(57)【要約】【課題】試験対象ＬＳＩの全品種の数は、各信号端子の配置種類と、電源端子と、接地端子の配置種類の組み合わせにより決まるが、従来はＬＳＩの全品種に対応するプローブカードの種類が必要であり、生産性や保守性が悪いという課題があった【解決手段】プローブヘッド１０の支持基板１１にプローブピン１２が固定され、このプローブピンに電源、接地の電位を与える電源供給基板２０を備える。電源供給基板２０は、ピン１２の配列と同じ位置にスルーホール２１が開けられており、このスルーホールを貫通してＬＳＩ３０のパッドとピン１２が接触する。また積層された電源供給基板２０にはそれぞれ電源供給パッド２３が形成されており、電源プローブピン１３とパッド２３が接触することによりプローブヘッド１０に電源を供給する。重ねた際にパッド２３が外側に露出するよう、積層された基板２０は下方に行くに従って外形が大きくなっている。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となる半導体素子の検査端子に検査用探針を接触させ、試験装置側の電源端子、接地端子及び信号端子と、上記半導体素子の検査端子とを接続することにより上記半導体素子の試験を行うプローブテストヘッドにおいて、微小間隔の格子状に規則的に複数の検査用探針を植設した検査用探針群支持手段と
前記検査用探針支持手段の外周と嵌合する形状の嵌合穴が中央付近に形成され、前記嵌合穴を同心状に囲むように、かつ外側になるにつれて突出部分が段階的に増加するように複数の供給用探針を規則的に植設した供給用探針群支持手段と、
前記複数の検査用探針の一本一本に対応した貫通穴が中央付近に形成され、その外周縁部に供給端子が配置された、大きさの異なる少なくとも２枚の基板を、電気的に絶縁を施しつつ、かつ上層側基板によって下層側基板の前記供給端子が覆い隠されないよう外形が大なる方を下側に階段状に積層した励起用積層基板により構成され、
前記励起用積層基板の前記貫通孔に前記複数の検査用探針を貫通させ、前記供給端子と前記供給用探針の電気的接触をもって前記半導体素子の接地電位及び電源電位がそれぞれ励起された前記励起用積層基板が、任意の前記検査用探針に対し、前記貫通孔の内壁との電気的接触をもって前記接地電位あるいは電源電位を与えることを特徴とするプローブカードのプローブテストヘッド構造。
【請求項２】
前記励起用積層基板が、電源電位の種類に対応する枚数の基板の積層によって形成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のプローブヘッド構造。
【請求項３】
前記検査用探針の後端側と電気的に接触して任意の検査用探針に所望の電気信号を与えるソケットを備えてなることを特徴とする、請求項１あるいは請求項２記載のプローブカードのプローブヘッド構造。
【請求項４】
前記検査用探針が摺動可能にかつ任意の箇所で係止可能に前記検査用探針群支持手段に支持されていることを特徴とする、請求項１から請求項３に記載のプローブカードのプローブヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブカードに関し、特に大規模集積回路（以下ＬＳＩ）のウェハのプローブテストを行うＬＳＩ試験装置用のプローブテストヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプローブカードは、一般的にＬＳＩの品種毎に電源パッド、接地パッド、各種信号パッドの配置や、ＬＳＩチップサイズが異なっている。このため、各ＬＳＩの品種に合わせた種類のプローブカードを適宜製作していた。しかし、近年プローブカードのピン数の増加や狭ピッチ化によるプローブカードの高額化の面から、開発費用を極力低減させるような技術が望まれている。
【０００３】
図８は、従来のＬＳＩ試験装置用プローブテストヘッドの一例の構成図を示す。以下図面を参照して従来の技術について簡単に説明する。
【０００４】
ＬＳＩ試験装置は、基本的にＬＳＩ試験装置本体５０と、プローブテストヘッド１０により構成されている。このプローブテストヘッド１０は、プローブカード６０、フロックリング６１、パフォーマンスボード５２により構成されている。
【０００５】
