(57)【要約】  【課題】  ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子の高周波電気的特性を高精度にかつ効率的に測定する。  【解決手段】  取付基台２に形成した取付部１０、１４に対して着脱される支持部２３と、この支持部２３を一端側に一体に形成したアーム部２４と、このアーム部２４の他端側に支持部２３と対峙して一体に突出形成されて半導体集積回路５側の電極５ａと当接される第１接触部２５と測定基板３側の測定電極１８と当接される第２接触部２６とから構成される。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子を対象としてその電気的特性を測定するプローブカードに設けられ、相対する測定基板側の測定電極と上記半導体集積回路素子側の電極との間をそれぞれ接続して高周波信号を入出力させるプローブであり、
上記プローブカードの取付基台に形成した取付部に対して着脱される支持部と、この支持部を一端側に一体に形成したアーム部と、このアーム部の他端側に上記支持部と対峙して一体に突出形成されて上記半導体集積回路素子側の電極と当接される第１接触部と、この第１接触部と対向して上記アーム部の他端側に上記支持部と対峙して一体に突出形成されて上記測定基板側の測定電極と当接される第２接触部とから構成され、
上記第１接触部と上記第２接触部とが、対向配置された上記半導体集積回路素子と上記測定基板との間で互いに接近する方向に弾性変位されて相対する上記電極と上記測定電極とにそれぞれ当接することを特徴とするプローブ。
【請求項２】
同一直線上に位置して上記半導体集積回路素子に設けられた同一機能の複数の電極に対して当接する複数の上記第２接触部が上記アーム部に一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
上記アーム部が、上記第１接触部と上記第２接触部の形成部位からさらに延長され、その延長端部に上記第１支持部と対向する第２支持部が一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】
上記プローブカードの取付基台に形成した各取付部に対して、厚み方向に並べられて取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項５】
ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子に所定のピッチを以って設けられた多数個の電極にそれぞれ相対する多数個のプローブが設けられ、これらプローブを介して高周波信号を入出力することによって上記半導体集積回路素子の電気的特性を測定するプローブカードにおいて、
上記半導体集積回路素子の各電極と同一ピッチで形成された多数個のプローブ取付部が設けられた取付基台と、
上記半導体集積回路素子の上記各電極とそれぞれ相対する多数個の測定電極が形成されるとともに、測定時に相対する測定電極と電極とを対向させて上記半導体集積回路素子に対峙して設置される測定基板と、
上記取付基台の各プローブ取付部に対してそれぞれ着脱されるとともに、相対する上記測定基板側の測定電極と上記半導体集積回路素子側の電極との間をそれぞれ接続して高周波信号を入出力させる多数個のプローブとを備え、
上記各プローブが、上記取付基台の上記各プローブ取付部に着脱される支持部と、この支持部を一端側に一体に形成したアーム部と、このアーム部の他端側に上記支持部と対峙して一体に突出形成されて上記半導体集積回路素子側の上記電極と当接される第１接触部と、この第１接触部と対向して上記アーム部の他端側に上記支持部と対峙して一体に突出形成されて上記測定基板側の上記測定電極と当接される第２接触部とから構成され、
上記半導体集積回路素子と組み合わせた測定時に、上記第１接触部と上記第２接触部とが互いに接近する方向に弾性変位されて上記半導体集積回路素子側の上記電極と上記測定基板側の上記測定電極とにそれぞれ当接することを特徴とするプローブカード。
【請求項６】
上記各プローブが、上記アーム部に一体に形成された複数個からなる上記第２接触部を有しており、これら各第２接触部が上記半導体集積回路素子に同一直線上に位置して設けられた同一機能の複数の電極に同時に当接することを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
【請求項７】
上記半導体集積回路素子を挟んで配置される一対の上記取付基台を備え、
上記各プローブが、上記アーム部を上記第１接触部と上記第２接触部の形成部位からさらに延長してその延長端部に上記第１支持部と対向する第２支持部を一体に形成し、これら第１支持部と第２支持部とを相対する上記取付基台の取付部に対して着脱されることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
【請求項８】
上記取付基台が、水平方向に分割されて組み合わされる少なくとも一対の基台部材から構成されるとともに、少なくとも一方の基台部材側に上記各プローブの支持部の厚みとほぼ等しい溝幅を有する多数個のプローブ取付溝が形成され、
上記各プローブが、上記支持部を相対する上記プローブ取付溝にそれぞれ圧入されるとともに、組み合わされた上記基台部材によって挟み込まれることによって厚み方向に並べられた状態で取り付けられることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
