(57)【要約】【課題】  狭ピッチ多ピンの格子状配列型パッドに適応可能なプローブカードを提供すること。【解決手段】  垂直プローブ部とプローブのバネ構造部と回路基板までの導電部を樹脂フィルム上に１つ又は複数配置した第１のプローブ群と、前記第１のプローブ群と同一又は異なる配置のプローブ群を有する第２、第３、第４等のプローブを適切な間隔で積層し、前記プローブ付樹脂フィルム上のプローブの端子配列方向が、ウェハ上のチップのパッドのＸＹ方向配列に対して所定の角度を有することにより、所望の格子配列のパッド接続部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅箔が接着された樹脂フィルムを使用し、前記銅箔をエッチング等により微細加工して樹脂フィルム上に垂直プローブを含む導電部を形成し、この垂直プローブ付の樹脂フィルムを複数枚積層し半導体チップの電極パッドに前記垂直プローブの先端部を一括接触させて半導体チップの回路検査を行うためのプローブ組立体において、
前記垂直プローブと前記垂直プローブのバネ構造部を前記樹脂フィルム上に１つ又は複数配置した第１のプローブ群と、前記第１のプローブ群と同一又は異なる配置のプローブ群を有する第２、第３、第４等のプローブを適切な間隔で積層することにより所望の格子配列のパッド接続機能を有することを特徴とするプローブ組立体。
【請求項２】
１つの前記プローブ付樹脂フィルム上のプローブの端子配列方向が、ウェハ上のチップのパッドのＸＹ方向配列に対して所定の角度を有して配置されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【請求項３】
前記垂直プローブのバネ構造部が一端側を前記垂直プローブと接続し、他端側を支持部として概略くの字型のバネ形状を有し、オーバードライブに伴い、前記支持部に接続する第１のアーム部に生じる曲げモーメントを相殺する方向に、前記第１のアーム部から延長し前記垂直プローブに接続する第２のアーム部に曲げモーメントが同時に作用することにより、前記垂直プローブ先端の水平方向変位が極小となることを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【請求項４】
前記垂直プローブのバネ構造部から導電部を介して回路基板の接続パッドと接触する端子部を備えたことを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【請求項５】
前記導電部の形状が樹脂フィルム面に沿って概略周期的に波型形状を有していることを特徴とする請求項４記載のプローブ組立体。
【請求項６】
前記導電部に絶縁シートを介して金属シートを接着したことを特徴とする請求項４又は請求項５記載のプローブ組立体。
【請求項７】
前記端子部は前記プローブ付樹脂フィルムを積層した時にそれぞれの配置位置が等ピッチでずれる様に各樹脂フィルムに形成されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【請求項８】
前記銅箔を加工する際、導電部と同一面上に導電部から分離独立した部分にダミー部又は突起状の位置決め用構造体を配置したことを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【請求項９】
前記プローブ付樹脂フィルムは、前記導電部による配線が左右両側にほぼ同数になるように左右対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＬＳＩなどの電子デバイスの製造工程において、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップの回路検査に使用するプローバ装置のプローブ組立体に関し、特に、半導体チップ上に配列される回路端子（パッド）に垂直プローブを接触させ、複数の半導体チップの電気的導通を同時に測定するプローブカードのプローブ組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  半導体製造工程における検査工程の低コスト化は、半導体業界において必須条件となっている。低コストのための最も重要な解決策の１つとして、同一ウェハ上における多数チップの一括同時検査がある。