JP5643476B2

JP5643476B2 - 二重弾性機構プローブカード

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Publication number: JP5643476B2
Application number: JP2008106832A
Authority: JP
Inventors: 新一郎古崎; 永田　一志; 一志永田; 隆一郎森; 輝久坂田; 友弘石田; 一道町田
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP2009257910A

Description

本発明は、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップデバイスの電気的特性検査に使用されるプローブカードの構造に関し、すなわち、チップデバイスの電極配置の高密度化、微細化に対応した微小寸法のプローブを採用した場合に、オーバードライブを課しても損傷又は破壊しない機構を持つプローブカードとその製造方法に関するものである。

通常、半導体ウエハ上のチップデバイスについて電気的機能試験を行う試験装置は、半導体ウエハのチップデバイスの電極とプローブカードのプローブとの接触位置を調節して、次いで、オーバードライブを掛けてプローブをチップデバイスの電極に圧接して導通をとるためにウエハ載置台を上下左右に移動させるプローバと、チップデバイスに電気的測定信号をプローブ、プローブ基板、回路基板を経由して入出力して電気的機能試験を行うテスタと、から構成される。

チップデバイスの電気的特性の検査に使用されるプローブカード２１は、図７に示すように、複数のテスタ接続端子２４ａが接続された回路基板２４と、複数のプローブ２２が装着されたプローブ基板２３と、テスタ接続端子２４ａに対応する回路基板２４の接続端子２５ａと各プローブ２２に対応するプローブ基板２３の接続端子２３ａとを電気的に接続するための中継接続ピン２５群と、回路基板２４の機械的強度を補強する補強板２６と、回路基板２４及び補強板２６とプローブ基板２３を所定位置に保持する支持体２７と支持ボルト２８と、から構成される。この回路基板２４及びプローブ基板２３は内部に印刷回路を施し、一定の剛性を有する円形又は方形の平板である。回路基板２４に固着された中継接続ピン２５は弾性を有し、支持体２７、支持ボルト２８の調節により生ずるプローブ基板２３の押圧力により回路基板２４の中継接続ピン２５の先端部と、対応するプローブ基板２３の接続端子２３ａとが接触して電気的接続が得られる。さらに、プローブ２２にオーバードライブ数十ミクロンを掛けるためにウエハ３０を載せたウエハ載置台３１が移動し、これによりプローブ２２とウエハ３０の電極間の電気的接続が確保される。

近年、半導体ウエハの大型化と、チップデバイスの高密度・高機能化に伴い、チップデバイスの電極配置間隔（電極ピッチ）はますます小さくなって来ている。例えば、近い将来には、記憶素子では５０ミクロン間隔、論理素子では２５ミクロン間隔、論理素子の中の液晶表示器を駆動する半導体素子では１０ミクロン間隔が実現されようとしている。これらのチップデバイスの試験は、微小寸法のプローブが要求され、このプローブがチップデバイスの電極に対してオーバドライブを掛けて、その押圧力で電極の酸化皮膜を破壊し、確実な電気接続が行われて試験測定が遂行される。この際のオーバドライブによる押圧力は、プローブ内部に応力を発生させるので、プローブはこの応力に耐える必要がある。この場合に、従来と同程度のオーバドライブを与えても、高密度化に対応してプローブ寸法が小さくなるから内部に発生する応力は著しく大きくなる。この応力はプローブ材の許容最大応力に極めて近い状態になるか、又はそれを越えてしまうことになり、その結果プローブが破壊又は損傷を受けるに至る。このようにプローブが損傷を受けると、試験が正常な条件で遂行されないため良品を不良品と判定したりするので、大きい経済損失が発生する。また、プローブに損傷が発見されれば、試験を中断して試験装置の修復作業が必要となり、生産性を悪化させることになる。