【請求項９】
上記取付基台の上記プローブ取付溝が、上記基台部材の内周面に開口する取付溝部と、この取付溝部の基端側に連設された直交方向の抜止め溝部とから構成され、
上記各プローブの上記支持部が、上記取付溝部に圧入されて厚み方向を保持される支持片部と、この支持片部の基端側に直交する方向に突出して一体に連設されて上記抜止め溝部に嵌合される抜止め片部とから構成されることを特徴とする請求項８に記載のプローブカード。
【請求項１０】
上記測定基板に、上記半導体集積回路素子の駆動、電気的特性の測定条件の規定或いはインピーダンス整合用の回路や電子部品が搭載されることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハー状態やベアチップ状態の半導体集積回路素子を対象としてその電気的特性、特に高周波電気的特性を測定する際に好適に用いられるプローブ及びこのプローブを備えたプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオ機器或いはオーディオ機器等の各種モバイル機器においては、小型軽量化、多機能化、高機能化等が図られており、搭載される半導体集積回路素子も極めて厳しい小型化、高精度の高周波特性等が要求されている。半導体集積回路素子は、一般にエポキシ系の絶縁合成樹脂やセラミック等で封止した状態で供給されていたが、小型化の要求に対応するいわゆるベアチップ実装技術等の採用によってベアチップ状態での供給も行われるようになっている。
【０００３】
半導体集積回路素子においては、各種のプローブカードを用いてウェハー状態やベアチップ状態での高周波電気的特性の測定が行われている。プローブカードとしては、例えばコプレナー構造のコプレナー型プローブカード、マイクロストリップ伝送構造をセラミック基板等の基板上に形成して信号線から短いニードルプローブを突出させたブレード型プローブカード（例えば特許文献１参照）、同軸ケーブルの信号線の先端を延長してプローブとした同軸プローブカード（例えば特許文献２参照）或いはポリイミド等のフレキシブル絶縁フィルム上に電気回路を形成して電極に接触させるための端子を設けたメンブレンプローブカード（例えば特許文献３参照）等が提供されている。
【０００４】
なお、プローブ装置としては、ウェハー状態やベアチップ状態の半導体集積回路素子を対象とするものでは無く、パッケージに組み立てた後に電気的特性を測定する装置であるが、プローブの交換を可能としたものも提供されている（例えば特許文献４、特許文献５参照）。これらプローブ装置は、いずれも多数個の電極が１００ｕｍ以下の微小ピッチで形成されたウェハー状態等の半導体集積回路素子に適用されるものでは無い。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２２６０２号公報
【特許文献２】特表平８−５１０５５３号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１６８号公報
【特許文献４】特開平１０−５０４４０公報
【特許文献５】特開平１１−１６２６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、プローブカードにおいては、多数個の電極が微小ピッチで形成された半導体集積回路素子の電気的特性を測定するために用いられることから、電極ピッチに合わせた微小なピッチで配列された多数個のプローブを備えなければならない。プローブカードにおいては、高周波電気的特性を測定するために例えばチップコンデンサ、チップコイル或いは電源とグランド間のデカップリング用コンデンサ等の受動素子部品を備えることによって半導体集積回路素子とのインピーダンス整合が図られるように構成される。さらに、プローブカードにおいては、受動素子部品や信号線を交換或いは移動させ得る構造とすることにより、インピーダンス整合の調整操作を可能とすることが好ましい。
【０００７】
また、プローブカードにおいては、高周波電気的特性を高精度に測定するために、電極と測定電極とに接触する各プローブの短縮化を図ってこれらプローブに入出力される高周波信号の劣化が低減されるように構成する必要がある。プローブカードにおいては、例えば高周波増幅用集積回路素子に用いた場合に、グランドや電源の電極に対してプローブを介して負荷するインピーダンス成分が大きくなると発振してしまうことがある。従来のプローブカードにおいては、１０ｍｍ程度のタングステンプローブが用いられており、高精度の高周波電気的特性を測定することができなかった。
【０００８】
プローブカードにおいては、上述した特許文献３に記載されるように、プローブが電極の表面に形成された酸化膜層を削り（スクラブ）、良好な状態で接触するように構成される。プローブカードにおいては、使用に伴ってプローブの先端部が磨耗することにより、スクラブ作用が充分に奏されないといった事態も生じる。また、プローブカードにおいては、誤ってプローブを曲げてしまったり破損させてしまうこともある。プローブカードにおいては、多数個のプローブが基台に対して精密に位置決めされて固定されていることから、１個のプローブを交換する場合でも全体交換の対応が必要であって測定コストをアップさせてしまうといった問題があった。
【０００９】
