(57)【要約】【課題】内部で発生する雑音（ノイズ）は極力抑え、修理のために針交換が可能であり、半導体デバイスのパッドに付く傷跡はできるだけ小さく、また方向を制御することが可能なプローブカードを提供する。【解決手段】電源針配線と信号針配線とを互いにほぼ直交させ、針支持板の針を通すマイクロホール周りに座刳りを施し、針を通した状態で樹脂を用いて固定する。また、下面板・上面板ずらしと上面板・針支持板ずらしの２種類のずらしを導入することにより、針のたわみ方向を制御でき、半導体デバイスパッド上での針の滑りを制御することで傷跡を小さくできる。【選択図】図１
2012032283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を伝える針に接続され、互いにほぼ同一方向に配線された複数の信号針配線と、
電源を供給する針に接続され、互いにほぼ同一方向に配線された複数の電源針配線と、
を備え、
前記信号針配線の配線方向と、前記電源針配線の配線方向と、がほぼ直交する構造を有するプローブカード。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブカードであって、
針を通すための針支持板マイクロホールが開けられ、前記針支持板マイクロホールの上面に座刳りが施された針支持板を備え、
前記針支持板マイクロホールに針が通され、前記座刳りに流し込まれた樹脂により針が前記針支持板に固定されているプローブカード。
【請求項３】
請求項２に記載のプローブカードであって、
針を通すための上面板マイクロホールが開けられた上面板と、
針を通すための中間フィルムマイクロホールが開けられた中間フィルムと、
針を通すための下面板マイクロホールが開けられた下面板と、
を備え、
前記針支持板マイクロホールに加えて、前記上面板マイクロホール、前記中間フィルムマイクロホール及び前記下面板マイクロホールに針が通され、
前記針支持板、前記上面板、前記中間フィルム及び前記下面板をそれぞれ所定の垂直方向高さに配置し、前記下面板マイクロホールの位置に対して前記上面板マイクロホールの位置を水平方向にずらし、かつ、前記上面板マイクロホールの位置に対して前記針支持板マイクロホールの位置を水平方向にずらした構造を持つプローブカード。
【請求項４】
針を通すための針支持板マイクロホールが開けられ、前記針支持板マイクロホールの上面に座刳りが施された針支持板を備え、
前記針支持板マイクロホールに針が通され、前記座刳りに流し込まれた樹脂により針が前記針支持板に固定されているプローブカード。
【請求項５】
針を通すための針支持板マイクロホールが開けられた針支持板と、
針を通すための上面板マイクロホールが開けられた上面板と、
針を通すための中間フィルムマイクロホールが開けられた中間フィルムと、
針を通すための下面板マイクロホールが開けられた下面板と、
を備え、
前記針支持板マイクロホール、前記上面板マイクロホール、前記中間フィルムマイクロホール及び前記下面板マイクロホールに針が通され、
前記針支持板、前記上面板、前記中間フィルム及び前記下面板をそれぞれ所定の垂直方向高さに配置し、前記下面板マイクロホールの位置に対して前記上面板マイクロホールの位置を水平方向にずらし、かつ、前記上面板マイクロホールの位置に対して前記針支持板マイクロホールの位置を水平方向にずらした構造を持つプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ＩＣ等をウェハ状態でテストするときに用いるプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
まっすぐな針を垂直に配置したプローブカードの概念は古くからある（例えば、特許文献１〜３参照）。しかし製品化されたのは最近である（例えば、非特許文献１参照）。こうした針の場合にさらに雑音（ノイズ）を低減すること、針を１本毎に交換できること、針の曲がり方向を制御することが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，５０６，２１５号明細書
【特許文献２】特開２００８−１４５２２４号公報
【特許文献３】特許第２７９９９７３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】F.Megna, “60u Vertical Probing”, Semiconductor Wafer Test Workshop 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プローブカードは、テスターとウェハ上に形成された半導体デバイスを電気的につなぎ、所定の電源電圧を半導体デバイスに印加し、入出力信号を正確に伝達することが期待される。しかしながら、ムーアの法則に従って半導体デバイスの高密度化高速動作化に伴い、プローブカードに要求される性能はより厳しくなっている。
