(57)【要約】【課題】  プローブカード、プローブカードの製造方法及び試験装置に関し、加熱試験時におけるプローブ針先の位置挙動を押さえて安定した試験環境を提供する。【解決手段】  プローブ針と、前記プローブ針を固定する固定部材と、前記固定部材を固定するプローブカード用基板と、前記プローブカード用基板を試験装置へ取り付けるホルダ部材とを有し、前記固定部材を前記プローブカード用基板に設けられた凹部の底面に固定する。【選択図】          図１
2010271113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ針と、前記プローブ針を固定する固定部材と、前記固定部材を固定するプローブカード用基板と、前記プローブカード用基板を試験装置へ取り付けるホルダ部材とを有し、
前記固定部材が、前記プローブカード用基板に設けられた凹部の底面に固定されていることを特徴とするプローブカード。
【請求項２】
前記プローブカード用基板の前記ホルダ部材と接触する位置を熱変位の基準点とし、前記プローブカード用基板の前記固定部材と接触する位置が被測定物と反対側に変位することを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
【請求項３】
前記プローブ針と前記固定部材を合わせた熱変位量が、前記凹部の熱変位量と同じ値で且つ逆向きに変位することを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
【請求項４】
プローブカード用基板に凹部を形成する工程と、
前記凹部にプローブ針を固定した固定部材を固定する工程と
を有することを特徴とするプローブカードの製造方法。
【請求項５】
前記凹部の深さを、前記プローブ針と前記固定部材を合わせた熱変位量と前記凹部の熱変位量とが同じ値となるように形成することを特徴とする請求項４に記載のプローブカードの製造方法。
【請求項６】
プローブ針と、前記プローブ針を固定する固定部材と、前記固定部材を固定する凹部を有するプローブカード用基板を少なくとも備えたプローブカードと、
前記プローブカード用基板を支持・固定するボルダ部材を備えたテストヘッドと、
被試験対象物を載置するステージと
を有することを特徴とする試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプローブカード、プローブカードの製造方法及び試験装置に関するものであり、例えば、測定時における熱変位の影響を低減するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、小型化が急速に進展している。これに伴い、電子機器に使用される半導体素子及び半導体素子を実装するための配線基板には、小型薄型であること、高い性能を有すること、高い信頼性を有すること等が要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるべく、半導体素子の高密度化に伴い半導体素子の多ピン化が進んでいる。半導体素子の多ピン化に伴い、半導体素子をテストするためのプローブカードにおいても、微細化や配線層の多層化は必要不可欠なものとなっている。
【０００４】
多層配線基板としては、例えば、絶縁層と導体層とが交互に積層された微細配線がコア基板の片面又は両面に形成されたビルトアップ方式のものが用いられている。図６は、従来のプローブカードの常温における概念的構成図である。図に示すように、多層配線基板６０は、コア基板６１の両面に樹脂絶縁層６３の表面に配線パターン６４が形成された配線形成層６２を絶縁性プリプレグ６５を交互に積層する。
【０００５】
この多層配線基板６０の一方の表面にプローブガイド７０を設け、このプローブガイドにプローブ針７５としてカンチレバーが固定されている。なお、プローブガイド７０は例えばセラミックからなる枠状台座７１と針固定部７２とからなる。この針固定部７２の先端にモールド樹脂７３によってプローブ針７５が固定されている。また、プローブガイド７０の枠状台座７１は接着剤７４によって多層配線基板６０に固着されている。
【０００６】
また、多層配線基板６０の裏面には、コンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品７６が実装されている。試験時にはプローブカードはカードホルダ８１に固定され、ステージ８２上に保持された半導体ウェーハ８３にプローブ針７５を当接・押圧して測定を行う。
【０００７】
ところで、ウェーハレベルテストにおいては、ウェーハを加熱して試験する場合が多く、８５〜１２５℃、場合によっては１５０〜２００℃で試験を行うことがある。一般的には、プローバのウェーハチャックが加熱源となるため、プローブカードはウェーハからの輻射熱で加熱される。
【０００８】
加熱されたウェーハをプローブ位置まで移動してコンタクトさせると、プローブカードの熱変位によってプローブ針位置が変化し、場合によってはプローブ全体がＺ方向のウェーハ側に変位し、オーバーロードが過剰となって、デバイスを破壊してしまうことがある。
【０００９】
図７は、従来のプローブカードの加熱試験時における概念的構成図である。加熱試験時には半導体ウェーハ８３が加熱された後、その輻射熱でプローブカードが加熱されて各部材が熱膨張することになる。この時、多層配線基板６０とカードホルダ８１との接触面を基準面として、プローブガイド７０が半導体ウェーハ８３側に向かって、即ち、Ｚ方向に膨張して熱変位する。この熱変位により押圧が過剰になって半導体ウェーハ８３に形成しているデバイスを破壊することになる。
