(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の特徴を備えるプローブカード。
（イ）プリント基板に配線パターンが形成されていて、この配線パターンにプローブ針の基端が接続されている。
（ロ）前記プリント基板の中央に、厚さ方向に貫通している開口部が形成されている。
（ハ）前記プリント基板の、プローブ針の針先が突き出ている側（以下、内側という。）とは反対側の表面において、前記開口部を少なくとも部分的に覆うように補強板が固定されている。
（ニ）前記補強板の内側の表面に針押さえが固定されていて、この針押さえの内側の端面が、前記開口部から、前記プリント基板の内側の表面よりも内側方向に突き出している。
（ホ）前記針押さえの内側の端面にはプローブ針の針先に近い部分が固定されている。
（ヘ）前記補強板の線膨張率は、前記針押さえの線膨張率の１．２〜１．４倍である。
（ト）前記針押さえの外形は細長く、その長手方向の寸法は９０〜３００ｍｍの範囲内にある。
（チ）前記針押さえの材質はアルミナセラミックであり、前記補強板の材質は、フェライト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼と析出硬化系ステンレス鋼とからなる群から選ばれたいずれか一つのステンレス鋼である。
【請求項２】
請求項１記載のプローブカードにおいて、前記針押さえの厚さは５〜１５ｍｍであり、前記補強板の厚さは５〜１５ｍｍであることを特徴とするプローブカード。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプローブカードにおいて、前記補強板と前記針押さえの間に金属製のスペーサが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４】
請求項３記載のプローブカードにおいて、前記スペーサの線膨張率は、前記補強板の線膨張率と同等かそれ以上であり、前記スペーサの厚さは、前記針押さえの厚さおよび前記補強板の厚さのいずれよりも小さいことを特徴とするプローブカード。
【請求項５】
請求項４記載のプローブカードにおいて、前記スペーサの材質は前記補強板の材質と同じかまたはアルミニウムであることを特徴とするプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検査体を高温で検査するプローブカードに関し、特に、針押さえや、これを支持する補強板の材質等を工夫したプローブカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（Ａ）は従来のプローブカードでウェーハを検査するときの正面断面図である。ウェーハの加速試験では、チャックトップ１０からウェーハ１２に熱を加えた状態で、プローブカード１４による検査を実施している。このとき、高温のウェーハ１２やチャックトップ１０からプローブカード１４に、熱伝導および輻射によって熱が伝わる。すると、図５（Ｂ）に示すように、プローブカード１４のプリント基板１６では、そのウェーハ１２側（以下、内側という。）の表面の温度が、それと反対側（以下、外側という。）の表面の温度よりも高くなり、厚さ方向で温度差が生じる。この温度差があるために、プリント基板１６の内側と外側とで熱膨張による伸びが異なり、プリント基板１６が内側に凸になるように反ってしまう。
【０００３】
プリント基板１６には針押さえ１８が固定され、この針押さえ１８にはプローブ針２０の針先に近い部分が固定されているので、プリント基板１６が反ると、プローブ針２０の針先の高さ位置が変化し、プローブ針２０の間で針先高さのばらつきが大きくなる。
【０００４】
そこで、高温対策用として、プローブカードの熱変形を防止するための各種の技術が開発されてきた。図６（Ａ）は、高温対策を施した従来のプローブカードの正面断面図である。このプローブカードでは、プリント基板１６の外側の表面に補強板２２を固定し、この補強板２２の内側の表面に針押さえ１８を固定している。この補強板２２によってプリント基板１６の熱変形を抑制しようとするものである。そして、この補強板２２の材質として熱膨張率の小さいセラミックを用いることが知られている（特開平７−９８３３０号）。こうすると、まず、補強板２２がセラミック製なので、補強板２２自体の熱変形が小さい。そして、この補強板２２の存在により、プリント基板１６の熱変形が抑制される。針押さえ１８は補強板２２に固定されているので、プリント基板１６の熱変形が針押さえ１８に直接影響を与えることがない。高温測定では、図６（Ｂ）に示すように、プリント基板１６が内側に凸になるように熱変形するが、もし補強板２２があまり熱変形をしなければ、補強板２２は全体的に内側に移動するだけである。そうすると、プローブ針２０の針先高さは、全体として下がるだけであり、プローブ針同士の針先高さのばらつきはそれほど顕著にならない。
【０００５】