【０００６】
例えば、プローブカード内部で発生する雑音（ノイズ）は極力抑える必要がある。また、プローブカードの修理のために針交換ができるものであって欲しい。また、半導体デバイスのパッドに付く傷跡はできるだけ小さく、また方向を制御したいという要望がある。さらに、電源系、特にグランドは安定していなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、電気信号を伝える針に接続され、互いにほぼ同一方向に配線された複数の信号針配線と、電源を供給する針に接続され、互いにほぼ同一方向に配線された複数の電源針配線と、を備え、前記信号針配線の配線方向と、前記電源針配線の配線方向と、がほぼ直交する構造を有するプローブカードである。
【０００８】
本発明の別の態様は、針を通すための針支持板マイクロホールが開けられ、前記針支持板マイクロホールの上面に座刳りが施された針支持板を備え、前記針支持板マイクロホールに針が通され、前記座刳りに流し込まれた樹脂により針が前記針支持板に固定されているプローブカードである。
【０００９】
本発明の別の態様は、針を通すための針支持板マイクロホールが開けられた針支持板と、針を通すための上面板マイクロホールが開けられた上面板と、針を通すための中間フィルムマイクロホールが開けられた中間フィルムと、針を通すための下面板マイクロホールが開けられた下面板と、を備え、前記針支持板マイクロホール、前記上面板マイクロホール、前記中間フィルムマイクロホール及び前記下面板マイクロホールに針が通され、前記針支持板、前記上面板、前記中間フィルム及び前記下面板をそれぞれ所定の垂直方向高さに配置し、前記下面板マイクロホールの位置に対して前記上面板マイクロホールの位置を水平方向にずらし、かつ、前記上面板マイクロホールの位置に対して前記針支持板マイクロホールの位置を水平方向にずらした構造を持つプローブカードである。
【００１０】
なお、これらの態様を適宜組み合わせた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、雑音（ノイズ）発生を抑制でき、半導体デバイスパッド上の傷跡を小さくまた方向を揃える事ができ、針を１本単位で交換することができ、グランドを安定させる、プローブカードができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの配線構造を示す平面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの配線構造のうち信号針配線を示す平面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの配線構造のうち電源針配線を示す平面図である。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの配線構造のうちグランド針配線を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるプローブカードの雑音（ノイズ）除去の作用を説明する図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの針交換の処理を説明する図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの針交換の処理を説明する図である。
【図４Ｃ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの針交換の処理を説明する図である。
【図４Ｄ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの針交換の処理を説明する図である。
【図４Ｅ】本発明の実施の形態におけるプローブカードの針交換の処理を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるプローブカードの作用を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるプローブカードの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
プローブカードは、図１に示すように、針構造（１）、針配線（２）、中継基板（３）及び親基板（４）を含んで構成される。被測定物へ入力される電気信号は、親基板（４）のポゴ座（４５）から親基板内配線（４４）を経て、中継親基板接続（３９）を介して中継基板（３）の中継基板内配線（３４）を通り、針配線（２）を伝って針（１１）に伝播し、針先に接触している半導体デバイスパッドから半導体デバイス内部回路へ伝わる。また、被測定物から出力される電気信号は、半導体デバイスから針（１１）を通して、針配線（２）・中継基板（３）・親基板（４）の順に伝播する。被測定物は、例えば、半導体集積回路が形成された半導体ウェハとすることができる。