【００１０】
このため、プローブカードの熱変位が安定するまではウェーハにコンタクトさせることができず、しばらく待機しなければならない。この待機時間が何度も繰り返されるため、試験効率が大幅に悪化してしまう問題があった。
【００１１】
このような問題を解決するために、基板にヒータを取り付け、基板自体も加熱させて挙動を安定させることが提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−１７５２８９号公報
【特許文献２】特開平０６−１５１５３０号公報
【特許文献３】特開２０００−２４１４５４号公報
【特許文献４】特開２０００−３４６８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、通常のプローブカードにはヒータは内蔵されておらず、設備側にもヒータに対応するような機能を持っておらず、一般的な解決方法とはなっていないという問題がある。
【００１４】
また、ヒータを内蔵したプローブカードの場合は、ヒータの膨張係数が大きいためプローブカード全体の熱変位が測定対象である半導体ウェーハよりかなり大きな値となり、ＸＹ面内方向への熱変位によりコンタクトエラーが発生し易いという問題がある。
【００１５】
したがって、本発明は、加熱試験時におけるプローブ針先の位置挙動を押さえて安定した試験環境を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点からは、プローブ針と、前記プローブ針を固定する固定部材と、前記固定部材を固定するプローブカード用基板と、前記プローブカード用基板を試験装置へ取り付けるホルダ部材とを有し、前記固定部材が、前記プローブカード用基板に設けられた凹部の底面に固定されていることを特徴とするプローブカードが提供される。
【００１７】
また、本発明の別の観点からは、プローブカード用基板に凹部を形成する工程と、前記凹部にプローブ針を固定した固定部材を固定する工程とを有することを特徴とするプローブカードの製造方法が提供される。
【００１８】
また、本発明のさらに別の観点からは、プローブ針と、前記プローブ針を固定する固定部材と、前記固定部材を固定する凹部を有するプローブカード用基板を少なくとも備えたプローブカードと、前記プローブカード用基板を支持・固定するボルダ部材を備えたテストヘッドと、被試験対象物を載置するステージとを備えたことを特徴とする試験装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
開示のプローブカード、プローブカードの製造方法及び試験装置製造方法によれば、半導体ウェーハ等の被測定物から熱の影響を受けても、プローブガイドの高さ方向と基板厚さ方向の熱変位を相殺することができる。それによって、加熱試験時においてもプローブ針先の位置挙動を押さえて安定した試験環境を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態のプローブカードの概念的構成図である。
【図２】加熱測定時の変位の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のプローブカードの製造工程の途中までの説明図である。
【図４】本発明の実施例１のプローブカードの製造工程の図３以降の途中までの説明図である。
【図５】本発明の実施例１のプローブカードの製造工程の図４以降の説明図である。
【図６】従来のプローブカードの常温における概念的構成図である。
【図７】従来のプローブカードの加熱試験時における概念的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態のプローブカードを説明する。図１は本発明の実施の形態のプローブカードの概念的構成図であり、コア層１の表面に、信号用、電源用、或いは、グラウンド用の配線パターン５を形成した樹脂絶縁層４からなる配線形成層２，３を所定の層数だけ積層することによって多層配線基板を構成する。
【００２２】
一方の配線形成層２に、ルータ加工機等を用いたざぐり（座ぐり）加工によって凹部６を形成する。なお、凹部６を設ける側の配線形成層２は、凹部６を設ける位置には配線パターン５を設けないように設計する。
【００２３】
この場合のコア層１は、低熱膨張率コア層であることが望ましい。例えば、カーボン繊維を平織りにした織布にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグ、即ち、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）、インバー、コバール、或いは、４２アロイの少なくとも１つを含むものであり、熱膨張率が６ｐｐｍ／℃以下の性質を持つ。なお、いずれも導電性を有するので導電性コア層となる。また、低熱膨張率コア層に用いられるエポキシ系樹脂組成物には、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、シリカフィラー等の無機フィラーが混合され熱膨張率が低減されている。
【００２４】
また、この多層配線基板には、配線レイアウト等に応じて所定の数のスルーホールが形成されており、このスルーホールにはコア層１が導電性の場合には絶縁するためのクリアランスホールが形成されている。それぞれのクリアランスホールには絶縁樹脂が充填されて埋込絶縁層７を形成している。この場合のクリアランスホールの直径は、例えば０．８ｍｍとし、クリアランスホールを貫通するスルーホールの直径を０．３ｍｍとする。