ところで、近年、検査の効率化のために、プローブカードを用いて、ウェーハ上の複数のチップを同時に検査するようになってきている。そして、同時に検査するチップの個数も増加する傾向にある。図７（Ａ）は、４個のチップを同時に検査するようにしたプローブカードの針押さえ１８と補強版２２の平面図である。針押さえ１８の開口部２４には、２列に並んだプローブ針２０が見えており、４個のチップを同時に検査できるだけの数のプローブ針２０が配列されている。必然的に、針押さえ１８は細長くなり、同時測定可能なチップ数を多くすればするほど、針押さえ１８の長手寸法が大きくなっていく。
【０００６】
このように、針押さえ１８が長くなってくると、上述の図６の従来例の構造において、針押さえ１８自体の熱変形も問題になってくる。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、針押さえ１８（及びその上の補強板２２）も、その上下の温度差のために、特に長手方向において、内側に凸になるように熱変形する。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線断面図における熱変形の状態を示している。針押さえ１８と補強板２２をセラミック製にすれば、これらはプリント基板１６よりは熱変形しにくいが、それでも針押さえ１８が長くなってくると、長手方向における針押さえ１８の熱変形は無視できなくなる。
【０００７】
そこで、針押さえ１８の熱変形を相殺できるように、補強板の熱膨張率を大きくすることが考えられてきた。まず、図８（Ａ）に示すように、針押さえ１８（熱膨張率が小さい）と補強板２２（熱膨張率が大きい）を互いに固定した積層構造を仮定する。この積層構造の温度を一様に上昇させると、バイメタル効果により、図８（Ｂ）に示すように、外側に凸となるように変形する。一方で、この積層構造（特に針押さえ１８）において、高温測定時のプローブカードの温度勾配と同じように、下側が高温で上側が低温であると仮定すると、この積層構造は、図８（Ｃ）に示すように、内側に凸となるように変形する。実際には、これらの両方の影響があり、これらを相殺できれば、針押さえ１８の熱変形は抑制できるはずである。
【０００８】
このような観点から、補強板２２の材質として、熱膨張率の大きなアルミニウムを採用することが行われてきた。このような対策によって、高温測定時の針先高さのばらつきは比較的小さな範囲に収まっていた。例えば、特開平７−３２１１６８号公報に記載のプローブカードは、補強板としてアルミニウムなどの熱伝導性の良好な材質を使用している。したがって、この従来例は、熱膨張率の大きな補強板を採用している一例である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、針押さえ１８をさらに長くして、例えば８個のチップを同時に検査できるようにすると、上述のようにアルミニウム製の補強板２２を使うと、針先高さのばらつきが目立ってくることが判明した。すなわち、高温測定をすると、図９に示すように、アルミニウム製の補強板２２とセラミック製の針押さえ１８との組み合わせによるバイメタル効果が強く表れて、針押さえ１８が外側に凸になるように熱変形する。この針押さえ１８にはプローブ針２０の針先の近傍が固定されているので、針先高さのばらつき（Ｈ）が大きくなる。このように、針押さえ１８が長くなるにつれて、この針先高さのばらつきが目立ってきた。
【００１０】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、針押さえを長くして多くのチップを同時に検査できるようにしたプローブカードにおいて、針押さえの熱変形を抑制して、高温測定時の針先高さのばらつきを少なくすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のプローブカードは、プリント基板の外側に補強板を固定して、この補強板の内側に針押さえを固定したタイプのプローブカードにおいて、補強板の線膨張率を針押さえの線膨張率の１．２〜１．４倍にしたことを特徴としている。この場合の針押さえは細長くなっていて、その長手方向の寸法は９０〜３００ｍｍの範囲内である。すなわち、補強板と針押さえの線膨張率の関係を上述のように規定することで、長い針押さえにした場合における針押さえの熱変形を効果的に抑制できることを見出した。
【００１２】
針押さえの材質としてアルミナセラミックを用いた場合は、補強板の材質として、フェライト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼と析出硬化系ステンレス鋼とからなる群から選ばれたいずれか一つのステンレス鋼を選択する。こうすると、ちょうど、上述のような線膨張率の関係になる。ここで、各種の材質の線膨張率を次の表１に示す。
【００１３】
【表１】