従来のコプレナー型プローブカードは、コプレナー伝送路がインピーダンスを制御された伝送路として高周波帯域まで有効ではあるが、上述したインピーダンス整合用電子部品を測定部の近傍に設けることができない。また、コプレナー型プローブカードは、微小ピッチで設けられた多数個の電極に対してプローブを同時に接触させることが困難であり、測定効率が悪いといった問題もあるために、実用的で無い。
【００１０】
特許文献１に記載されたブレード型プローブカードは、プローブを支持する絶縁基板の厚みに限界があり、多数個の電極が微小ピッチで配列された半導体集積回路素子への適用が困難であった。ブレード型プローブカードは、電極群に対してプローブを同時に接触させることが困難であり、例えばプローブを移動させながら測定を行うことも可能ではあるが測定効率が悪くなるとともに高精度の測定も行い得なくなる。
【００１１】
特許文献２に記載された同軸プローブカードも、同軸プローブの外径が太径であるために多数個の電極が微小ピッチで配列された半導体集積回路素子への適用が困難であった。
【００１２】
特許文献３に記載されたメンブレンプローブカードは、多数個の電極が微小ピッチで配列された半導体集積回路素子への適用も可能であるとともにインピーダンス整合用電子部品を測定部の近傍に設けることも可能であるといった特徴を有している。しかしながら、かかるメンブレンプローブカードは、インピーダンス整合用電子部品が固定されることから電子部品を適宜交換、移動させて最適定数を決定する整合回路の調整操作を行うことができない。メンブレンプローブカードは、例えば予め多数の電子部品等を搭載してそれらを適宜組み合わせることにより最適化を図る対応も考慮されるが、高価となってしまう。メンブレンプローブカードにおいても、プローブを個別に交換することはできない。
【００１３】
したがって、本発明は、ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子に対して高周波電気的特性を高精度にかつ効率的に測定することを可能とするプローブ及びプローブカード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】
【００１４】
上述した目的を達成する本発明にかかるプローブは、ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子の電気的特性を測定するプローブカードに設けられ、相対する測定基板側の測定電極と半導体集積回路素子側の電極との間をそれぞれ接続して高周波信号を入出力させる。プローブは、プローブカードの取付基台に形成した取付部に対して着脱される支持部と、この支持部を一端側に一体に形成したアーム部と、このアーム部の他端側に支持部と対峙して一体に突出形成されて半導体集積回路素子側の電極と当接される第１接触部と、この第１接触部と対向してアーム部の他端側に支持部と対峙して一体に突出形成されて測定基板側の測定電極と当接される第２接触部とから構成される。
【００１５】
プローブにおいては、プローブカードの取付基台に搭載され、このプローブカードを用いてウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子の高周波電気的特性を測定する際に、第１接触部と第２接触部とが、対向配置された半導体集積回路素子と測定基板との間で互いに接近する方向に弾性変位されることにより、蓄勢された弾性力によって相対する電極と測定電極とにそれぞれ当接する。プローブにおいては、第１接触部と第２接触部とが相対する電極と測定電極とに対してその対向間隔とほぼ等しい短縮された電気長を以って接触することで、低インピーダンス化が図られて高周波信号のレベル低下が抑制されるようにする。
【００１６】
プローブにおいては、第１接触部と第２接触部とが電極と測定電極とに当接する際に、弾性力によって電極の表面に形成された酸化膜層を削って良好な状態で接触するようになる。プローブにおいては、第１接触部と第２接触部とが先端部の磨耗によって電極の酸化膜層の削り取り機能が低下したり破損等の事態が発生した際に、個別にプローブカードの取付基台から取り外されて交換される。
【００１７】
プローブにおいては、取付基台とともに微細加工技術によって形成されて取付基台に取り付けられることにより、各電極を微小ピッチで配列して形成した半導体集積回路素子についても、各電極に対して確実に接触して高周波特性を測定することを可能とする。
【００１８】
また、上述した目的を達成する本発明にかかるプローブカードは、取付基台と、測定基板と、多数個のプローブとを備える。プローブカードは、取付基台に、半導体集積回路素子の各電極と同一ピッチで形成された多数個のプローブ取付部が設けられている。プローブカードは、測定基板に、半導体集積回路素子の各電極とそれぞれ相対する多数個の測定電極が形成されている。プローブカードは、半導体集積回路素子に所定のピッチを以って設けられた多数個の電極にそれぞれ相対する多数個のプローブが備えられる。
【００１９】
プローブカードは、各プローブが、取付基台のプローブ取付部に着脱される支持部と、この支持部を一端側に一体に形成したアーム部と、このアーム部の他端側に支持部と対峙して一体に突出形成されて半導体集積回路素子側の電極に当接される第１接触部と、この第１接触部と対向してアーム部の他端側に支持部と対峙して一体に突出形成されて測定基板側の測定電極に当接される第２接触部とから構成される。プローブカードは、各プローブが取付基台の各プローブ取付部に対してそれぞれ着脱されるとともに、相対する半導体集積回路素子側の電極と測定基板側の測定電極との間をそれぞれ接続する。