ＬＳＩ試験装置本体５０からは、電源端子、接地端子、各種信号端子にそれぞれ接続されたコンタクトピン５３ａが突出している。このＬＳＩ試験装置本体５０から突出したコンタクトピン５３ａが、パフォーマンスボード５２上面の金パッドに押圧されることで、ＬＳＩ試験装置本体５０とパフォーマンスボード５２とフロックリング６１が接触し接続状態となる。
【０００６】
フロックリング６１上面の金パッドは、フロックリング６１から突出したコンタクトピン５３ｂに接続されている。コンタクトピン５３ｂが、プローブカード６０上面の金パッドに押圧されることで、フロックリング６１とプローブカード６０が接触し接続状態となる。このプローブカード６０には、ＬＳＩ３０のパッド（端子）に接触させるためのプローブピン６２が配設されている。このプローブピン６２の先端が、可動ステージ上に載置されたＬＳＩ３０のパッド３１に接触している。
【０００７】
プローブカード６０の上面にはまた、フロックリング６１のそれぞれのコンタクトピン５３ｂが押圧される金パッドが複数形成されている。それぞれの金パッドは、基板内部の配線を介して、対応するプローブピン６２に接続されている。この基板は略円盤状で、中心付近に穴が形成されている。
【０００８】
プローブピン６２は、基板の下面から斜め下方に突出し、先端が穴の中心付近から下方に向けて延在するように配設されている。プローブピン６２の基板側端部は、樹脂で固定されている。
【０００９】
ウェハ上には、複数のＬＳＩ３０が形成されており、各ＬＳＩ３０にはそれぞれのプローブピン６２を接触させるためのパッド３１が所定位置に形成されている。各パッド３１は、電源パッド、接地パッド、信号パッドにいずれかに属し、それぞれのプローブピン６２の先端が、ＬＳＩ３０上に形成された各パッド３１に押圧されて接触する。
【００１０】
各プローブピン６２が、対応するパッド３１に正しく接触すると、ＬＳＩ試験装置本体５０の電源パッド、接地パッド、信号パッドがＬＳＩ３０側の対応するパッド３１に接続されＬＳＩ試験が行われる。
【００１１】
ＬＳＩ試験においては、ＬＳＩ試験装置本体で生成された試験信号及び電源電圧は、パフォーマンスボード５２→フロックリング６１→プローブカード６０→プローブピン６２と経由して、ＬＳＩ３０の所定のパッド３１に供給される。また、測定対象のパッドの信号が、プローブピン６２→フロックリング６１→パフォーマンスボード５２を介してＬＳＩ試験装置本体５０に供給される。ＬＳＩ試験装置本体５０では、測定した信号からＬＳＩ３０の電気的特性の良否を判定する。
【００１２】
たとえば、特開平７−１８３３４１号公報「プローブテストヘッド」に記載されている技術のように、ウェハ上に形成された試験対象ＬＳＩの端子にプローブピンを接触させ、試験装置本体側の電源端子、接地端子、及び信号端子とこのＬＳＩの対応する端子とを接続して試験を行う集積回路試験装置用のプローブヘッドにおいて、試験装置本体側の信号端子に接続されたプローブピンをＬＳＩの信号端子の配置に合わせて配設したプローブカードと、試験装置本体側の電源端子又は接地端子に接続されＬＳＩの電源端子又は接地端子に接続する突起部をＬＳＩの電源端子及び接地端子の配置に合わせて配設したガイドシート６３からなる構成にすることによって、品種毎に必要なプローブカードの種類増を抑えている。
【００１３】
このときガイドシートは、プローブカードのプローブピンが貫通しプローブピンの先端の位置を規制する貫通孔を設けることで、プローブピンのＬＳＩの端子に対する位置決め精度が向上し、位置ずれによるプローブピンとＬＳＩ側の端子との接触不良を防止するようになっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
試験対象のＬＳＩには、電源パッドや接地パッドの配置、各種信号パッドの配置により多数の品種がある。一方、ＬＳＩ試験装置本体側では、電源端子、接地端子、各種信号端子に対応する各コンタクトピンの位置が予め決まっている。
【００１５】
従来は、これらの端子配置が異なるＬＳＩの品種各々に対応させ、異なる種類のプローブカードを作成しており、各コンタクトピンを測定対象のＬＳＩの対応するパッドに接続するために、測定対象のＬＳＩに対応したプローブカードを選択して使用していた。
【００１６】
