JP5152941B2

JP5152941B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP5152941B2
Application number: JP2011187376A
Authority: JP
Inventors: 英徳福島; 学山内; 晃史田代
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP2012018176A

Description

本発明は、半導体ウェハ状態におけるＬＳＩチップのパッドにプローブを機械的に接触させて電気的特性を検査するプローブカードに関するものである。

従来、半導体ウェハ上のチップデバイスの電気的特性を検査するには、プローブカードと呼ばれる装置が用いられている。そしてウェハ上のチップ数の増大に伴い、順次多数のチップを同時に検査することによって短時間で検査を完了するように図られてきている。複数のチップを同時に検査する場合、隣り合うチップを一群として検査する方法と、所定の関係をもって離れたチップを一群として検査する方法とが考えられてきた。前者の方法の場合、１×Ｎまたはｎ×ｍに並んだチップの一群を検査対象として、プローブカード側ではそれぞれのチップに対応した１×Ｎまたはｎ×ｍに並んだテスト領域を設定し、プローブカードと検査対象とを相対的に一定周期で反復移動させるものであって、効率よく検査を進めることができるという長所がある。この例として、２×２の４個取りのプローブカードが先行技術として開示されている（文献１）。しかし、隣り合うチップに対してそれぞれ下ろされる多数のプローブが２層構造になっており、プローブが交錯・接触しないようにするという課題があり、チップの高集積化に伴うプローブ数の増加に対応しきれない状態が生じる。

一方、後者の方法は、前者の方法に比し、プローブの配置を単純化できるという長所があるが、プローブカードと検査対象との相対的な移動が複雑になると共に、移動回数が多くなることから前者の方法に比較して効率が悪いと考えられてきた。しかし、ウェハ上のチップの高集積化に伴なって、検査能力を上げるために多くのチップの同時測定を可能にするプローブカードの先行技術が開示されている（文献２）。文献２の先行技術は、探針（プローブ）の局所的な密集を軽減しつつ、なるべく多くのチップ領域が同時測定できるような多数個取りのプローブカードであって、限られたチップ領域のうち斜め隣のチップ領域だけを同時に測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣接するチップ領域の検査を後回しにしている。すなわち、テスト領域である開口部を千鳥格子状に設けている。
特開２００４−１５６９７６号公報（〔００５４〜００５８〕、図１０，１１）特開２００１−２９１７５０号公報（〔００１１〕、〔００１３〕、図１）

前述のプローブカードでは、１つのチップ領域だけの空間を設けただけのため、各開口部に備えられたプローブは斜め隣の開口部のプローブと近くなることから、とくに半導体ウェハ上へのチップの高集積化に伴い、プローブの全長およびプローブの固定部分（針元）で物理的な干渉が生じる。また、特にプローブがカンチレバー型プローブの場合は、プローブ全体の形状と長さがオーバードライブでのスクラブ動作に影響する。また、電気的検査結果の信頼性を高めるためにプローブ全体の長さの均一化に配慮しなければならないという問題があった。また、複数のチップ領域を同時に対応するためには、プローブカード全体が大型化し、複数のチップ領域の各々に対応するプローブカードユニットをどのように支持するかという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、これらの問題を解決するために成したものであって、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップの電気的特性を検査するプローブカードにおいて、均一形状のカンチレバー型プロ−ブを採用し、かつ、複数のチップのテストを同時に行う各開口部を完全に分離し、該各開口部に具備されたプローブが相互に物理的に、電気的に干渉することなく、できるだけ全体をコンパクトにしたプローブカードを提供するものである。

前記の目的を達成するために、請求項１のプローブカードの発明は、半導体ウェハ上の複数のチップ領域に対向させて電気的測定を行うプローブカードであって、チップ領域に対応する開口部と、この開口部の周縁部から内部に伸び且つ前記周縁部からＸ軸方向、Ｙ軸方向の外部に延びる複数のカンチレバー型プローブとを有する第１のプローブカードユニット、この第１のプローブカードユニットの開口部からＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれにＮ個（Ｎは正の整数）のチップ領域に相当する寸法分を離して設けられた位置に開口部を位置するように設けられた第２のプローブカードユニット、前記第１のプローブカードユニットと前記第２のプローブカードユニットとを、両ユニットの間で斜め対角方向に延びる部材によって支持する支持部材を備えたことを特徴とする。