【００２０】
プローブカードにおいては、半導体集積回路素子に対して測定基板を対向させて組み合わされることにより、これら半導体集積回路素子と測定基板との間において第１接触部と第２接触部とが互いに接近する方向に弾性変位されて、半導体集積回路素子側の電極と測定基板側の測定電極とにそれぞれ当接する。プローブカードにおいては、測定基板に設けた測定電極と半導体集積回路素子に設けた電極との間を接続する各プローブが高周波信号を入出力することにより、半導体集積回路素子の電気的特性を測定する。
【００２１】
プローブカードにおいては、各プローブが第１接触部と第２接触部とを相対する半導体集積回路素子の電極と測定基板の測定電極との対向間隔とほぼ等しい電気長を以って接触することにより、低インピーダンス化が図られて高周波信号のレベル低下を抑制して半導体集積回路素子の電気的特性を高精度に測定する。プローブカードにおいては、測定基板に半導体集積回路素子を駆動等するための受動素子部品等を搭載することから、これら受動素子部品等が測定部の至近位置に配置されて高周波信号のレベル低下が抑制される。プローブカードにおいては、測定基板上において受動素子部品等を交換したり移動させることにより、インピーダンス整合の調整操作が行われる。
【００２２】
プローブカードにおいては、各プローブが第１接触部と第２接触部とを相対する半導体集積回路素子の電極と測定基板の測定電極とに当接する際に、弾性力によって電極の表面に形成された酸化膜層を削って良好な状態で接触するようになる。プローブカードにおいては、各プローブが取付基台に対して支持部を着脱自在にして組み合わされている。したがって、プローブカードにおいては、例えば第１接触部と第２接触部とが先端部の磨耗によって電極の酸化膜層の削り取り機能が低下するようになったり、何らかの理由によって折り曲がったり破損したりした場合に、当該プローブのみを個別に取付基台から取り外されて交換される。
【００２３】
プローブカードにおいては、取付基台と各プローブとが微細加工技術によって小型で精密に製作されることから、各電極を微小ピッチで配列して形成した半導体集積回路素子についても、各プローブが相対する各電極に対して確実に接触して高周波電気的特性を測定する。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳細に説明したように本発明によれば、半導体集積回路素子と測定基板との間において弾性変位された第１接触部と第２接触部とが測定電極と電極との間を電気長を短縮化されることによって低インピーダンス化を図って確実に接続することで、高周波信号のレベル低下を抑制して半導体集積回路素子の電気的特性を高精度に測定することが可能となる。本発明によれば、取付基台に対してプローブを１個ずつ着脱自在とされることで、機能が低下したプローブのみの交換によって保守対応が可能となり、コスト低減を図って高精度の電気的特性を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態として図面に示したプローブカード１について、詳細に説明する。プローブカード１は、図１及び図２に示すように、取付基台２と、測定基板３と、多数個のプローブ４とを備え、リソグラフィー（lithography）技術や電鋳技術或いはめっき技術を用いて微細形状の電気的可動部材を製作するＭＥＭＳ（Micro Electro Mecanical System）技術によって製作される。プローブカード１は、例えば測定本体装置に設置した状態で適宜のハンドリング装置等によって供給されるウェハーの対向主面に形成されたいわゆるウェハー状態の多数個の半導体集積回路５について、１個ずつ順番にその動作確認或いは高周波電気的特性等の適宜の測定、検査を行う。なお、プローブカード１は、適宜の保持部材に載置された半導体集積回路素子への適用も可能であることは勿論である。
【００２６】
取付基台２は、例えばＣＦＲ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等の絶縁合成樹脂材料を素材として上下対称形で矩形枠状に形成された下部基台部材６と上部基台部材７とが組み合わされ、内部に矩形の測定空間部８を構成する全体が矩形枠状を呈して形成される。取付基台２は、測定空間部８を各半導体集積回路５の外形よりもやや大きな開口寸法を以って形成しており、図１に示すようにこの測定空間部８内に詳細を後述する構造によって各辺にそれぞれ多数個のプローブ４を片持ち状態で支持し、これらプローブ４の接触部をそれぞれ突出させてプローブブロック体Ａを構成する。
【００２７】
取付基台２には、測定空間部８の天井部を閉塞するようにして測定基板３が組み合わされる。プローブブロック体Ａと測定基板３は、下部基台部材６と上部基台部材７と測定基板３とをこの順序で互いに位置決めした状態で積層して組み合わせ、四隅を後述する結合部材９によってそれぞれ結合することにより一体化されてプローブカード１を構成する。プローブカード１には、測定空間部８の開放された底面部に、供給されたウェハー上の半導体集積回路５が測定基板３と対向するように臨ませられる。
【００２８】