材質                          線膨張率(ppm/℃)    倍率
アルミナセラミック                   8.0            ‐‐‐
ＳＵＳ４１０（マルテンサイト系）    10.4            1.30
ＳＵＳ４３０（フェライト系）        10.4            1.30
ＳＵＳ６３０（析出硬化系）          10.8            1.35
ＳＵＳ３０４（オーステナイト系）    17.3            2.16
アルミニウム                        21.6            2.70
ポリイミド                          15.0            1.83
【００１４】
この表１の中で、材質の名称に「ＳＵＳ」が付くものはステンレス鋼である。「倍率」とは、アルミナセラミックの線膨張率に対する他の材質の線膨張率の倍率である。線膨張率の単位の中の「ｐｐｍ」は「１０のマイナス６乗」を意味する。針押さえの材質としてアルミナセラミックを採用する場合を考えると、アルミナセラミックの線膨張率は８．０ｐｐｍ／℃であるから、補強板の線膨張率は、その１．２〜１．４倍の、９．６〜１１．２ｐｐｍ／℃にするのがよい。この条件に合致するのは、上述の表１から、ＳＵＳ４１０（マルテンサイト系）、ＳＵＳ４３０（フェライト系）、ＳＵＳ６３０（析出硬化系）の各ステンレス鋼である。なお、マルテンサイト系、フェライト系、析出硬化系の各ステンレス鋼は、表１に示した代表例以外にも、多くの種類がＪＩＳ（日本工業規格）に規定されており、その線膨張率は、上述の代表例とそれほど変わらない。したがって、これらの系統のステンレス鋼であれば、アルミナセラミック製の針押さえに対して、本発明における補強板の材質として使用できる。
【００１５】
上述のようなステンレス鋼は、アルミナセラミックとの関係で本発明に最適な線膨張率を備えているが、それ以外にも、強度が十分にあること、錆びにくいこと、などの点でも、プローブカードの補強板の材質として適している。
【００１６】
ステンレス鋼の種類としては、このほかに、オーステナイト系ステンレス鋼（その代表例はＳＵＳ３０４）がよく知られているが、その線膨張率は、表１に示すように、上述のマルテンサイト系などのほかの系統のステンレス鋼と比較して、かなり大きい。したがって、アルミナセラミック製の針押さえと組み合わせる限りにおいては、オーステナイト系ステンレス鋼は、本発明の補強板の材質としては使えない。
【００１７】
表１では、従来の補強板の材質としてのアルミニウムと、プリント基板の主たる材質としてのポリイミド樹脂についても、その線膨張率を示してある。
【００１８】
本発明では、補強板と針押さえの間に金属製のスペーサを挿入してもよい。このスペーサの役割の一つは、針押さえの高さ調整である。針押さえをセラミックで形成した場合に、その厚さを精度良く形成するのは難しいので、機械加工の容易な金属製スペーサで厚さ調整できる。このような観点からは、スペーサの線膨張率は補強板と同程度にするのが好ましい。
【００１９】
スペーサの別の役割は、補強板と針押さえの熱変形の抑制である。スペーサの線膨張率を、補強板と針押さえのいずれの線膨張率よりも大きくすると、スペーサと針押さえの積層構造を考えると、バイメタル効果により、高温時に、外側に凸となるように熱変形する。一方、スペーサと補強板の積層構造を考えると、バイメタル効果により、内側に凸となるように熱変形する。これらの効果が互いに相殺されて、全体として、熱変形を抑制する働きをする。このような観点からは、針押さえの材質をアルミナセラミックとし、補強板の材質をフェライト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼と析出硬化系ステンレス鋼とからなる群から選ばれたいずれか一つのステンレス鋼とした場合に、スペーサの材質をアルミニウムとすることができる。
【００２０】
針押さえと補強板の厚さは、実用的には５〜１５ｍｍの範囲内である。このような実用的な厚さに対して、本発明における針押さえと補強板の線膨張率の倍率が有効である。補強板の厚さは針押さえの厚さと同等かそれ以上にするのが好ましい。また、スペーサを採用する場合は、スペーサの厚さは針押さえ及び補強板のいずれよりも薄くする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施形態のプローブカードの平面図である。図２はその底面図である。図３（Ａ）は図１の３Ａ−３Ａ線断面図であり、図３（Ｂ）は図１の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【００２２】