この構成を採用することにより、カンチレバー型プロ−ブの針形状と針全長を略同一にしているから、測定時のオーバードライブのスクラブ動作を均一に、かつ安定させることができるので、各開口部のみならず複数の開口部でのチップ領域に対する電気的測定結果の高信頼性に繋がる。さらに、プローブカードユニットを定位置に固定・支持する支持部材を設けているので、複数の開口部でのチップ領域に対する電気的測定結果の高信頼性に繋がる(請求項１)。また、複数の開口部の内、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれ隣り合う開口部に関して、開口部の周縁部にある複数のカンチレバー型プロ−ブの針及び針元同士が重複又は接触したりするような物理的な干渉が無くなる。また、針及び針元同士の接近を極力回避できるため、電気的な信号、特に高周波信号の干渉妨害を回避することができる。

請求項２のプローブカードの発明は、半導体ウェハ上の複数のチップ領域に対向させて電気的測定を行うプローブカードであって、チップ領域に対応する開口部と、この開口部の周縁部から内部に伸び且つ前記周縁部からＸ軸方向、Ｙ軸方向の外部に延びる複数のカンチレバー型プローブとを有する第１のプローブカードユニット、この第１のプローブカードユニットの開口部から斜め対角方向にＭ個（Ｍは正の整数で）のチップ領域に相当する寸法分を離して設けられた位置に開口部を位置するように設けられた第２のプローブカードユニット、前記第１のプローブカードユニットと前記第２のプローブカードユニットとを、両ユニットの間で斜め対角方向に延びる部材によって支持する支持部材を備えたことを特徴とする。

この構成を採用することにより、カンチレバー型プロ−ブの針形状と針全長を略同一にしているから、測定時のオーバードライブのスクラブ動作を均一に、かつ安定させることができるので、各開口部のみならず複数の開口部でのチップ領域に対する電気的測定結果の高信頼性に繋がる。さらに、プローブカードユニットを定位置に固定・支持する支持部材を設けているので、複数の開口部でのチップ領域に対する電気的測定結果の高信頼性に繋がる(請求項２)。また、複数の開口部の内、対角線上のそれぞれ隣り合う開口部に関して、開口部の周縁部にある複数のカンチレバー型プロ−ブの針及び針元同士が重複又は接触したりするような物理的な干渉が無くなる。また、針及び針元同士の接近を極力回避できるため、電気的な信号、特に高周波信号の干渉妨害を回避することができる。

本発明による請求項１から２までの構成のプローブカードによれば、ウェハ上の多数のチップを同時に測定すること（以下同測という）が可能で、また、Ｘ軸若しくはＹ軸、又は斜めの対角軸方向に対して、チップ領域を測定するカンチレバー型プロ−ブが周縁部に配置された複数の開口部をＮ個数又はＭ個数のチップ領域を飛ばして配設できるので、カンチレバー型プロ−ブ同士の物理的干渉が少なく、また、電気的信号の授受においても干渉が無い。また、針長を最短にし、かつ、略同寸のカンチレバー型プロ−ブを採用できるので、ウェハの電気的特性の測定において、オーバードライブのスクラブ作用が安定するので、検査精度の信頼性を高めることができる。また、多数のチップ領域の同測検査が可能であるので、ウェハのチップの高集積化に対応したウェハの検査処理能力を向上することができる。また、略同寸のカンチレバー型プロ−ブが採用できるので、プローブカードの製造においても、製作が容易であり、製品品質が維持しやすく、かつ、信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるプローブカードであって、Ｘ軸及びＹ軸方向に９チップ飛ばして、チップ４個を同測可能にしたプローブカードの模式的平面図である。図２は、本発明の実施の形態であるプローブカードであって、斜め対角方向に３チップ飛ばして、チップ４個を同測可能にしたプローブカードの模式的平面図である。図３は、本発明の実施の形態であるプローブカードにおいて、Ｘ軸方向の隣り合うカンチレバー型プロ−ブとチップ領域との模式的配置の説明図であって、ａは平面図、ｂはａのＡ−Ａ矢視の側面図である。図４は、本発明の実施の形態であるプローブカードにおいて、ａはＸ軸、Ｙ軸方向にある４個のプローブカードユニットの支持部材の模式的平面図、ｂはａの側面図である。また、ｃは斜め対角方向にある２個のプローブカードユニットの支持部材の模式的平面図、ｄはｃの側面図である。