下部基台部材６には、図２に示すように、各辺にそれぞれ上面と内周面とに跨って開放された多数個の第１プローブ取付溝１０が形成されている。各第１プローブ取付溝１０は、各半導体集積回路５の各側面部にそれぞれ形成した電極５ａ、詳細には相対する側面部に設けられた複数個の電極５ａに対して同数でかつそれらのピッチと等しいピッチを以って下部基台部材６の各辺に互いに幅方向に並んで形成されている。
【００２９】
各第１プローブ取付溝１０は、下部基台部材６の内周面と上面とに開放される水平方向の取付溝部１１と、この取付溝部１１の基端側に連設され上面に開放されかつ取付溝部１１よりもやや深い抜止め溝部１２の２つの部位によって構成される。各第１プローブ取付溝１０は、取付溝部１１がプローブ４の厚みと等しい溝幅を有しており、詳細を後述するようにプローブ４がその下方部位を圧入状態で嵌合されることによって取り付ける。各第１プローブ取付溝１０は、図４に示すように取付溝部１１の基端側が水平方向の抜止め溝部１２に開放されている。
【００３０】
下部基台部材６には、四隅の所定位置にそれぞれ厚み方向の貫通孔１３が形成されている。下部基台部材６には、各貫通孔１３に上部基台部材７と測定基板３とを一体化する結合部材９が貫通される。なお、下部基台部材６には、図示しないが例えば上下主面の所定位置にそれぞれ位置決め凸部が形成されており、これら位置決め凸部が上部基台部材７側に形成した位置決め凹部と測定基板３に形成した位置決め凹部とにそれぞれ相対係合することによって、互いに位置決めされるようにする。勿論、位置決め構造は、かかる位置決め凸部と位置決め凹部との構造に限定されず、下部基台部材６と上部基台部材７とが精密に位置合わせされる適宜の構造であればよい。
【００３１】
上部基台部材７にも、図２に示すように各辺にそれぞれ下面と内周面とに開放された多数個の第２プローブ取付溝１４が形成されている。各第２プローブ取付溝１４は、上述した下部基台部材６の各第１プローブ取付溝１０と対をなすようにして各辺に同数で互いに同一ピッチで形成されている。すなわち、各第２プローブ取付溝１４は、各半導体集積回路５に形成した各電極５ａに対して同数でかつそれらのピッチと等しいピッチを以って上部基台部材７の各辺に互いに幅方向に並んで形成されている。各第２プローブ取付溝１４も、上部基台部材７の内周面に開口する水平方向の取付溝部１５と、各取付溝部１５の基端側に連設され上面に開放されかつ取付溝部１５よりもやや深い抜止め溝部１６の２つの部位によって構成される。
【００３２】
各第２プローブ取付溝１４は、取付溝部１５が、下部基台部材６側の第２プローブ取付溝１０を構成する取付溝部１１と抜止め溝部１２と同一形状を以って形成される。すなわち、各第２プローブ取付溝１４も、取付溝部１５がプローブ４の厚みと等しい溝幅を有しており、詳細を後述するようにプローブ４がその上方部位を圧入状態で嵌合されることによって取り付ける。
【００３３】
各第２プローブ取付溝１４は、上部基台部材７と下部基台部材６とを位置決めして組み合わせた状態において、相対する取付溝部１５が取付溝部１１と、抜止め溝部１６が抜止め溝部１２と組み合わされてプローブ取付溝を構成する。上部基台部材７にも、四隅の所定位置にそれぞれ厚み方向の貫通孔１７が形成されている。各貫通孔１７は、底面側に大径の座ぐりが形成されており、下部基台部材６と測定基板３とを一体化する結合部材９が貫通される。
【００３４】
取付基台２は、上述した下部基台部材６や上部基台部材７をリソグラフィー技術により製作することによって、プローブ４の位置精度を規定する第１プローブ取付溝１０と第２プローブ取付溝１４とからなるプローブ取付溝がそれぞれの溝幅や高さ或いは相互のピッチを例えば数ｕｍの程度の寸法精度で形成する。なお、取付基台２は、上部基台部材７及び下部基台部材６の全体をリソグラフィー技術で製作した場合にはコスト高となってしまうことから、例えば寸法精度が必要な第１プローブ取付溝１０及び第２プローブ取付溝１４や位置決め部位のみをリソグラフィー技術で形成してその他の部位を切削加工やプレス加工等によって形成することによりコスト低減を図るようにしてもよい。
【００３５】
取付基台２は、上述したように下部基台部材６に第１プローブ取付溝１０を形成するとともに上部基台部材７に第２プローブ取付溝１４を形成して、下部基台部材６と上部基台部材７とを組み合わせた状態で第１プローブ取付溝１０と第２プローブ取付溝１４とが共同してプローブ取付溝を構成するようにしたが、かかる構造に限定されるものでは無い。取付基台２は、例えば下部基台部材６側にのみプローブ取付溝が形成され、このプローブ取付溝に嵌合されたプローブ４の上縁部を上部基台部材７が蓋体の機能を奏して押さえ付けるようにしてもよい。
【００３６】
測定基板３は、有機基板やセラミック基板等によって形成され、取付基台２に組み合わされた状態において測定空間部８に臨む下面３ａに多数個の測定電極１８が形成されている。測定基板３には、図２及び図３に示すように上面３ｂに適宜の配線パターン１９が形成されるとともにインピーダンス整合回路を構成する電子部品２０が搭載されている。測定基板３は、詳細を省略するが下面３ａ側の各測定電極１８が上面３ｂ側の配線パターン１９に対して、スルーホール２１によってそれぞれ接続されている。測定基板３にも、四隅の所定位置にそれぞれ厚み方向の貫通孔２２が形成されており、下部基台部材６と上部基台部材７とを一体化する結合部材９が貫通される。
【００３７】