試験対象ＬＳＩの全品種の数は、各信号端子の配置種類と、電源端子と、接地端子の配置種類の組み合わせにより決まるが、従来はＬＳＩの全品種に対応するプローブカードの種類が必要であり、生産性や保守性が悪いという課題があったまた、近年のＬＳＩはより高周波、低電圧で動作することが求められており、従来にも増してノイズの影響を受け易く、電源強化も必要となってきている。
【００１７】
さらに電源、接地、信号ピン数の増加に伴い、プローブカードと試験装置本体間のコンタクトピンが複雑化しており、製作費用がかさむのみならず、その保守もより難しくなる傾向にあった。
【００１８】
他にも、この種のプローブピンにおいては、その基部が樹脂でプローブカードに固定されているだけであり、プローブピンの先端付近はＬＳＩのパッドに対して位置を規制されていないため、プローブピンがＬＳＩのパッドに対して位置ずれを起こし接触不良を生じる可能性があった。
【００１９】
従来技術として参照した特開平７−１８３３４１号公報記載の技術では、品種毎にガイドシートを設けることで必要なプローブカードの種類を削減しているが、信号とプローブピンは固定接続されているため、信号端子を電源端子や接地端子に変更することはできず、信号端子位置の相違によるプローブカードの種類削減は実現されていない。
【００２０】
また、高額なプローブピンの配置の相違による削減ができないことは、開発費用の増加を招いていた。
【００２１】
さらにガイドシートの電源、接地は、パターンによりプローブピンに供給する構造であるため、電源、接地としてベタ層より電気的に脆弱であるという欠点があった。
【００２２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、プローブカードの種類を削減することで生産性を向上させたプローブテストヘッドを提供することを目的としている。また、電源強化も可能となり、構造的に保守性や信頼性を向上させたプローブテストヘッドを提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題を鑑み、本発明のプローブカードのプローブテストヘッド構造は、対象となる半導体素子の検査端子に検査用探針を接触させ、試験装置側の電源端子、接地端子及び信号端子と、上記半導体素子の検査端子とを接続することにより上記半導体素子の試験を行うプローブテストヘッドにおいて、微小間隔の格子状に規則的に複数の検査用探針を植設した検査用探針群支持手段と前記検査用探針支持手段の外周と嵌合する形状の嵌合穴が中央付近に形成され、前記嵌合穴を同心状に囲むようにかつ外側になるにつれて突出部分が段階的に増加するように複数の供給用探針を規則的に植設した供給用探針群支持手段と、
前記複数の検査用探針の一本一本に対応した貫通穴が中央付近に形成され、その外周縁部に供給端子が配置された、大きさの異なる少なくとも２枚の基板を、電気的に絶縁を施しつつ、かつ上層側基板によって下層側基板の前記供給端子が覆い隠されないよう外形が大なる方を下側に階段状に積層した励起用積層基板により構成され、前記励起用積層基板の前記貫通孔に前記複数の検査用探針を貫通させ、前記供給端子と前記供給用探針の電気的接触をもって前記半導体素子の接地電位及び電源電位がそれぞれ励起された前記励起用積層基板が、任意の前記検査用探針に対し、前記貫通孔の内壁との電気的接触をもって前記接地電位あるいは電源電位を与えることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の別の構成しては、前記励起用積層基板が、電源電位の種類に対応する枚数の基板の積層によって形成されていることを特徴としている。
【００２５】
さらに本発明の第三の構成としては、前記検査用探針の後端側と電気的に接触して任意の検査用探針に所望の電気信号を与えるソケットを備えてなることを特徴としている。
さらに本発明の第４の構成としては、前記検査用探針が摺動可能にかつ任意の箇所で係止可能に前記検査用探針群支持手段に支持されていることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプローブテストヘッドの実施形態につき、図面を参照して詳細に説明していく。
【００２７】
図１に示すように、プローブテストヘッド１０のプローブピン支持基板１１には、縦横格子状に複数のプローブピン１２が配列固定されており、このプローブピン支持基板１１から突出したプローブピン１２に電源、接地それぞれの電位を与えるための電源供給基板２０ａ〜２０ｃが備えられている。この電源供給基板２０ａ〜２０ｃには、各々にプローブピン１２の配列に対応した位置にスルーホール２１が開いており、プローブピン１２はこのスルーホール２１を貫通している。