図１と図３（Ａ）に示すように、プリント基板３０の外側（被測定ウェーハが位置する側とは反対の側。図面では上側）の表面には、細長い矩形の補強板３２が４個所のネジ３４で固定されている。そして、プリント基板３０と補強板３２の接触面は接着剤で固定されている。補強板３２の内側（被測定ウェーハが位置する側。図面では下側）の表面には、細長い矩形の針押さえ３６が６個所のネジ３８で固定され、さらに補強板３２と針押さえ３６の接触面が接着剤で固定されている。図３（Ｂ）に示すように、補強板３２と針押さえ３６の中央にはそれぞれほぼ同じ大きさの開口部４４、４５が形成されている。図２と図３（Ａ）に示すように、プリント基板３０の中央には矩形の開口部４０が形成されていて、この開口部４０の内部に、開口部４０の壁面に触れることなく、針押さえ３６が配置されている。針押さえ３６の内側の表面（下面）は、プリント基板３０の内側の表面（下面）から下方に突き出ている。
【００２３】
補強板３２の平面形状は図１に示されている。針押さえ３６の平面形状は図２に示されている。図１に示すように、プローブカードを上方から見ると、補強板３２の開口部４４と針押さえ３６の開口部４５（図２を参照）から、プローブ針４２の針先位置が見える。
【００２４】
図３（Ｂ）に示すように、針押さえ３６の内側の表面（下面）には、プローブ針４２の針先に近い部分が接着剤で固定されている。プローブ針４２の基端はプリント基板３０の導体パターンに接着されている。
【００２５】
図３（Ａ）において、針押さえ３６の材質はアルミナセラミックであり、その線膨張率は８．０ｐｐｍ／℃である。補強板３２の材質はＳＵＳ４１０（マルテンサイト系ステンレス鋼）であり、その線膨張率は１０．４ｐｐｍ／℃である。したがって、針押さえ３６の線膨張率に対して補強板３２の線膨張率は１．３倍になっている。なお、プリント基板３０の主たる材質はポリイミドである。
【００２６】
このプローブカードの寸法例を述べると、図１において、円形のプリント基板３０の直径は２５０ｍｍである。補強板３２の外形は１６８×４４ｍｍであり、中央の開口部４４の寸法は１４０×１５ｍｍである。図２において、針押さえ３６の外形は１５４×３０ｍｍであり、中央の開口部４５の寸法は１４０×１５ｍｍである（補強板３２の開口部４４の寸法と同じである）。補強板３２の厚さは１０ｍｍであり、針押さえ３６の厚さも１０ｍｍである。
【００２７】
この実施形態では、針押さえ３６が１５４ｍｍと長いので、補強板３２の材質をＳＵＳ４１０とすることで、補強板３２をアルミニウムにした従来例と比較して、針押さえ３６自体の熱変形が抑制され、針先高さのばらつきが小さくなった。従来のアルミニウム製の補強板を用いたときには、室温時と比較して、高温測定時は、針先高さのばらつきの増加量が約４０μｍであった。これに対して、ＳＵＳ４１０製の補強板を用いたときは、室温時と比較して、高温測定時は、針先高さのばらつきの増加量は約１０μｍとかなり小さくなった。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施形態における、図３（Ａ）と同様の断面図である。この実施形態では、ＳＵＳ４１０製の補強板３２と、アルミナセラミック製の針押さえ３６の間に、アルミニウム製のスペーサ４６を挟んで接着剤で固定してある。スペーサ４６の厚さは３ｍｍであり、針押さえ３６の厚さは７ｍｍである。スペーサ４６の存在と、針押さえ３６の厚さ以外の点は、図１〜図３に示した第１の実施形態と同じである。この実施形態の場合、室温時と比較して、高温測定時は、針先高さのばらつきの増加量が約１５μｍであった。
【００２９】
【発明の効果】
この発明のプローブカードは、補強板の線膨張率を針押さえの線膨張率の１．２〜１．４倍にしたことにより、針押さえを９０〜３００ｍｍと長くした場合における針押さえの熱変形を効果的に抑制できて、高温測定時における針先高さのばらつきを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態のプローブカードの平面図である。
【図２】図１のプローブカードの底面図である。
【図３】図１の３Ａ−３Ａ線断面図と３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態のプローブカードの正面断面図である。
【図５】従来のプローブカードの正面断面図である。
【図６】高温対策を施した従来のプローブカードの正面断面図である。
【図７】針押さえと補強板の平面図と、その熱変形を示す正面断面図である。
【図８】針押さえと補強板からなる積層構造の熱変形を説明する正面断面図である。
【図９】針押さえが熱変形した状態のプローブカードの正面断面図である。
【符号の説明】
３０  プリント基板
３２  補強板
３４  ネジ
３６  針押さえ
３８  ネジ
４２  プローブ針
４６  スペーサ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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