図１を用いて、本発明の実施の形態である４個のチップ１０を同測（同時測定）可能にしたプローブカード１について説明すると、プローブカード１はＸ軸、Ｙ軸方向にＮ個チップ分（本図では９チップ（１０_Ｘ、１０_Ｙ）分）飛ばした４個のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４が四角形の頂点に位置するように基板９上に配設した構成をとる。各プローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４は被測定チップ１０の電極（図示しない）に接触して電気的測定を行う複数のカンチレバー型プロ−ブ２を開口部３の周縁部から被測定チップ１０の電極に求心的に配設し、該カンチレバー型プロ−ブ２は針元部５で固定されると共に、中間支持部４で支持される構造を有する。

図３を用いて、隣り合うＸ軸方向のプローブカードユニット１−１，１−２の部分的な平面配置とＡ−Ａ矢視の側面図を説明すると、カンチレバー型プロ−ブ２は先端部のみが約９７度以上の角度に曲げられ、他は直線状であって、基板９から約７度の傾斜角αをもって針元部５を固定点として中間支持部４で支持される。そして、平面的に見た場合、複数のカンチレバー型プロ−ブ２は先端部から中間支持部４までは平行に並んで配置され、中間支持部４から針元部５までは屈曲して、それぞれの針元の間隔を拡大するようにし、プローブと基板ターミナルとの配線をし易くしている。

また、カンチレバー型プロ−ブ２の全長Ｌ（先端から針元までのＸ軸方向の長さ）は傾斜角αと被測定チップ１０までの深さｄによって決まり、Ｌ＝ｄ／ｔａｎαとなる。したがって、複数の測定するチップ領域１０，１０_ＸをＸ軸方向に配列する場合、２つの被測定チップ１０の間にチップ領域１０_ＸがＮ個（正の整数）在るとすると、カンチレバー型プロ−ブ２群中の最大長さをＬとし、チップ領域１０_ＸのＸ軸方向の長さをＣとすれば、Ｎ≧２Ｌ／Ｃで表される。また、Ｙ軸方向についても、Ｘ軸方向と同様に、Ｎ≧２Ｌ／Ｃで表される。

具体的に数値を入れて計算すると、例えばＣ＝６．３ｍｍ、ｄ＝８．０ｍｍ、α＝７°とすると、Ｌ＝８／ｔａｎ７＝６５ｍｍとなる。このカンチレバー型プロ−ブ２の長さの最大値が６５ｍｍとなる場合には、Ｎ≧２Ｌ／Ｃ＝２×６５／６．３＝２０．６となり、被測定チップ１０からＸ軸方向に２１のチップ領域１０_Ｘを飛ばして、即ち跨いで、次の被測定チップ１０が配置されることになる。この飛ばしチップ領域１０_Ｘ数を減少するために、カンチレバー型プロ−ブ２の全長を縮小化することが求められ、カンチレバー型プロ−ブ２の中間支持部４から針元部５までを基板９側に屈曲させることでカンチレバー型プロ−ブ２の全長の短縮が行われ、Ｌ＝２６ｍｍのものが採用されている。この場合には、Ｎ≧２Ｌ／Ｃ＝２×２６／６．３＝８．２５となり、Ｎは９となって、被測定チップ１０間のチップ領域の数は９となる。よって、被測定チップ領域１０からＸ軸方向に９個のチップ領域１０_Ｘを飛ばして、次の被測定チップ領域１０を配設することになる。また、Ｙ軸方向についても同様で、被測定チップ領域１０からＹ軸方向に９個のチップ領域１０_Ｙを飛ばして、次の被測定チップ領域１０を配設することになる。したがって、図１のプローブカード１は、Ｘ軸、Ｙ軸方向に９チップ（１０_Ｘ、１０_Ｙ）分飛ばした４個のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４が四角形の頂点に位置するように基板９上に配設した状態を表している。