【００１４】
針構造（１）は、複数の針（１１）を含んだ針（１１）の集合体である。針構造（１）は、図５に示すように、針（１１）、下面板（５）、中間フィルム（６）、上面板（７）及び針支持板（８）を含んで構成される。針（１１）は、被測定物に接触する針状の導電体である。
【００１５】
針配線（２）と針（１１）とは、一体に形成してもよい。これを一体型と呼ぶ。針（１１）と針配線（２）が一体型の場合、被測定物に接触する針先から針支持板までの部分を針（１１）とする。
【００１６】
下面板（５）は、針（１１）をほぼ垂直に維持するために被測定物に近い側に設置される構造体である。下面板（５）には、針（１１）が通される微細穴である下面板マイクロホール（５５）が開けられる。中間フィルム（６）は、下面板（５）と上面板（７）との間の設置されたフィルムである。中間フィルム（６）は、下面板（５）及び上面板（７）に対して相対的に水平方向に自由に動き得る。中間フィルム（６）には、針（１１）が通される微細穴である中間フィルムマイクロホール（６５）が開けられる。上面板（７）は、針（１１）をほぼ垂直に維持するために被測定物から遠い側に設置される構造体である。上面板（７）には、針（１１）が通される微細穴である上面板マイクロホール（７５）が開けられる。針支持板（８）は、針を固定する構造物である。針支持板（８）には、針（１１）が通される微細穴である針支持板マイクロホール（８５）が開けられる。
【００１７】
針（１１）は、図５及び図６に示すように、下面板マイクロホール（５５）、中間フィルムマイクロホール（６５）、上面板マイクロホール（７５）を通って針支持板（８）に設けられた針支持板マイクロホール（８５）に固定される。
【００１８】
針（１１）を通す針支持板マイクロホール（８５）の周りには座刳り（８２）を形成することが好適である。座刳り（８２）は、針支持板（８）の上面側の針支持板マイクロホール（８５）の周りを部分的に刳り貫いた構造である。針（１１）は、座刳り（８２）の領域に樹脂（８３）を流しこんで固化させることによって針支持板（８）に固定される。樹脂（８３）としては、エポキシ樹脂を用いると針（１１）を確実に固定することができる。その固定力は、３５ミクロン直径の針（１１）で１００グラムを超え、無理に針を抜こうとすると針（１１）自体が切断破壊される程度であり、針圧（３グラム程度）を支えるには十分な固定を実現することができる。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｅは、針（１１）を交換する処理を説明する図である。針（１１）を交換するためには、樹脂を分解する液体（８４）を用いて樹脂（８３）を溶かし、古くなった要交換針（１２）を引き抜けばよい（図４Ａ〜図４Ｃ）。液体（８４）は、樹脂（８３）を分解できるものであればよく、例えば酸等を用いることができる。要交換針（１２）を抜くにはいくらかの力が必要であるが、要交換針（１２）自体が切断破壊する力に比べて十分小さい力で済む。要交換針（１２）を除いた跡はさらに薬液で洗浄し、新規の針（１３）を針支持板マイクロホール（８５）に通して同じく樹脂（８３）で固定する（図４Ｄ〜図４Ｅ）。新規の針（１３）は要交換針（１２）と同様に確実に固定できる。
【００２０】
針配線（２）が針（１１）の一体に延長された針・針配線一体型の場合には、別体型の場合に比較して長い針配線（２）の部分を掴むことができ、針（１１）をより容易に引き抜くことができる。したがって、針交換もさらに容易となる。
【００２１】
なお、針（１１）を針支持板（８）により挟み込むなど他の固定方法としてもかまわない。
【００２２】
針支持板（８）の上面には、金属板（８１）が設置される。金属板（８１）は、グランドへ接地されている。針（１１）の中でグランドに接続されるものは金属板（８１）に接合される。接合方法は、半田付け、導電ペースト等とすればよい。金属板（８１）に接合することによって、針（１１）の長さを短縮でき、針（１１）自体の持つ電気抵抗を小さくすることができる。また、グランドに接地されない針（１１）にとってはグランドが近くに配置されることとなり、インピーダンスを基板と同じ５０オーム近くに低めることができ、反射による減衰を少なくできる。金属板（８１）は、さらに中継基板（３）（又は親基板（４））のグランド配線に太い配線で接続される。
【００２３】