【０００３】  一方、半導体技術の進歩に伴って電子デバイスの集積度が向上し、半導体ウエハ上に形成される各半導体チップにおいても回路配線の占めるエリアが増加し、そのため、各半導体チップ上のパッド数も増加し、それにつれてパッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化などによるパッド配列の微細化が進んでいる。【０００４】  現在、狭ピッチパッドで、かつ多ピンを有するＬＳＩとして、例えば液晶パネルの駆動用に使用されるＬＳＩ（以下、ＬＣＤドライバＬＳＩ）があり、２５μｍ以下のパッドピッチで５００を超えるパッド数のＬＳＩが開発されている。さらに、パッド配列もその回路規模により対辺２辺のみものもの、周辺４辺のもの、周辺４辺で、かつ、そのうちの１辺又は２辺以上を千鳥状に配列させて多ピン化に対応しているもの等がある。【０００５】  このようなＬＳＩのウェハ上での電気的測定方法は、主として機械加工のカンチレバーを被測定ＬＳＩ周辺のパッドに対応すべく配列固定させたプローブ組立体を回路基板の概略中央に配置し、各プローブからフレキシブルフラットケーブル等を介して回路基板の周辺に配線しプローブカードとして構成したものを使用している。【０００６】  しかしながら、前述の構成のようなカンチレバー型プローブ組立体では、１つの被測定ＬＳＩに対し配線のための実装領域が周辺に広く必要であり、特に周辺４辺にパッド配列されたチップを複数同時に測定することは困難である。【０００７】  そこで、本発明者等は、特開２０１０−０９１５４１号公報に示すような、複数のプローブ機能を搭載したフィルム状のプローブによって構成することにより、複数の狭ピッチでかつ多ピンを有する周辺配列型ＬＳＩの複数チップ同時検査を容易にするプローブ組立体を提案してきた（特許文献１）。【０００８】  一方、ロジックＬＳＩ等においては、格子状に配列したパッドが多く存在し、今後は一層の狭ピッチ化の傾向にある。さらには、ロジックとメモリを３次元に積層したＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）型のＬＳＩも開発され、格子状の狭ピッチパッドをウェハレベルで検査する要求が、益々高まってきている。【０００９】  これらの格子状配列パッドに対応すべく、本発明者等は、特開２００７−２２５５８１号公報に示すようなプローブ組立体を提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】  特開２０１０−０９１５４１号公報
【特許文献２】  特開２００７−２２５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  しかしながら、特許文献１に示す従来例によれば、さらに同時測定数が増加した場合（例えば２×２、３×３等のチップ配列）、また、周辺配列型と格子状配列型が混在する不規則なパッド配列のＬＳＩに対して、プローブ構成が困難になるという問題が生じる。【００１２】  さらに、特許文献２に示す従来例においても、さらなる狭ピッチ化に適応しようとすると、プロービングテスト動作においてプローブが変位する方向（すなわち垂直方向、この方向をＺ方向とする）に大きなスペースを必要とするだけでなく、垂直部長さの非常に長い垂直プローブを必要とし、座屈等による変形が発生するという問題が生じる。【００１３】  本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、格子状配列パッド用プローブの構造における利点を生かすことにより、狭ピッチの格子状配列パッドや複雑な周辺配列パッド型ＬＳＩを複数隣接させた場合の一括検査に対応可能なプローブ組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明は、上記目的を達成するため、垂直プローブと前記垂直プローブのバネ構造部を、リボン状に細長く形成された樹脂フィルム上に、１つ又は複数配置した第１のプローブ群と、前記第１のプローブ群と同一又は異なる配置の垂直プローブを有する第２、第３、或いはそれ以上のプローブ群とを、樹脂フィルムの長手方向エッジをそれぞれ上縁、下縁として起立配置し、且つ適切な間隔で積層したものである。また、前記プローブ付樹脂フィルム上のプローブの端子配列方向は、ウェハ上のチップのパッドのＸＹ方向配列に対して所定の角度を有して配置されていることを特徴とする。このため、本発明のプローブ組立体は狭ピッチの格子配列パッド接続機能を有する。ここで、上記ＸＹ方向とは、後出の図１に示されるように、リボン状に細長く形成された樹脂フィルムの長手方向エッジをそれぞれ上縁、下縁として起立配置したときの当該樹脂フィルムの長手方向をＸ方向とし、また当該樹脂フィルムの表裏方向（すなわち積層方向）をＹ方向としている。ちなみにＺ方向は、上述のように、垂直方向（起立方向）が相当する。【００１５】  また、前記垂直プローブのバネ構造部が一端側を前記垂直プローブと接続し、他端側を支持部として概略くの字型のバネ形状を有し、オーバードライブに伴い、前記支持部に接続する第１のアーム部に生じる曲げモーメントを相殺する方向に、前記第１のアーム部から延長し前記垂直プローブに接続する第２のアーム部に曲げモーメントが同時に作用することにより、前記垂直プローブ先端の水平方向変位が微小となることを特徴とするため、