測定電極１８は、各半導体集積回路５に形成した各電極５ａに対して同数でかつそれらのピッチと等しいピッチを以って測定基板３に形成されている。測定電極１８は、半導体集積回路５が測定空間部８に臨んで位置決めして対向された状態において、半導体集積回路５側の相対する電極５ａと同一軸線上に位置される。
【００３８】
配線パターン１９には、省略するが電子部品２０を電気的に接続する適宜の接続パッド１９ａが形成されるとともに側端部に引き出された部位に測定装置本体と接続するための図示しない端子部が設けられている。配線パターン１９は、例えば高周波信号を効率よく伝送するマイクロストリップ伝送路として構成するようにしてもよい。
【００３９】
電子部品２０は、半導体集積回路５とのインピーダンス整合を行うためのチップコンデンサやチップコイル或いは電源とグランド間のデカップリング用コンデンサ等の受動素子部品からなる。また、電子部品２０は、半導体集積回路５の動作条件や測定条件を規定する制御用ＬＳＩであってもよく、また電極間の導通状態を検出する場合には配線パターン１９を直接測定装置本体と接続するために搭載することが必要無い場合もある。
【００４０】
測定基板３は、上述したように測定空間部８を閉塞するようにして取付基台２に組み付けられて半導体集積回路５と対向されることで、各電極５ａに対して電子部品２０を至近距離に配置することを可能とする。測定基板３は、電子部品２０を配線パターン１９の接続パッド１９ａに半田付けして上面３ａに搭載することから、一般的な電気技術者であれば半田を溶融することによってこの電子部品２０を取り外すことが可能である。測定基板３においては、電子部品２０を交換したり、搭載位置を変えることによってインピーダンス整合回路の最適定数を決定してインピーダンス整合の調整操作を容易に行うことを可能とする。
【００４１】
プローブ４は、例えば導電性を有する金属薄板或いは薄板材を素材として、リソグラフィー技術や電鋳技術によって微細かつ精密に形成される。プローブ４は、図４及び図５に示すように、一体に形成された支持部２３とアーム部２４と第１接触部２５と第２接触部２６とから構成される、全体が横向き略Ｙ字状を呈している。プローブ４は、上述したように下部基台部材６の第１プローブ取付溝１０及び上部基台部材７の第２プローブ取付溝１４の溝幅とほぼ等しい厚みとされ、２０ｕｍ乃至６０ｕｍに形成されている。
【００４２】
支持部２３は、外形寸法が上述した下部基台部材６の抜止め溝部１２と上部基台部材７の抜止め溝部１６とが組み合わされて構成される高さ方向の抜止め溝部の空間形状よりもやや小型の外形寸法を有する縦長矩形部位からなる。支持部２３は、抜止め溝部１２と抜止め溝部１６とに跨って嵌合されることによって、プローブ４が取付基台２に対して抜け止めされて組み付けられるようにする。支持部２３は、溝部の空間形状よりもやや小型の外形寸法を有することで、後述する第１接触部２５と第２接触部２６との弾性変位動作に伴うアーム部２４の移動動作を可能とする。
【００４３】
アーム部２４は、下部基台部材６の取付溝部１１及び上部基台部材７の取付溝部１５とに跨って嵌合される部位であり、一端部に上下方向に突出する上述した支持部２３を一体に形成する。アーム部２４は、その下辺部位を略全長に亘って取付溝部１１に圧入されるとともに上辺部位を取付溝部１５に圧入される。アーム部２４には、他端側に支持部２３と対峙して第１接触部２５と第２接触部２６とが一体に形成されている。
【００４４】
第１接触部２５と第２接触部２６とは、アーム部２４からそれぞれ上方向と下方向とに向かって所定の開き角度が付されて腕状に突出形成された上下対称形の部位からなる。第１接触部２５と第２接触部２６には、図４に示すようにそれぞれの先端部の外側縁（上側縁と下側縁）にスクラブ凸部２５ａ、２６ａが一体に形成されている。第１接触部２５及び第２接触部２６は、アーム部２４から先端部までの長さが、約０．６ｍｍ乃至１．２ｍｍに形成されている。したがって、第１接触部２５及び第２接触部２６は、有る程度の長さを有することで、厚み方向に対して変形するとともに高さ方向に対しても弾性変位が可能である。
【００４５】
第１接触部２５及び第２接触部２６は、プローブ４が取付基台２に取り付けられた状態において、図１及び図２に示すようにそれぞれ測定空間部８内へと突出する。第１接触部２５及び第２接触部２６は、相対する先端部が取付基台２の厚みよりもやや大きな対向間隔となるように形成されている。第１接触部２５及び第２接触部２６は、半導体集積回路５を測定空間部８に位置決めして対向させた状態において、スクラブ凸部２５ａ、２６ａが電極５ａ及び測定電極１８と略同一軸線上に位置される。
【００４６】
第１接触部２５及び第２接触部２６は、スクラブ凸部２５ａ、２６ａの間隔を下部基台部材６と上部基台部材７とを積層した取付基台２の厚みよりもやや大きくしてアーム部２４から一体に突出形成されている。第１接触部２５及び第２接触部２６は、半導体集積回路５が測定空間部８に位置決めして対向された状態において、半導体集積回路５と測定基板３との間で圧縮されて互いに接近する方向に弾性変位して弾性力を蓄勢する。第１接触部２５及び第２接触部２６は、スクラブ凸部２５ａが半導体集積回路５の電極５ａに当接するとともに、スクラブ凸部２６ａが測定基板３側の測定電極１８に当接し、蓄勢した弾性力によって当接状態を保持する。
【００４７】