【００２８】
ＬＳＩ３０の電源端子や接地端子と接続させるプローブピン１２は、電源供給基板２０ａのスルーホール２１側部に圧入接触することで、所望の信号あるいは電圧を励起させることができる。また、このプローブピン１２が異信号及び異電源となる電源供給基板２０ａと接触しないように、その他のスルーホール２１側部は絶縁されている。また、接地やその他の異電源の供給時は、それぞれ別の電源供給基板２０ｂや２０ｃを積層していくことで実現する。それぞれの電源供給基板２０の間には絶縁シート２２が挟まれて、電気的に絶縁されている。
【００２９】
電源供給基板２０ａ〜２０ｃは、外周に電源供給パッド２３が設けられており、重ねた際にこの電源供給パッド２３が外側に露出するように、電源供給基板２０ｂや２０ｃは下層になるにつれ順次外形が大きくなる。
【００３０】
プローブテストヘッド１０には、プローブピン支持基板１１のプローブピン１２とは別に電源プローブピン１３が備えられており、電源供給基板２０の電源供給パッド２３と電源プローブピン１３と接触させることにより、電源ＶＤＤ、ＶＤ２及び接地ＧＮＤがＬＳＩ３０に供給される。またプローブピン１２のＬＳＩ３０と接触しない方の一端はソケット４０に挿入され、ここから信号を得るようになっている。また、このソケット４０は信号のみならず、電源、接地の供給源としての役割も果たすことが可能である。そしてソケット４０はプローブヘッド１０が可動できるよう、ある程度の弾性をもってプローブピン１２を係止する構造となっている。
【００３１】
ソケット４０からの信号及び電源プローブピン１３からの電源、接地は、試験装置本体５０のパフォーマンスボード側にそれぞれ接続される。また電源、接地は電源プローブピン以外のＬＳＩ３０の電源、接地パッドと接触しているプローブピン１２を使い、このプローブピン１２のソケット４０側端からとるような構造も可能である。
【００３２】
以下、本発明の実施形態の動作について説明する。
【００３３】
プローブテストヘッド１０のプローブピン支持基板１１にプローブピン１２が固定され、必要な電源、接地をプローブピン１２に供給するために電源供給基板２０を圧入して積層していくことで、電源供給基板２０の変更のみでそれぞれのＬＳＩの電源端子、接地端子の配列に合わせてプローブピン１２の電気信号配列をカスタマイズすることができる。
【００３４】
電源種類分の電源供給基板２０を積層した際に、電源供給基板２０から順次露出した電源供給パッド２３が、プローブテストヘッド１１に形成される電源プローブピン１３と接触する。信号はソケット４０から配線ワイヤ４１で引き出すか、図６に示すように配線ワイヤ４１の替わりに接続基板４２で一旦受けて、接続基板側パッド４３と試験装置側パッド５１の間を半田ボール等で接続させることにより、試験装置本体５０側のパフォーマンスボード５２と接続する。配線ワイヤ４１でソケット４０から引き出す場合は、電源供給基板２０から電源、接地は供給されるため、配線ワイヤは信号配線Ｓｉｇのみにしてもよい。また、ソケット４０とプローブテストヘッド１０の間はある程度の弾性をもって嵌合されており、ＬＳＩ３０に形成されたＬＳＩ側パッド３１とプローブピン１２が接触する際に、高低差や衝撃を吸収緩和することができる。
【００３５】
電源プローブピン１３は電源供給基板２０の電源供給パッド２３との接触時に際して衝撃を吸収緩和可能なよう、ある程度の弾性を持たせた構造となっている。
【００３６】
また、図７に示すように、接触させるべきでないプローブピン１２については、マスクによりＬＳＩ３０面上に接触しないよう、ソケット４０で個別にプローブピン１２を係止保持することもできる。この際、プローブピン１２の先端を保護するため、先端部とあたるマスクには穴が設けられているか、先端部が緩衝材により保護される構造となっている。
【００３７】
これによりＬＳＩの外形によるパッド配置のみならず、品種によるパッド配置の相違に依らずに、プローブピン１２の配列を適宜変更することが可能となる。
【００３８】
続いて、基本的構成は第一の実施形態と同様であるが、プローブテストヘッド１の構造についてさらに工夫した他の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３９】