また、プローブカードのプローブ群の先端面とウェハ載置面とは互いにわずかではあるが一定の傾きをもつことも多く、中にはプローブの測定試験時のオーバドライブに比して無視し得ない程度の傾きになることがある。このような状態の場合に試験を行うと、プローブの許容変形限度を超える危険性がさらに増加する。例えば、ウェハ上のチップデバイスの電極に押圧接触するために、プローブの縦方向のオーバドライブが２０ミクロンを必要とする場合、もしプロープ群の先端面とウェハ載置台の平面とが１０ミクロン差の傾きがあるとすると、チップデバイスに適切な２０ミクロンのオーバドライブを掛けようとすると、傾きが影響して、最大のオーバドライブは３０ミクロンに達し、そのプローブの持つ許容最大応力に対して余裕がない状態となり、それだけプローブが損傷又は破壊する危険性が増加することになる。

このプローブの許容最大応力というのはプローブ材質固有の物性値に依存し、プローブの材質と形状が定まってくると、当該プロープの許容最大応力、すなわち許容最大縦方向変位（オーバドライブ）が決まってしまう。この許容最大オーバドライブはプローバを操作するうえでの許容最大オーバドライブとなる。測定試験において制御するものは、プローバ装置の操作上のオーバドライブである。したがって、チップデバイスの電極配置の高密度化、微細化に対応する測定試験のために、プローブ寸法が小さくなっていくと、プローブの許容最大変形限度が小さくなるので、このプローブを装着したプローブカードを使用する場合に、破壊又は損傷を受け易く、ひいては経済的損失を被る恐れがある。これを防ぐために、プローバ装置から見て許容最大オーバドライブを増加するための解決策が求められている。

この許容最大オーバドライブを高めた微小形状のプローブの先行技術が開示されている（文献１）。この先行技術は、ブレードタイプの形状を工夫したものであるが、プローブの高集積度化において配置上に、また製作上で従来のカンチレバー型プローブに比し複雑さを伴うものである。
特開２００６−１８９３７０号公報〔００３０，００３７−３８、００４３、図１〕

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、半導体ウェハの直径が２００ｍｍから３００ｍｍへと大型化される状況の中で、高密度に集積され、高機能化されたチップデバイスの電気的機能特性の検査に使用するプローブカードにおいて、微小寸法のプローブを採用した場合に、適切なオーバドライブを掛けてもプローブが損傷又は破壊されないための機構を有するプローブカード及びその製造方法を提供するものである。

前述の目的を達成するために、請求項１の二重弾性機構プローブカードの発明は、回路基板と、上記回路基板の一方の面側に配置され、所定位置に複数の弾性変形するプローブを形成した複数のプローブモジュール基板を表面に複数行・複数列に配置したプローブ基板、上記回路基板と上記プローブ基板との間で対抗する面に設けられた電気的に接続する複数の中継接続ピンとを備え、上記プローブモジュール基板が上記プローブ基板から懸垂定点支持されると共に上記プローブ基板との間に電気的に接続し、かつオーバードライブによって垂直方向に変位、する弾性接続ピンを設けたことを特徴とする。

また、二重弾性機構プローブカードの発明は、回路基板と、上記回路基板の一方の面側に複数行・複数列に配置され、所定位置に複数の弾性変形するプローブを形成したプローブモジュール基板、上記回路基板の他方の側に配置され、プローブカードの全体の変形を抑制する補強板と、を備え、上記プローブモジュール基板が上記補強板から懸垂定点支持されると共に上記回路基板との間に電気的に接続し、かつオーバードライブによって垂直方向に変位する弾性接続ピンを設けている。

また、二重弾性機構プローブカードの発明は、回路基板と、上記回路基板の一方の面側に複数行・複数列に配置され、表面の所定位置に複数の弾性変形するプローブを形成したプローブモジュール基板と、上記プローブモジュール基板と上記回路基板との間に形成した弾性接続ピンとを備え、上記弾性接続ピンが上記プローブモジュール基板と上記回路基板とに固着して接続されると共に、オーバードライブによって垂直方向に変位する。

また、二重弾性機構プローブカードの発明は、上記弾性変形するプローブのばね定数（Ｋ_１）と対応する上記弾性接続ピンのばね定数（Ｋ_２）の比（Ｋ_１／Ｋ_２）が０．５〜１．５の範囲である。