スクラブ凸部２５ａ、２６ａは、やや鋭利な凸縁を有しており、電極５ａや測定電極１８に当接した状態においてその表面を削る機能を有している。半導体集積回路５は、ウェハー状態で測定が行われることから電極５ａの表面が薄い酸化膜層で被覆された状態にある。スクラブ凸部２５ａ、２６ａは、電極５ａや測定電極１８の表面に形成された酸化膜層を削り落とすことにより、第１接触部２５と第２接触部２６とが相対する電極５ａと測定電極１８との電気的接続が確実に行われるようにする。
【００４８】
プローブカード１の組立工程においては、先ず下部基台部材６に対してプローブ４が組み付けられる。各プローブ４は、相対する第１プローブ取付溝１０に対して、アーム部２４の下方部位を取付溝部１１内に圧入するとともに支持部２３の下方部位を抜止め溝部１２内に圧入してそれぞれ組み合わされる。各プローブ４は、抜止め溝部１２に支持部２３が嵌合することによって抜止めされるとともに、取付溝部１１によってアーム部２４が相互に位置決めされて下部基台部材６に片持ち状態で支持され、第１接触部２５と第２接触部２６とが測定空間部８内に突出する。
【００４９】
プローブカード１の組立工程においては、下部基台部材６に対して上部基台部材７の組み合わせが行われる。上部基台部材７は、下部基台部材６に対して位置合わせされることによって、下部基台部材６の上面から露出されたプローブ４の上辺部位が第２プローブ取付溝１４内に嵌合される。各プローブ４は、抜止め溝部１６に支持部２３の上辺部位が嵌合するとともに取付溝部１５にアーム部２４の上辺部位が嵌合されて、下部基台部材６と上部基台部材７とによって挟み込まれて支持される。プローブカード１の組立工程においては、下部基台部材６と上部基台部材７とを位置決めして組み合わせることによって、多数個のプローブ４がそれぞれの第１接触部２５と第２接触部２６とを上下方向に同一軸線上に位置させて測定空間部８内に突出させたプローブブロック体Ａを製作する。
【００５０】
プローブカード１の組立工程においては、測定基板３が、測定空間部８を閉塞するようにして上部基台部材７に対して位置合わせされて組み合わされる。プローブカード１の組立工程においては、図４に示すように下部基台部材６の底面側から結合部材９が貫通孔１３に嵌挿され、この結合部材９を上部基台部材７の貫通孔１７を介して先端部を測定基板３の貫通孔２２から外方へと突出させる。プローブカード１の組立工程においては、結合部材９の測定基板３から露出された端部にナット２７をねじ込んで締め付けることにより測定基板３をプローブブロック体Ａに一体化してプローブカード１を完成させる。
【００５１】
プローブカード１は、図２及び図３に示すように、プローブ４の第２接触部２６が測定基板３によって下方へと押し付けられることによってやや弾性変位して弾性力を蓄勢することで、スクラブ凸部２６ａに測定基板３側の相対する測定電極１８との当接習性が付与される。プローブカード１には、測定装置本体に対して測定基板３を電気的に接続して設置された状態で、多数個の半導体集積回路５を形成したウェハーが所定の半導体集積回路５を測定空間部８に対向させて設置される。プローブカード１は、各プローブ４の第１接触部２５が測定空間部８に臨ませられた半導体集積回路５の相対する各電極５ａと対向する。プローブカード１は、半導体集積回路５によって第１接触部２５が上方へと押し上げられることによってやや弾性変位した状態となり、スクラブ凸部２５ａが相対する電極５ａの表面に形成された酸化膜層を削り落として当接する。
【００５２】
プローブカード１においては、測定空間部８を閉塞して組み合わされた測定基板３に電子部品２０が搭載されており、プローブ４の第２接触部２６と電子部品２０とがほぼ最短距離で電気的に接続される。したがって、プローブカード１においては、第１接触部２５と第２接触部２６とによって相対する電極５ａと測定電極１８とに対してその対向間隔とほぼ等しい１．０ｍｍ程度の電気長を以って接続することにより、インダクタンス成分の小さなプローブ４を構成する。プローブカード１においては、グランド電極や電源電極に対してプローブ４のインダクタンス成分が負荷されて発振動作や電気的特性が大きく変化する、例えば高周波増幅用集積回路等に適用して高周波電気的特性の測定を可能とする。
【００５３】
プローブカード１においては、半導体集積回路５との入出力が行われる高周波信号のレベル低下を抑制して半導体集積回路５の高周波電気的特性を高精度に測定する。プローブカード１においては、電子部品２０によって規定された所定の高周波信号が各プローブ４から半導体集積回路５に対して印加されることにより、高周波電気的特性の測定が行われる。高周波信号は、配線パターン１９−スルーホール２１−測定電極１８−第１接触部２５−第２接触部２６のルートで半導体集積回路５の電極５ａに入力されるとともに、この逆ルートによってプローブカード１から測定装置本体へと出力される。
【００５４】
プローブカード１においては、上述したように測定基板３の上面側に電子部品２０を搭載した構造であることから、この電子部品２０を比較的容易に移動させたり交換することが可能であり、インピーダンス整合回路の最適定数を決定してインピーダンス整合の調整操作が容易に行われる。プローブカード１においては、測定基板３に半導体集積回路５を駆動等するための電子部品２０等を至近位置に配置して搭載することにより、高周波信号のレベル低下が抑制されて高精度の測定が行われるようになる。
【００５５】