図４に示すように本実施形態においては、電源供給基板２０に接続する電源プローブピン１３と、ＬＳＩ３０と接続するプローブピン１２が、同じプローブピン支持基板１１において一体化された構成を採っている。この際、ソケット４０は電源プローブピン１３に相対する部分とプローブピン１２に相対する部分が分離可能な構造となっている。
【００４０】
また、図５に示すように、電源プローブピン１３と、ＬＳＩ３０に接続するプローブピン１２が分離させ、プローブピン１２をプローブピン支持基板１１に、スルーホール２１の格子状配列に合わせて一体化形成し、電源プローブピン１３をソケット４０に一体化形成した構造とすることもできる。
【００４１】
図６は、パフォーマンスボード５２とプローブテストヘッド１０との間を、接続基板４２を介して中継させた実施形態である。この際、接続基板側パッド４１と接続可能なように、プローブピン１２及び電源プローブピン１３は上下両端に接触端を有する構造となっている。図９は全てが分離された状態を示す。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、プローブテストヘッドのプローブピン支持基板に固定されたプローブピンを各品種のプローブカードで共用化することが可能となり、プローブカードの開発費用を削減でき、さらにプローブテストヘッドの保守性も向上することができる。
【００４３】
また、電源供給基板から電源、接地の接続を信号配線のみで行うことが可能となるため、配線レイアウトが簡略化するとともに保守性が向上する。
【００４４】
さらに、ＬＳＩの高周波、低電圧化に伴うノイズの影響に対し、ソケットからの電源、接地のみでなく、電源供給基板からも電源強化させることができ、ＬＳＩの動作安定をもたらして信頼性が向上する。
【００４５】
さらに、電源供給基板がプローブピンのガイドを行うので、ピンの曲がりなどが極めて起こりにくくなり、これに基づいた接続不良やショートなどの障害防止に寄与することができ、信頼性が向上する。
【００４６】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更、組み合わせ得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＳＩ試験装置用プローブカードの一実施形態を示す断面図である。
【図２】第一の実施形態の分解断面図である。
【図３】プローブピンを介して電源供給を行う例を示す断面図である。
【図４】プローブピン支持基板にプローブピン及び電源プローブピンを一体化させた状態を示す断面図である。
【図５】プローブピン支持基板にプローブピンを、ソケットに電源プローブピンをそれぞれ一体化させた状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態であり、接続基板及び半田ボールを用いて接続を行う例を示す断面図である。
【図７】不要なプローブピンをマスクした状態を示す断面図である。
【図８】従来のＬＳＩ試験装置用プローブカードの断面図である。
【図９】本発明の第一実施形態の分解斜視図である。
【符号の説明】
１０　プローブテストヘッド
１１　プローブピン支持基板
１２　プローブピン
１３　電源プローブピン
２０　電源供給基板
２１　スルーホール
２２　絶縁シート
２３　電源供給パッド
３０　ＬＳＩ
３１　ＬＳＩ側パッド
４０　ソケット
４１　配線ワイヤ
４２　接続基板
４３　接続基板側パッド
４４　半田ボール
５０　試験装置本体
５１　試験装置側パッド
５２　パフォーマンスボード
５３　コンタクトピン
６０　プローブカード
６１　フロックリング
６２　プローブピン
６３　ガイドシート
【図１】
2004085281.tif 000003
【図２】
2004085281.tif 000004
【図３】
2004085281.tif 000005
【図４】
2004085281.tif 000006
【図５】
2004085281.tif 000007
【図６】
2004085281.tif 000008
【図７】
2004085281.tif 000009
【図８】
2004085281.tif 000010
【図９】
2004085281.tif 000011