４の温度の差による半導体チップの膨張をあらかじ
め考慮してプローブ針の配列ピッチを設定できるので、
測定時においてプローブ針の配列ピッチは電極パッドの
配列ピッチにほぼ一致させることができる。

【００２９】そのため、複数の半導体チップを配列して
同時に測定を行う場合でも、本発明のプローブカード作
製方法により作製したプローブカードにより、プローブ
針を各電極パッドに確実に接触させて常に安定に測定を
行うことが可能となる。半導体チップは今後ますます巨
大化し、また測定時の温度も多様化することが予想さ
れ、そのような状況において本発明はより一層その効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプローブカードの作製方法の一例
を説明するための図面であり、（Ａ）はプローブカード
作製時のプローブ針と電極パッドの位置関係を示すプロ
ーブカードおよび半導体チップの断面側面図、（Ｂ）は
測定時のプローブ針と電極パッドの位置関係を示すプロ
ーブカードおよび半導体チップの断面側面図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は電極パッドおよびプロー
ブ針が２次元的に配置されている場合を示す模式平面図
である。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、複数の半導体チップを
配列して測定を行うためのプローブカードを本発明によ
り作製する場合の一例を示す模式平面図である。

【図４】従来技術の問題点を説明するための図面であ
り、（Ａ）はプローブカード作製時のプローブ針と電極
パッドの位置関係を示すプローブカードおよび半導体チ
ップの断面側面図、（Ｂ）は測定時のプローブ針と電極
パッドの位置関係を示すプローブカードおよび半導体チ
ップの断面側面図である。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は電極パッドおよびプロー
ブ針が２次元的に配置されている場合を示す模式平面図
である。

【符号の説明】

２……プローブカード、４……半導体チップ、１０２…
…電極パッド、１０４……半導体チップ、１０６……プ
ローブカード、１０８……基板、１１０……プローブ
針、１１２……半導体チップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板により基部がそれぞれ
支持された複数のプローブ針とを備え、半導体チップ上
に配設された複数の電極パッドに前記プローブ針の先端
部をそれぞれ接触させて電気的な測定を行うプローブカ
ードを作製する方法であって、前記プローブカードにより前記半導体チップの測定を行
う場合の前記プローブカードおよび前記半導体チップの
温度である第１および第２の温度を特定し、設計時の前記プローブカードおよび前記半導体チップの
温度である第３および第４の温度を特定し、前記第３の温度の前記プローブカードにおける前記プロ
ーブ針の間隔を設定する際に、前記第４の温度の前記半
導体チップにおける電極パッドの間隔と、前記基板およ
び前記半導体チップの熱膨張率と、前記第１および第３
の温度の差と、前記第２および第４の温度の差とにもと
づいて、前記第１の温度の前記プローブカードの前記プ
ローブ針の間隔が前記第２の温度の前記半導体チップの
電極パッドの間隔にほぼ一致するように前記プローブ針
の前記間隔を設定することを特徴とするプローブカード
作製方法。
【請求項２】前記電極パッドは、前記半導体チップ上
に２次元的に配列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作製方法。
【請求項３】基板と、前記基板により基部がそれぞれ
支持された複数のプローブ針とを備え、側方に隣接して
配列された複数の半導体チップ上の電極パッドに前記プ
ローブ針の先端部をそれぞれ接触させて電気的な測定を
行うプローブカードを作製する方法であって、前記プローブカードにより前記半導体チップの測定を行
う場合の前記プローブカードおよび前記半導体チップの
温度である第１および第２の温度を特定し、設計時の前記プローブカードおよび前記半導体チップの
温度である第３および第４の温度を特定し、前記第３の温度の前記プローブカードにおいて、前記半
導体チップの配列ピッチに応じた前記プローブ針の配列
ピッチを設定する際に、前記第４の温度の前記半導体チ
ップの配列ピッチと、前記基板および前記半導体チップ
の熱膨張率と、前記第１および第３の温度の差と、前記
第２および第４の温度の差とにもとづいて、前記第１の
温度の前記プローブカードの前記プローブ針の配列ピッ
チが前記第２の温度の半導体チップの配列ピッチにほぼ
一致するように前記プローブ針の配列ピッチを設定する
ことを特徴とするプローブカード作製方法。
【請求項４】前記半導体チップは、略平面上に２次元
的に配列されていることを特徴とする請求項３記載のプ
ローブカード作製方法。
【請求項５】前記第１および第２の温度は摂氏百数十
度、前記第３および第４の温度は摂氏数十度であること
を特徴とする請求項１または３に記載のプローブカード
作製方法。
【請求項６】前記基板はセラミックから成ることを特
徴とする請求項１または３に記載のプローブカード作製
方法。
【請求項７】前記半導体チップはシリコン基板により
構成されていることを特徴とする請求項１または３に記
載のプローブカード作製方法。