被測定物をプローバーチャックに載せた状態で垂直方向に上昇させることで半導体デバイス上の電極パッドとプローブカードの針（１１）の針先を接触させて電気的接続が達成される。このとき、被測定物（９）によって針（１１）が上方方向に押され（オーバードライブという）、横方向にたわむ。中間フィルム（６）を設けることで、それぞれの針（１１）のたわむ方向を揃えることができる。また、中間フィルム（６）によって、針（１１）の互いの間の接触も防ぐことができる。ただし、それでも針（１１）同士が接触した場合を想定して、針（１１）の側面部分を絶縁膜でコートしてもよい。
【００２４】
針（１１）のたわみ方向を制御するために、下面板（５）に設けられた下面板マイクロホール（５５）と上面板（７）に設けられた上面板マイクロホール（７５）との水平方向の相対位置をずらすことが好適である。このずらし量を下面板・上面板ずらし量（５７）と呼ぶ。また、上面板（７）に設けられた上面板マイクロホール（７５）と針支持板（８）に設けられた針支持板マイクロホール（８５）との水平方向の相対位置をずらすことが好適である。このずらし量を上面板・針支持板ずらし量（７８）と呼ぶ。この二つのずらしの組合せにより、針（１１）のたわみ方向及び針先の滑りの量及び方向を制御することができる。
【００２５】
下面板・上面板ずらし量（５７）は、０ミクロン（ずらし無し）から５００ミクロンの間が適当である。上面板・針支持板ずらし量（７８）は、５０μから３００ミクロンが適当である。また下面板・上面板ずらし量（５７）と上面板・針支持板ずらし量（７８）の方向を変えることにより、針（１１）のたわみの振る舞いを制御することができる。
【００２６】
針（１１）のたわみを制御することによって、針（１１）同士の電気的な短絡を防ぐことができる。また、針（１１）の滑りの量を小さくすれば、半導体デバイスの電極パッド上に針（１１）によってつけられる傷跡を小さくでき、針（１１）と半導体デバイスのパッド電極の接触抵抗を制御することができる。
【００２７】
針配線（２）は、針支持板（８）から中継基板（３）までの配線部分である。針配線（２）は、図２Ａに示すように、その電気的機能に応じて３種類に分類される。第１の種類は、クロック信号などの入力信号を伝達し、信号電極（３１）に接続される信号針配線（２１）である。第２の種類は、半導体デバイスに電源を供給し、電源電極（３２）に接続される電源針配線（２２）である。第３の種類は、グランドに接地され、グランド電極（３３）に接続されるグランド電極（３３）である。針配線（２）と信号電極（３１）、電源電極（３２）及びグランド電極（３３）との接続方法は、例えば、半田付けとすることができる。また、すべての針配線（２）は、互いに電気的に短絡しないように絶縁被服されることが好適である。
【００２８】
中継基板（３）は、親基板（４）と針配線（２）を中継する基板である。中継基板（３）上には、信号電極（３１）、電源電極（３２）及びグランド電極（３３）が形成される。信号電極（３１）、電源電極（３２）及びグランド電極（３３）は、リソグラフィ技術等を用いて中継基板（３）の表面上に露出した導電層を配置することにより形成される。中継基板（３）は、多層プリント基板技術を適用して形成することができ、中継基板（３）の表面に形成された信号電極（３１）、電源電極（３２）及びグランド電極（３３）は中継基板（３）内に形成された中継基板内配線（３４）を介して中継親基板接続部（３９）に電気的に接続される。
【００２９】
親基板（４）は、プローブカードの基材となる基板である。親基板（４）は、プローブカードを構造的に支持する土台となると共に、針構造（１）、針配線（２）及び中継基板（３）を介して伝達される電気信号の入出力をテスター等の外部装置と行う。親基板（４）は、多層プリント基板技術を適用して形成することができ、親基板（３）内に形成された親基板内配線（４４）は中継親基板接続部（３９）と電気的に接続される。また、親基板（４）上には、テスターヘッドの探子等を接触させるための導電性の電極部であるポゴ座（４５）が形成され、ポゴ座（４５）は親基板内配線（４４）を介して中継親基板接続部（３９）と電気的に接続される。
【００３０】
親基板（４）と中継基板（３）との間の電気接続部を中継親基板接続部（３９）と呼ぶ。電気接続部における接続は、一般的にスルーホール（ＴＨ）を用いて行われ、親基板（４）及び中継基板（３）の電極との接合はＢＧＡ、ＰＣＲ、銅線などにより行われる。
【００３１】
なお、中継基板（３）は使用しなくてもよい。この場合、信号電極（３１）、電源電極（３２）、グランド電極（３３）は、親基板（４）上に配置される。そして、針配線（２）は、親基板（４）上の信号電極（３１）、電源電極（３２）、グランド電極（３３）に直接半田付け等で接続される。
【００３２】