プローブカード１においては、上述したように各プローブ４が支持部２３とアーム部２４とを第１プローブ取付溝１０と第２プローブ取付溝１１とに圧入することによって取り付けている。プローブカード１においては、プローブ４が、例えば第１接触部２５のスクラブ凸部２５ａが磨耗して電極５ａの酸化膜層の削り取り機能が低下して接触不良が生じるようになったり、第１接触部２５や第２接触部２６が何らかの理由によって折り曲がったり破損したりした場合に、当該プローブ４のみを交換する。
【００５６】
プローブ４の交換操作は、上述した組立工程と逆工程によって行われ、結合部材９を取り外して下部基台部材６と上部基台部材７とを分離して各プローブ４を第１プローブ取付溝１０からその上辺部位を露出させたのちに、交換するプローブ４を強く引っ張ることによって取り外しが行われる。プローブ４の交換操作は、代替えのプローブ４を対応する第１プローブ取付溝１０内に圧入して以下下部基台部材６と上部基台部材７及び測定基板３との組立が行われる。
【００５７】
プローブカード１においては、特定のプローブ４を極めて簡易な操作によって行うことが可能であり、全体交換を要しないことからメンテナンスコストの大幅な低減が図られるようになる。
【００５８】
上述した実施の形態に示したプローブ４は、半導体集積回路５の１個の電極５ａとこの電極５ａと相対する測定基板３の測定電極１８とにそれぞれ当接する第１接触部２５と第２接触部２６とを有して形成される。半導体集積回路５においては、例えばグランド電極や電源電極のように同一機能の電極を外周部と内周側とに設けたものもある。図６に示したプローブ３０は、基本的な構成を上述したプローブ４と同等とするが、支持部３１に一体に形成したアーム部３２に、半導体集積回路５側の同一機能電極に対向される一対の接触部３３ａ、３３ｂを有する第１接触部３３が一体に形成されるとともに、この第１接触部３３の各接触部３３ａ、３３ｂと対向して一対の接触部３４ａ、３４ｂを有する第２接触部３４が一体に形成されている。
【００５９】
プローブ３０は、支持部３１とアーム部３２とを取付基台２に対して位置決めして取り付けた状態において、第１接触部３３と第２接触部３４とが測定空間部８内に突出する。プローブ３０は、第１接触部３３が半導体集積回路５の同一機能電極に対して外周側の電極に接触部３３ａが当接するとともに内部側の電極に接触部３３ｂが当接する。また、プローブ３０は、第２接触部３４の接触部３４ａ、３４ｂが測定基板３に形成した測定電極にそれぞれ当接する。したがって、プローブ３０は、同一機能電極の測定を一括して行うことから、プローブ数を低減してコスト低減や取付基台４の構造の簡易化を図る。なお、プローブ３０は、電気長が多少大きくなるが、第２接触部３４の接触部３４ａ、３４ｂを１個とするようにしてもよい。
【００６０】
図７に示したプローブ４０は、半導体集積回路５側に同一直線上に位置してさらに多くの同一機能電極が設けられている場合に用いられる。プローブ４０は、支持部４１に一体に形成したアーム部４２に、半導体集積回路５側の同一機能電極に対向される接触部４３ａ、４３ｂ、４３ｃからなる第１接触部４３が一体に形成されるとともに、この第１接触部４３の各接触部４３ａ、４３ｂ、４３ｃと対向して接触部４４ａ、４４ｂ、４４ｃからなる第２接触部４４が一体に形成されている。
【００６１】
プローブ４０は、アーム部４２が長軸となるために測定空間部８内に突出する先端部位に撓みが生じることがある。したがって、プローブ４０には、アーム部４２の先端部に支持部４１と対向して第２の支持部４５を一体に形成し、この第２の支持部４５が取付基台２の対向辺に形成されたプローブ取付溝に嵌合して両持ち梁構造に構成される。プローブ４０は、両持ち梁構造によって、長尺のアーム部４２であっても第１接触部４３と第２接触部４４とが相対する半導体集積回路５側の電極と測定基板の測定電極との間を確実に接続する。
【００６２】
なお、プローブカード１については、取付基台２に、測定本体装置に対して位置決めして取り付けるための位置決め構造や、電気的配線接続を行うための適宜のコネクタ等が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施の形態として示すプローブカードの透視斜視図である。
【図２】プローブカードの要部縦断面図である。
【図３】プローブカードの要部透視斜視図である。
【図４】プローブブロック体の分解斜視図である。
【図５】プローブの側面図である。
【図６】第２の実施の形態として示すプローブの側面図である。
【図７】第３の実施の形態として示すプローブの側面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  プローブカード、２  取付基台、３  測定基板、４  プローブ、５  半導体集積回路、６  下部基台部材、７  上部基台部材、８  測定空間部、９  結合部材、１０  第１プローブ取付溝、１１  取付溝部、１２  抜止め溝部、１４  第２プローブ取付溝、１５  取付溝部、１６  抜止め溝部、１８  測定電極、１９  配線パターン、２０  電子部品、２３  支持部も２４  アーム部、２５  第１接触部、２６  第２接触部、３０  プローブ、４０  プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005308548.tif 000008
【図７】
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