本発明は、プローバから見て許容最大オーバドライブを増加するために、プローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に弾性接続ピンである弾性体を介在させて、測定試験時に、該弾性体が動作できるようにした弾性変形するプローブとオーバードライブによって垂直方向に変位する弾性体との二重の弾性機構をもつプローブカードである。プローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に弾性体を介在させて、それが動作する場合、プローバ又はウエハからみれば、このプローブカードは全体としてプローブ群という「ばね」と、介在弾性体の「ばね」を直列に結合した弾性体と見なすことができる。プローブ１本のばね定数をk₁、プローブ総数をＮ本、プローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に介在させる弾性体１本のばね定数をk_２、弾性体総数はプローブ総数Ｎ本に一対一で対応しているからＮ本とすると、プローブ群全体のばね定数K₁はK₁＝k₁×N、弾性体群全体のばね定数K_２はK_２＝k_２×Nであり、ウェハからみたプローブカード全体のばね定数をＫとすると、ウェハからみたプローブカード全体のばね定数は、Ｋ＝（Ｋ_１×Ｋ_２）／（Ｋ_１＋K₂）となる。この弾性体群を介在させることにより、プローバ又はウエハからみたばね定数は小さくなり、その分、プローブによる所定の押圧力を得るためのオーバドライブが多く要することになる。すなわち、プローブ単体の許容最大応力に達するまでのプローバからみた許容最大オーバドライブは、その分だけ大きくすることができる。これがプローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に弾性体を介在させることによる効果である。

例えば、オーバドライブ25ミクロンで0.5ｇｆの押圧力を発生し、その許容最大応力が荷重0.75ｇｆに対応する内部応力となっているプローブが2,000本実装された複数のプローブモジュール基板の場合を考えると、K₁＝1,000ｇｆ／25ミクロン、許容最大オーバドライブ゛37.5ミクロンとなる。一方K₂＝1,000ｇｆ／25ミクロンの弾性体を介在させた場合、弾性体がない場合（K₂＝∞）は、ウェハからみたばね定数:K＝1,000ｇｆ／25ミクロンに対し、弾性体が介在する場合は、ウェハからみたばね定数:K＝5００ｇｆ／25ミクロンとなり、プローブの許容最大応力は変わらないから、ばね定数は半分になる。つまり、弾性体が介在しない場合は、プロープ１本あたり0.5gfの電極への押圧力を得るために、25ミクロンのオーバドライブが必要であり、プローバからみた許容最大オーバドライブは37.5ミクロンであるから、プローバ操作におけるオーバドライブの余裕代は12.5ミクロンである。一方、弾性体が介在する場合は、プローブ１本あたり0.5gfの電極への押圧力を得るために、50ミクロンのオーバドライブが必要であり、プローバからみた許容最大オーバドライブは７５ミクロンであるから、プローバ操作におけるオーバドライブの余裕代は２５ミクロンとなる。プローバ操作におけるオーバドライブの余裕代は12.5ミクロンから２５ミクロンと倍増する。よって、本発明の二重弾性構造のプローブカードによれば、測定試験時にオーバードライブを掛けるプローバ操作に余裕が生まれることになり、微小プローブが損傷又は破壊して測定試験が完遂できない危険性を少なくすることができる。

また、本発明のプローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に弾性体を介在させた二重弾性機構を有するプローブカードでは、プローブモジュール基板はオーバドライブの動作時に上方向に移動するので、この移動前後において、チップデバイスの電極とプローブ先端の押圧接触を確実にするために、プローブ先端部の平面（X-Y）の位置精度を維持する必要がある。このために、請求項１，２に係る二重弾性機構プローブカードにおいては、プローブモジュール基板はプローブ基板又は回路基板（補強板）から懸垂定点支持される。この懸垂定点支持は、プローブモジュール基板がプローブ基板又は回路基板（補強板）から上下移動可能に吊り下げられ、同時に平面（Ｘ，Ｙ軸）方向には定位置を維持するガイド機構を有していることを意味する。また、請求項３に係る二重弾性機構プローブカードにおいては、上下に変形可能で、平面的に変位しない形状の弾性接続ピンをプローブモジュール基板と回路基板との各端子間で固着することにより、上記の懸垂定点支持の役割を果たすことができる。