プローブカードを使用してウェハテストする周波数領域では、一般的に、雑音（ノイズ）の発生は信号針配線（２１）よりも電源針配線（２２）からのものが多い。その理由は信号針配線（２１）に比べて、電源針配線（２２）を流れる電流値が大きいからである。雑音（ノイズ）は、図３に示すように、電源針配線（２２）に対して信号針配線（２１）が平行になっている時のクロストークによって生じる場合が多い。
【００３３】
そこで、本実施の形態におけるプローブカードでは、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄに示すように、中継基板（３）上の信号電極（３１）、電源電極（３２）、グランド電極（３３）を配置して、信号針配線（２１）と電源針配線（２２）を互いに直交またはそれに近い状態に配線する。ここで、図２Ａに針配線全体を表示する。図２Ｂは信号針配線（２１）のみを表示した。図２Ｃは電源針配線（２２）のみを表示する。図２Ｄはグランド針配線のみを表示する。図２Ｃに示すように、電源針配線（２２）は概ね横方向に延設されるように電源電極（３２）を針構造（１）に対して横に配置し、一方で、図２Ｂに示すように、信号針配線（２１）は概ね縦方向に延設される。そこで信号電極（３１）は針構造（１）に対して上下に配置する。このようにして、信号針配線（２１）と電源針配線（２２）とを互いに概ね直交させることができる。
【００３４】
これにより、電源針配線（２２）が信号針配線（２１）に及ぼす雑音（ノイズ）を大幅に低減することができる。図３に示す結果では、電源針配線（２２）が信号針配線（２１）に及ぼす雑音（ノイズ）は、電源針配線（２２）と信号針配線（２１）とが平行（角度０度）に配置された場合に対して電源針配線（２２）と信号針配線（２１）とを直交（角度９０度）に配置させた場合では６．２％から０．８％に減少した。なお、図３に示すように、厳密な直交（角度９０度）でなくても電源針配線（２２）と信号針配線（２１）とを角度６０度で交差させた場合も同様の効果を得ることができる。この場合もノイズの大きさは０．８％程度である。すなわち、電源針配線（２２）と信号針配線（２１）とは少なくとも６０度以上の角度をもって交差させればよい。なお、実際にはさらに小さい角度で交差させた場合であっても雑音（ノイズ）は十分に低減できると考えられる。
【００３５】
なお、グランド針配線（２３）は、図２Ｄに示すように、針支持板（８）の上面に配置される金属板（８１）に接続される。金属板（８１）は、電気抵抗の低い銅版等を適用することが好適である。本構造により、金属板（８１）は、グランド針配線（２１）を介して金属板（８１）に接続される針（１１）の近くに配置することができる。すなわち、接地される針（１１）と金属板（８１）との距離を短くでき、グランド針配線（２３）の電気抵抗を下げることができる。以上より、プローブカードにおける接地状態の安定性が増す。また、信号針配線（２１）のインピーダンスを低めることもできる。金属板（８１）は中継基板又は親基板の適当なグランド電極（例えば３３）に接続される。
【００３６】
なお、本実施の形態では、グランド針配線（２１）は金属板（８１）に接続するものとしたが、一部又は全部を中継基板（３）の縁に設けたグランド電極（３３）に接続してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  針構造、１１  針、１２  要交換針、１３  新規の針、２  針配線、２１  信号針配線、２２  電源針配線、２３  グランド針配線、３  中継基板、３１  信号電極、３２  電源電極、３３  グランド電極、３４  中継基板内配線、３９  中継親基板接続部、４  親基板、４４  親基板内配線、４５  ポゴ座、５  下面板、５５  下面板マイクロホール、５７  下面板・上面板ずらし量、６  中間フィルム、６５  中間フィルムマイクロホール、７  上面板、７５  上面板マイクロホール、７８  上面板・針支持板ずらし量、８  針支持板、８１  金属板、８２  座刳り（ざぐり）、８３  樹脂、８４  液体、８５  針支持板マイクロホール、９  被測定物。
【図１】
2012032283.tif 000003
【図２Ａ】
2012032283.tif 000004
【図２Ｂ】
2012032283.tif 000005
【図２Ｃ】
2012032283.tif 000006
【図２Ｄ】
2012032283.tif 000007
【図３】
2012032283.tif 000008
【図４Ａ】
2012032283.tif 000009
【図４Ｂ】
2012032283.tif 000010
【図４Ｃ】
2012032283.tif 000011
【図４Ｄ】
2012032283.tif 000012
【図４Ｅ】
2012032283.tif 000013
【図５】
2012032283.tif 000014
【図６】
2012032283.tif 000015