狭ピッチかつ狭小面積のパッドに接触し易いという作用を有する。【００１６】  さらに、前記垂直プローブのバネ構造部から導電部を介して回路基板の接続パッドと接触する端子部を備え、前記端子部は前記プローブ付樹脂フィルムを積層した時にそれぞれの配置位置が等ピッチでずれる様に各樹脂フィルムに形成され、前記プローブ付樹脂フィルムは、前記導電部による配線が左右両側にほぼ同数になるように左右対称に配置されているため、狭ピッチのパッド群からの電気信号を、回路基板に粗いピッチでかつ均等に配線が可能になるという作用を有する。【００１７】  また、前記導電部の形状が樹脂フィルム面に沿って概略周期的に波型形状を有し、又は前記導電部に絶縁シートを介して金属シートを接着しているため、強度を保持できるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１８】  本発明のプローブ組立体によれば、ロジックＬＳＩ等の狭ピッチの格子状配列パッドや複雑な周辺配列パッド型ＬＳＩを複数隣接させた場合の、ウェハレベルでの一括検査に対応可能なプローブ組立体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】  本発明の実施の形態であるプローブの基本構造を示す説明図である。
【図２】  本発明の実施の形態であるプローブ構造の動作を説明する図である。
【図３】  本発明の実施の形態であるプローブの詳細を説明する図である。
【図４】  本発明の実施の形態であるプローブ組立体の構造を説明する図である。
【図５】  本発明の実施の形態であるプローブ組立体の動作を説明する図である。
【図６】  本発明の実施の形態であるプローブ組立体の動作を説明する図である。
【図７】  本発明の実施の形態であるプローブ組立体の動作を説明する図である。
【図８】  本発明の実施の形態であるプローブ組立体の構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は垂直プローブ付樹脂フィルムを説明する平面図である。図２は垂直プローブの先端部の動きを説明する原理図である。
【００２１】  本発明に係る垂直プローブ付樹脂フィルム（以下、単にプローブ付フィルムと称する）の第１の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るプローブの基本構造を示す正面図である。図１に示すように、プローブ付フィルム１はリボン状に細長く形成された厚さ４μｍの樹脂フィルム（例えばポリイミド樹脂から成るフィルム）２０に、金属箔として、厚さ２０μｍのベリリウム銅製の薄板を貼り付けたものをエッチング加工して、プローブ１０、導電部２１、端子部２２、位置決め部２６、ダミー部２７を形成する。
【００２２】  このプローブ付フィルム１には、図２に示されるように、樹脂フィルム２０上に垂直プローブ１１と、この垂直プローブ１１と連続するバネ部９と、バネ部９を他端側で支持する支持部１６と、回路基板の接続パッドの位置まで延長する導電部２１と、接続パッドに接触する端子部２２とが形成されている。そして、垂直プローブ１１の先端部１２及び端子部２２の先端部のみが樹脂フィルム２０の外にわずかに突出している。さらに、樹脂フィルム２０上には位置決め固定用の位置決め部２６及び強度補強のためのダミー部２７を同一のエッチング加工により設置している。ダミー部２７とは、上記垂直プローブ１１等と同様エッチング加工により形成され、それ自体導電性を有するが、電気回路を構成しないで樹脂フィルム２０の強度補強を行うものである。