また、本発明の二重弾性機構プローブカードにおいて、弾性変形するプローブ群の総合ばね定数（Ｋ_１）と対応する弾性接続ピン群の総合ばね定数（Ｋ_２）の比（Ｋ_１／Ｋ_２）が０．５〜１．５の範囲であると、測定試験において、該プローブ群のオーバドライブと、それに伴うプローブモジュール基板のオーバドライブのバランスがよく、プローバ又はウエハのオーバドライブ操作がし易いし、プローブの許容最大オーバドライブの余裕代が十分とれ、かつ、許容最大応力にも余裕をとることができる。また、プローブモジュール基板をプローブ基板又は回路基板に対して複数行、複数列にわたり分割して配置した上で、懸垂定点支持しているので、ウェハ面とプローブ面とが互いに傾きを持っていた場合でも、プローブモジュール基板がその傾きに倣うように移動して、均等にオーバドライブを掛ける効果が得られる。

また、請求項５の二重弾性機構プローブカードの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載の二重弾性機構プローブカードにおいて、プローブモジュール基板の電極の上に複数の片持ち梁状プローブをリソグラフィと電鋳の反復実施により形成し、次いで犠牲層をエッチングで除去する方法によりプローブモジュール基板を製造することを特徴とする。また、請求項６の二重弾性機構プローブカードの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載の二重弾性機構プローブカードにおいて、プローブ基板またはプローブモジュール基板の電極の上に複数の弾性接続ピンをリソグラフィと電鋳の反復実施により形成し、次いで犠牲層をエッチングで除去する方法により弾性接続ピンを製造することを特徴とする。また、請求項７の二重弾性機構プローブカードの製造方法は、請求項５に記載の二重弾性機構プローブカードの製造方法により、上記プローブモジュール基板の電極の上に複数の上記片持ち梁状プローブをリソグラフィと電鋳の反復実施により犠牲層と共に設けて形成し、次いで、請求項６に記載の二重弾性機構プローブカードの製造方法により、上記プローブモジュール基板のもう一方の面の電極上に複数のクランク型弾性接続ピンをリソグラフィと電鋳の反復実施により犠牲層と共に設けて形成し、次いで、複数の上記プローブモジュール基板を上記クランク型弾性接続ピンを介して回路基板に固着した後に、上記犠牲層を除去することにより二重弾性機構プローブカードを製造することを特徴とする。

これらの製造方法によれば、プローブモジュール基板に実装する複数の片持ち梁状プローブをリソグラフィと電鋳の反復実施により精密に微細形状のものを形成できるので、高密度化に対応する微小寸法のプローブを形状や位置の精度を高めてエリアアレイ製造することができる。また、プローブ基板又はプローブモジュール基板に実装する複数の弾性接続ピンをリソグラフィと電鋳の反復実施により精密に微細形状のものを形成できるので、高密度化に対応する微小寸法の片持ち梁状又はクランク形状の弾性接続ピンを形状や位置の精度を高めてエリアアレイ製造することができる。また、プローブモジュール基板の両面に実装する複数の片持ち梁状プローブとクランク形状の弾性接続ピンをリソグラフィと電鋳の反復実施により精密に微細形状のものを形成できるので、高密度化に対応する微小寸法のプローブと弾性接続ピンをプローブモジュール基板に対して形状や位置の精度を高めたエリアアレイの製造できる。次いで、複数の上記プローブモジュール基板が上記弾性接続ピンを介して回路基板に固着された後に、上記犠牲層を除去することによりエリアアレイされた二重弾性機構プローブカードを製造することができる。これにより微細形状のプローブを有する二重弾性機構プローブカードが得られ、電極間隔が微小な高密度化されたチップデバイスの電気的性能試験に対し効率よく確実に対応することができる。