また、図２は被測定チップ領域１０を斜めの対角方向に配列したプローブカード１であって、プローブカード１は斜め対角方向にＭ個チップ分（本図では３チップ１０_ＸＹ分）飛ばした４個のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４が対角線上に位置するように基板９上に配設した構成をとる。各プローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４は被測定チップ１０の電極（図示しない）に接触して電気的測定を行う複数のカンチレバー型プロ−ブ２を開口部３の周縁部から被測定チップ１０の電極に求心的に配設し、該カンチレバー型プロ−ブ２は針元部５で固定されると共に、中間支持部４で支持される構造を有する。

前述の斜めに隣り合うプローブカードユニット１−１，１−２は対角方向に接する配置となる。各プローブカードユニットの平面的に見たカンチレバー型プロ−ブ２の全長Ｌによって関係する領域は、概略的に被測定チップ１０の周縁部から略半径Ｌの領域として表すことができる。したがって、複数のチップ領域１０_ＸＹを被測定チップ１０間において斜め対角方向に配列する場合、模式的には対角線長さが略２Ｌの四角形の対角線上に、一辺Ｃのチップ領域１０_ＸＹが幾つ配置できるかということになる。よって、図２に示すように、四角形が正方形として、対角線が２Ｌであれば一辺の長さは√２Ｌとなる。複数の測定するチップ領域１０，１０_ＸＹを対角方向に配列する場合、２つの被測定チップ１０の間にチップ領域１０_ＸＹがＭ個（正の整数）在るとすると、カンチレバー型プロ−ブ２群中の最大長さをＬとし、チップ領域１０_ＸＹのＸ軸方向の長さをＣとすれば、Ｍ≧√２Ｌ／Ｃで表される。

具体的に数値を入れて計算すると、カンチレバー型プロ−ブ２の長さの最大値が６５ｍｍとなる場合には、Ｍ≧√２Ｌ／Ｃ＝１．４×６５／６．３＝１４．４となり、被測定チップ１０から対角方向に１５のチップ領域１０_ＸＹを飛ばして、即ち跨いで、次の被測定チップ１０が配置されることになる。また。実際に採用されているカンチレバー型プロ−ブ２の全長Ｌ＝２６ｍｍのものを当てはめると、Ｍ≧√２Ｌ／Ｃ＝１．４×２６／６．３＝５．７となり、Ｍは６となって、被測定チップ１０間のチップ領域の数は６となる。よって、被測定チップ領域１０から対角方向に６個のチップ領域１０_ＸＹを飛ばして、次の被測定チップ領域１０を配設することになる。図２の場合には、カンチレバー型プロ−ブ２の針元部５の配設を、それぞれ隣り合うプローブカードユニットに対してカンチレバー型プロ−ブ２の針元部５が物理的に干渉しないよう改善することで、Ｍが３の飛ばしチップ領域１０_ＸＹを達成している。

また、図４は、本発明のプローブカード１のおいて、各プローブカードユニットを一体的に定位置に固定・支持する支持部材１１であって、図４ａはＸ軸、Ｙ軸方向にある４個のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４の支持部材１１の模式的平面図であり、図４ｃは斜め対角方向にある２個のプローブカードユニット１−１，１−２の支持部材１１の模式的平面図である。前記支持部材１１は、複数枚の金属製の薄板１２を積層したもので、この積層板は四方に延びた形状又は斜め対角方向に延びた形状を呈する。また、支持部材１１の四方に延びた又は斜め対角方向に延びた各先端部１３は、プローブカードユニットを支持するよう構成され、プローブカードユニットの開口部３に対応する開口部１５を有し、さらに、支持されるプローブカードユニットの変形を防止するために補強板１４が設けられる。

本発明の実施形態のプローブカード１の使用を概略説明すると、図１のプローブカード１においては、半導体ウェハ上にある複数のチップ領域のうち、４箇のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４に対向する被測定チップ１０に対して、各プローブカードユニットの開口部３から延在する複数のカンチレバー型プロ−ブ２の先端部が対向するチップ領域の電極部にスクラブ動作を伴って接触して電気的特性の検査を行う。検査終了後、プローブカード１とウェハは相対的にＸ軸又はＹ軸方向にチップ一個分移動し、再び４個のチップ領域の電気的測定を行う。こうしてＮ個の飛ばしチップ領域分（図１では９チップ領域分）を順次移動して測定した後、前記Ｎ個の飛ばしチップ領域分を一度にＸ軸又はＹ軸方向に移動することにより、再度測定を繰り返して、最終的にウェハ上の全部のチップを走査して電気的特性の検査を終了することになる。