【００２５】
また、配線形成層２，３に形成された配線パターン５は、スルーホールの内壁面に形成されたスルービア８により電気的に接続されている。また、コア層１が導電性の場合、配線形成層２，３とコア層１との間は絶縁層９、例えば、ガラス／エポキシプリプレグ等の絶縁性プリプレグにより絶縁されている。
【００２６】
この多層配線基板の凹部６にカンチレバー等のプローブ針１０と、プローブ針１０を支持・固定するプローブガイド１１を設ける。このプローブガイド１１は、例えば、セラミック製の枠状台座１２とプローブ針１０を固定する針固定部１３からなり、プローブ針１０はモールド樹脂１４によって針固定部１３の頂部に固定される。一方、枠状台座１２は接着剤１５によって凹部６に貼り付けている。
【００２７】
また、多層配線基板の他方の面には、コンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品１６を設けることによって、プローブカードの基本構成が得られる。
【００２８】
この時、プローブガイド１１の全体の熱膨張によるＺ方向の変位量と、多層配線基板におけるプローブガイド１１の取付け位置である凹部６の底面の熱膨張によるＺ方向の変位量が同じになるように凹部６の深さを設定する。即ち、
プローブガイドの熱膨張量＝プローブガイドの熱膨張率×上昇した温度変化分×プローブガイド高さ  ・・・（１）
凹部の底面の熱膨張量＝多層配線基板の厚さ方向熱膨張率×上昇した温度変化分×凹み深さ・・・（２）
が等しくなるようにする。なお、数学的な厳密性で等しい必要はなく、凹部の底面の熱膨張量はプローブガイドの熱膨張量の±１０％の範囲内であれば良い。
【００２９】
図２は、加熱測定時の変位の説明図であり、プローブ針１０を固定しているユニットは多層配線基板に接着されているため、針先は垂直方向に変位するように熱膨張する。しかし、多層配線基板はカードホルダ１７に固定されているため、固定された表面を基準にして裏面方向に熱膨張する。このため、多層配線基板の表面位置よりも板厚方向で裏面側にシフトして取り付けられたプローブ針ユニットは、相互作用によって変位が相殺され、針先の変位が低減されたように見ることができる。したがって、プローブ針１０の針先は擬似的に安定した挙動を示し、加熱後でも試験を開始することができる。なお、図における符号１８，１９はステージ及び半導体ウェーハである。
【００３０】
このようなプローブカードを従来の試験装置のテストヘッドに搭載することによって新規な試験装置を構成することができる。即ち、本発明の実施形態の試験装置の基本的構成は、テスター本体部、テスター本体部とケーブルで接続されたテストヘッドと、テストヘッドにカードホルダ１７で支持・固定された上述のプローブカードと、被試験物、典型的には半導体ウェーハを搭載するとともに駆動機構を有するプローブステージからなる。
【実施例１】
【００３１】
以上を前提として、次に、本発明の実施例１のプローブカードを説明する。まず、図３乃至図５を参照して本発明の実施例１のプローブカードの製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、厚さが、例えば、０．２ｍｍのカーボンファイバ織布とエポキシ系樹脂組成物とを複合化してなる導電性プリプレグ２１を例えば１０枚積層する。
【００３２】
次いで、ドリル加工により後工程で積層する多層配線構造を構成する信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線に対するスルービアのためのクリアランスホールを例えば、約５０００個形成する。このクリアランスホールの直径は例えば、１．０ｍｍであり、この内部をエポキシ樹脂等で埋め込んで埋込絶縁層２２として導電性コア基材２０が得られる。なお、導電性プリプレグ２１を構成するエポキシ系樹脂組成物には、例えば、組成物全体の１０ｗｔ％のシリカフィラーを混合した。
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、厚さが、例えば、１００μｍのガラスエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層３１の両面に厚さが、例えば、３５μｍの銅箔を貼り付けた両面板を用い、ウェットエッチングにより銅箔パターン３２を形成して配線形成層３０を形成する。なお、銅箔パターン３２はその積層位置に応じて信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を構成する。
【００３４】
一方、図３（ｃ）に示すように、凹部を設ける側の配線形成層４０としては、厚さが、例えば、１００μｍのガラスエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層４１の両面に厚さが、例えば、３５μｍの銅箔を貼り付けた両面板を用いる。この両面板にウェットエッチングにより銅箔パターン４２を形成して配線形成層４０を形成する。なお、凹部を設ける位置には銅箔パターン４２は存在しないように設計する。
【００３５】