【００２３】  バネ部９の構造は、図２に示すように１本のバネ部９の梁幅ｗが例えば６０μｍであり、概略中心部に例えば曲率半径Ｒｐ＝０．２５ｍｍの湾曲部１３を有し、湾曲部１３を介して支持部１６に接続する第１のアーム部１４が、アーム長Ｌ１を０．８７ｍｍとし水平方向に対して例えばθ１＝３５．３°の角度をもって設置され、一方、垂直プローブ１１に接続する第２のアーム部１５が、アーム長Ｌ１を０．４２ｍｍとし水平方向に対してθ２＝３５．３°の角度をもって設置され、かつ、垂直プローブ１１の中心軸と支持部１６の中心軸とのＸ方向距離ｄが例えば０．４ｍｍずれた位置構成としている。垂直プローブ１１の先端部１２はテーパ部を介して先鋭状とし、ＬＳＩ上のパッド５１の狭範囲に接触可能な構造としている。
【００２４】  検査のためにパッド部５１を上昇させるか支持部１６を下降させると垂直プローブ１１の先端部１２とパッド部５１の面が接触し、湾曲部１３がバネ変形すると共に、第１のアーム部１４に曲げモーメントＭ１が生じ左方向に回転が生じる。一方、第２のアーム部１５には逆方向の曲げモーメントＭ２を生じ右方向に回転が生じる。このとき、回転によって生じる第１のアーム部１４の先端のＸ方向変位Δａｘ１と第２のアーム部の先端のＸ方向変位Δａｘ２が相殺されれば、垂直プローブ１１の先端部のＸ方向変位を０に近づけることができ、バネ部９の変形動作中において垂直プローブ１１の先端部が移動することはなくなる。この動作原理により、狭ピッチかつ小面積のパッドに精度良く接触することが可能となる。なお、上記Ｘ方向の定義については、上述したものと同じである。
【００２５】  前述した如く、第１のアーム部１４の先端のＸ方向変位Δａｘ１と第２のアーム部１５の先端のＸ方向変位Δａｘ２が相殺するための寸法は、図２の例示に限定するものではなく、各パラメータ、すなわち、バネ部９梁幅ｗ、第１及び第２のアーム長Ｌ１及びＬ２、水平方向に対する角度θ１及びθ２、湾曲部の曲率半径Ｒｐ、垂直プローブ１１の中心軸と支持部１６の中心軸とのＸ方向距離ｄ等を有限要素法等によりあらかじめ選択することが可能である。
【００２６】  ここで、垂直プローブ集合部の詳細について説明する。図３は、１つのプローブ付フィルムにおける垂直プローブ集合部詳細を示す。図２に示す同一形状のプローブを１４個（１０−１乃至１０−１４）並列させた例を示す。前述したように、垂直プローブ１１のプローブ動作によるＸ方向の移動量はほぼ０に選択可能であり、また、樹脂フィルム２０に接着したことにより、狭ピッチ（例えば８０μｍ）で並列させてもプローブの変形により相互に干渉することはない。
【００２７】  図３に示すように、１つのプローブ付フィルム１における導電部２１の右半分は右側に、右半分と左右対称に左半分が左側に配置されている。すなわち、プローブ１０−１〜１０−７に接続する導電部は２１−１〜２１−７として左側へ配置され、プローブ１０−８〜１０−１４に接続する導電部は２１−８〜２１−１４として右側へ配置されている。これは両側に配線される配線の数をほぼ同数にし、回路基板への配線を均等にする為である。
【００２８】  また、全てのプローブ先端部１２を位置決めガイド３１に設けたスリット３２に通過させることにより、精度良くＬＳＩ５０のパッド５１に接触させることとしている。さらに、プローブ組立を収納固定するハウジングの一部３３にスリット３４を設け、このスリット３４に位置決め部２６を嵌め込むことにより、プローブ付フィルム１の位置決め固定を可能にしている。
【００２９】  一方、１つのプローブ付フィルムにおける全プローブの接触力は、多ピンＬＳＩになるほど大きくなるため、プローブ及び導電部と電気的に独立した補強用のダミー部２７を設け、ハウジングの一部３５に保持することによりプローブの接触によるプローブ付フィルムの強度を維持している。
【００３０】  図４は、複数のプローブ付フィルムを積層したときのプローブ組立の右半分を示す。図４において、図１に示すプローブ付フィルムと概略等しいプローブ付フィルム１−１、１−２、１−３・・・・、１−Ｎが配置されている。各々のプローブ付フィルムの相違点はプローブ先端のＸ方向配置及び端子部２２のＸ方向配置にある。１つのプローブ付フィルムにおける端子部２２は、図示の如くプローブの配列ピッチよりも遥かに大きな間隔を設けている。これは、回路基板６０のパッド６１の標準的な間隔（例えば０．５ｍｍ）に適用させるためである。各プローブ付フィルムからの端子部２２の配置を回路基板のパッド間隔に合わせて配置することが可能である。
【００３１】  複数のプローブ付フィルムを積層したときのプローブ組立におけるプローブ先端位置関係及び格子状配列へ適用するための動作を、図５乃至図７により説明する。