図２のプローブカード１の場合には、前述の図１のプローブカード１の場合と違った所だけを説明すると、半導体ウェハ上にある複数のチップ領域のうち、４箇のプローブカードユニット１−１，１−２，１−３，１−４に対向する被測定チップ１０に対して電気的特性の検査を行った後、プローブカード１とウェハは相対的に対角方向にチップ一個分移動し、再び４個のチップ領域の電気的測定を行う。こうしてＮ個の飛ばしチップ領域分（図２では３チップ領域分）を順次移動して測定した後、前記Ｎ個の飛ばしチップ領域分を一度に対角軸方向又は対角軸に直交する方向に移動することにより、再度測定を繰り返して、最終的にウェハ上の全部のチップを走査して電気的特性の検査を終了することになる。

半導体ウェハにおいて、高集積化のＩＣチップの電気的特性を検査するプローブカードに利用することができる。

本発明の実施の形態であるプローブカードであって、Ｘ軸、Ｙ軸方向に９チップ飛ばして、チップ４個を同測可能にしたプローブカードの模式的平面図である。本発明の実施の形態であるプローブカードであって、斜め対角方向に３チップ飛ばして、チップ４個を同測可能にしたプローブカードの模式的平面図である。本発明の実施の形態であるプローブカードにおいて、Ｘ軸方向の隣り合うカンチレバー型プロ−ブとチップ領域との模式的配置の説明図であって、ａは平面図、ｂはａのＡ−Ａ矢視の側面図である。本発明の実施の形態であるプローブカードにおいて、ａはＸ軸、Ｙ軸方向にある４個のプローブカードユニットの支持部材の模式的平面図、ｂはａの側面図である。また、ｃは斜め対角方向にある２個のプローブカードユニットの支持部材の模式的平面図、ｄはｃの側面図である。

１：プローブカード１−１，２，３，４：プローブカードユニット
２：カンチレバー型プロ−ブ３：開口部４：中間支持部
５：プローブ針元部９：基板
１０：被測定チップ１０_Ｘ：Ｘ方向チップ領域１０_Ｙ：Ｙ方向チップ領域
１０_Ｘ，Ｙ：対角方向チップ領域１１：支持部材１２：薄板
１３：先端部１４：補強板１５：開口部
Ｌ：プロ−ブ全長Ｃ：チップ領域長さ α：傾斜角ｄ：深さ

Claims

半導体ウェハ上の複数のチップ領域に対向させて電気的測定を行うプローブカードであって、チップ領域に対応する開口部と、この開口部の周縁部から内部に伸び且つ前記周縁部からＸ軸方向、Ｙ軸方向の外部に延びる複数のカンチレバー型プローブとを有する第１のプローブカードユニット、この第１のプローブカードユニットの開口部からＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれにＮ個（Ｎは正の整数）のチップ領域に相当する寸法分を離して設けられた位置に開口部を位置するように設けられた第２のプローブカードユニット、前記第１のプローブカードユニットと前記第２のプローブカードユニットとを、両ユニットの間で斜め対角方向に延びる部材によって支持する支持部材を備えたことを特徴とするプローブカード。
半導体ウェハ上の複数のチップ領域に対向させて電気的測定を行うプローブカードであって、チップ領域に対応する開口部と、この開口部の周縁部から内部に伸び且つ前記周縁部からＸ軸方向、Ｙ軸方向の外部に延びる複数のカンチレバー型プローブとを有する第１のプローブカードユニット、この第１のプローブカードユニットの開口部から斜め対角方向にＭ個（Ｍは正の整数で）のチップ領域に相当する寸法分を離して設けられた位置に開口部を位置するように設けられた第２のプローブカードユニット、前記第１のプローブカードユニットと前記第２のプローブカードユニットとを、両ユニットの間で斜め対角方向に延びる部材によって支持する支持部材を備えたことを特徴とするプローブカード。