次いで、図３（ｄ）に示すように、信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を設けた配線形成層３０，４０を、厚さが、例えば、０．１ｍｍのガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ３３，４３を介して導電性コア基材２０の両面に必要とする層数分レイアップする。
【００３６】
次いで、図４（ｅ）に示すように、レイアップした積層物を金型にセットし、例えば、１８５℃に加熱した状態で真空プレスによって一体化積層を行った。
【００３７】
次いで、図４（ｆ）に示すように、一体化積層した基板に対してドリル加工により埋込絶縁層２２に対する位置に直径が、例えば、０．３ｍｍのスルーホール３４を形成する。
【００３８】
次いで、図４（ｇ）に示すように、デスミア処理、無電解銅めっき、電解銅めっきを順次行うことによってスルーホール３４を銅で埋め込む。次いで、ドライフィルムレジスト（図示は省略）でパターニングを行いエッチングする、所謂テンティング法によって、表面パターンを形成するとともに、配線用スルービア３５を形成する。
【００３９】
次いで、図５（ｈ）に示すように、例えば、プローブガイドの外径より周囲１ｍｍだけ大きくなるように、ルータ加工機によってざぐり加工を行なって、配線形成層４０にプローブガイドを接着するための凹部３６を形成する。この時、凹部３６の深さは、プローブガイドのＺ方向への熱膨張による変位と、凹部３６の熱膨張による後退が同じ値になる深さにする。
【００４０】
そのため、プローブカード用基板となる多層配線基板とプローブガイドの熱膨張率を予め測定する。この熱膨張率をもとに、上記の式（１）及び式（２）に基づいてそれぞれの熱膨張量を算出する。この時、プローブガイドの熱膨張量を基に、これと同じ変位となるように、多層配線基板のガイド台座取り付け位置の熱膨張量を算出する。
【００４１】
ここでは、下記の表１で示すような熱膨張率とする。なお、表におけるα１はガラス転位温度以下の温度における熱膨張率であり、α２はガラス転位温度以上の温度における熱膨張率である。また、プローブガイド全体の熱膨張率及びプローブカード全体の熱膨張率は各部材の高さ（厚さ）による重み付けをして算出したものである。
【表１】
2010271113.tif 000003
【００４２】
表１に示したように、例えば、プローブガイドの熱膨張率＝３５．６ｐｐｍ／℃、多層配線基板の熱膨張率＝６２．２ｐｐｍ／℃とする。また、試験条件である温度を１２５℃とした場合、温度差ΔＴ＝１００℃（＝１２５℃−２５℃）となる。また、多層配線基板の厚さを４．８ｍｍとし、プローブガイドの高さが接着剤を含めて５．０ｍｍとすると、プローブガイドの熱膨張量＝３５．６×１０-6×１００×５．０＝１７．８μｍ
となる。
【００４３】
そこで、ガイド台座取り付け位置の熱膨張量が１７．８μｍになるように、凹部３６の深さを、
凹部の深さ＝１７．８μｍ／（６２．２×１０-6×１００）＝１．９７ｍｍ
として求める。
【００４４】
次いで、図５（ｉ）に示すように、ソルダーレジスト（図示は省略）を両面に形成したのち、凹部にプローブ針を固定したプローブガイドを接着剤によって固定するとともに、プローブ針の他端を凹部に吐出した接続パッド（図示は省略）にはんだ接合により接続する。
【００４５】
以降は、配線形成層３０の表面にコンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品５６を設けることによって、プローブカードが完成することになる。
【００４６】
このように、本発明の実施例１においては、熱膨張量を考慮してプローブカードをアセンブリしているので、温度を印加しても擬似的に安定した挙動を示し、加熱後もプローブの先端が安定しており、温度が安定するまで待機することなく試験を開始することができる。
【００４７】
なお、上記の実施例１においては、スルービアを形成してからざぐり加工によって凹部を形成しているが、スルーホールの形成工程の前後にざぐり加工によって凹部を形成しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１  コア層
２，３  配線形成層
４  樹脂絶縁層
５  配線パターン
６  凹部
７  埋込絶縁層
８  スルービア
９  絶縁層
１０，５０  プローブ針
１１，５１  プローブガイド
１２，５２  枠状台座
１３，５３  針固定部
１４，５４  モールド樹脂
１５，５５  接着剤
１６，５６  裏面部品
１７  カードホルダ
１８  ステージ
１９  半導体ウェーハ
２０  導電性コア基材
２１  導電性プリプレグ
２２  埋込絶縁層
３０，４０  配線形成層
３１，４１  樹脂絶縁層
３２，４２  銅箔パターン
３３，４３  絶縁性プリプレグ
３４  スルーホール
３５  配線用スルービア
３６  凹部
６０  多層配線基板
６１  コア基板
６２  配線形成層
６３  樹脂絶縁層
６４  配線パターン
６５  絶縁性プリプレグ
７０  プローブガイド
７１  枠状台座
７２  針固定部
７３  モールド樹脂
７４  接着剤
７５  プローブ針
７６  裏面部品
８１  カードホルダ
８２  ステージ
８３  半導体ウェーハ
【図１】
2010271113.tif 000004
【図２】
2010271113.tif 000005
【図３】
2010271113.tif 000006
【図４】
2010271113.tif 000007
【図５】
2010271113.tif 000008
【図６】
2010271113.tif 000009
【図７】
2010271113.tif 000010