【００３２】  図５は、図４におけるプローブ先端部ＡのＸ方向位置関係を示す図である。各プローブ付フィルムにおけるプローブ配列ピッチをｉｍａｘとし、プローブ付フィルム▲１▼〜▲４▼を順番に積層したときに、隣接のプローブ付フィルムとのプローブピッチをｒとしたものである。すなわち、プローブ付フィルム▲４▼のプローブ１０−１の先端Ｘ方向位置を基準とし、プローブ付フィルム▲３▼のプローブ１０−１の先端Ｘ方向位置がｒだけずれ、さらにプローブ付フィルム▲２▼のプローブ１０−１の先端Ｘ方向位置がｒだけずれ、さらにプローブ付フィルム▲１▼のプローブ１０−１の先端Ｘ方向位置がｒだけずれ、かつ、プローブ付フィルム▲１▼のプローブ１０−１の先端Ｘ方向位置とプローブ付フィルム▲４▼のプローブ１０−２の先端Ｘ方向位置とのずれがｒとしたものである。したがって、４つのプローブ付フィルムを１組とし、周期的にｒだけＸ方向にプローブ先端位置がずれるプローブ組立とした。
【００３３】  このときの格子状配列パッドとの位置関係を図６及び図７により説明する。図６及び図７はパッド配列とピン積層体の配列との相対関係位置を示す図である。先ず図面の記号を下記に示す。Ｐ：格子ピッチ（ウェハパッド５１配列ピッチ）ｉ：占有可能なピン幅ｉｍａｘ：１つのプローブ付フィルムのプローブ先端ピッチ
ｎ：ｉｍａｘの占有格子ピッチ数
ｔｆ：フィルム厚
ｔｃ：ピン厚
ｋＳ：プローブ付フィルム間のピッチ
ｒ：隣接するプローブ付フィルムのプローブ先端シフトのピッチ
【００３４】  図７にて点線で示された格子の格子点のｐ１−１，ｐ１−２…ｐ４−３、ｐ４−４はＬＳＩのパッドの位置を示す、図の上部の平行な横線はプローブが形成されたプローブ付フィルムを積層したもので、プローブ付フィルム間のピッチがｋｓである。図で格子状配列はｐ１−１からｐ４−４のマトリックスで１６個のパッドで１個のＬＳＩを例示している。ＬＳＩはウェハ全面に作られているので図面には省かれているがアレイは前後左右、ウエハ面に点在している。
【００３５】  図５における１０−１▲４▼は図７のｐ１−１に対応するものである。
以下に図５におけるプローブと図７における座標番号を表す。
図５フィルムＮｏ  図５      図７の座標
▲４▼      １０−１    ｐ１−１
▲３▼      １０−１    ｐ１−２
▲２▼      １０−１    ｐ１−３
▲１▼      １０−１    ｐ１−４
▲１▼      １０−２    ｐ２−１
【００３６】  プローブ付フィルムと格子状配列パッドを接触させる時に、図７の如く両者の相対関係位置を角度θだけ傾けて接触させるのが技術的ポイントでありこの方式の特徴である。この角度θはパッドの配列ピッチをＰとしｉの占有格子ピッチ数をｎとするとＴａｎθ＝Ｐ／ｎ×Ｐで決められる。その他の数値も以下の式で算出出来る。
ｉｍａｘ＝（（ｎ×Ｐ）２＋Ｐ２）０．５
ｒ＝Ｐ×ｃｏｓθ
【００３７】  図８は、図５乃至図７にて説明したようなパッド配列とプローブ積層体の配列との相対関係位置を決めた状態で作製されたプローブ組立体の外観構成を示す斜視図である。この図から明らかなように、各プローブの端子は格子状に配列されたパッドに対応するように配列される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】  本発明による格子状配列パッド用プローブの構造における利点を生かすことにより、ロジックＬＳＩ等の狭ピッチの格子状配列パッドや複雑な周辺配列パッド型ＬＳＩを複数隣接させた場合の、ウェハレベルでの一括検査に対応可能なプローブ組立体を提供する。
【符号の説明】
【００３９】  １  プローブ付フィルム
１０  プローブ
１１  垂直プローブ
１２  プローブ先端
１３  湾曲部
１４  第１のアーム部
１５  第２のアーム部
１６  固定端
２０  樹脂フィルム
２１  導電部
２２  端子部
２６  位置決め部
２７  ダミー部
３１  ガイド板
３２  切欠き部
３３  ハウジング
３４  切欠き部
３５  ハウジング
５０  ウェハ上ＬＳＩ
５１  パッド
６０  回路基板
６１  接続パッド
【図１】
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【図２】
2013015505.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013015505.tif 000009
【図８】
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