本発明による請求項１から４までの構成の二重弾性機構プローブカードによれば、半導体ウェハ上に高密度に集積されたチップデバイスの電気的特性の検査において、現在又は将来チップデバイスの電極間隔が数十ミクロンから十ミクロン台と小さくなる趨勢があり、これに対応するプローブ寸法がより小さくなり、許容最大応力が小さくなる中で、プローブの許容最大オーバドライブを増大することができるので、プローバ又はウエハのオーバドライブ操作がし易く、電気的特性検査を容易に、確実に実施できると共に、プローブの損傷又は破壊による検査時間の延長及び検査の不正確さに伴う経済的利益の逸失をふせぐことができる。また、本発明の二重弾性機構プローブカードは、プローブモジュール基板とプローブ基板又は回路基板との間に弾性体を介在させた簡易な構造であって、微小のプローブの高密度化にも対応できるし、容易に製造することもできるから、電極間隔が最小化したチップデバイスの検査機器の実用化に貢献することができる。また、プローブモジュール基板を複数行、複数列に分割して設けているから、ウエハーの平面に倣って検査できるので、ウエハの平坦度のバラツキ傾きにも対応することができる。

本発明による請求項５から７までの構成の二重弾性機構プローブカードの製造方法によれば、半導体ウエハの大型化、かつ高密度化に対応するプローブカードが製造できるもので、微小寸法でのプローブやこれに対応する弾性接続ピンを形状に制約されることなく、すなわち、適切なばね定数等を持たせて、リソグラフィ・電鋳プロセスで精度よく製造することができるので、電極間隔の微小なチップデバイスの検査に対応したプローブカードを供給することができる。また、許容オーバードライブに余裕が生ずる片持ち梁状プローブやクランク型弾性接続ピンを組み合わせた二重弾性機構プローブカードを簡易に、精度良く製造することができる。

以下、本発明に係る二重弾性機構プローブカードの最良の実施形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの実施形態であって、（ａ）はプローブモジュール基板が弾性接続ピンを介してプローブ基板に取り付けられたプローブカードの模式的断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の模式的拡大図である。図２は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であって、回路基板とプローブ基板間にスプリング状接続ピンを介在させたプローブカードの模式的断面図である。図３は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であって、プローブモジュール基板が弾性接続ピンを介して回路基板に取り付けられたプローブカードの模式的断面図である。図４は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの実施形態であって、プローブモジュール基板をプローブ基板に実装したプローブ基板の模式的平面図である。図５は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの製造方法の実施形態であって、（ａ）はプローブ基板に中継接続ピンを実装する方法の概略説明図、（ｂ）はプローブモジュール基板にプローブを実装する方法の概略説明図である。図６は、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの製造方法の実施形態に関し、プローブカードの形成方法であって、（ａ）は本方法によるプローブカードの模式的断面図、（ｂ）はプローブカードを形成する方法の概略説明図である。

図１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の実施の形態である二重弾性機構プローブカード１の構成について説明すると、プローブカード１は、回路基板６と、回路基板６の一方の面側に配置されたプローブ基板４ａと、プローブ基板４ａに対して複数のプローブモジュール基板３が複数行・複数列に配置され、プローブモジュール基板３の所定位置に複数の片持ち梁状プローブ２を形成している。回路基板６とプローブ基板４ａとの間の対抗する面に設けられ、電気的にも接続する複数の片持ち梁状の中継接続ピン８ａを設け、さらに、プローブ基板４ａとプローブモジュール基板３との間の対抗する面に電気的にも接続する複数の片持ち梁状の弾性接続ピン５ａを設ける。本発明は、プローブモジュール基板３を挟んで、片持ち梁状プローブ２と、対応する弾性接続ピン５ａとの複数組を設けた二重弾性機構を有しているのが特徴である。また、各プローブモジュール基板３はプローブ基板４ａから懸垂定点支持され、すなわち、吊り下げ具９と複数の位置決めピン１０との組み合わせで、プローブモジュール基板３を上下移動可能に吊り下げるが、平面的には動かないように位置固定できるのが特徴である。プローブ基板４ａに対して、プローブモジュール基板３が複数行・複数列に配置された状態を図４に示しており、プローブモジュール基板３を分割して設けているから、ウエハーの平面に倣って検査できるので、ウエハの平坦度のバラツキや傾きにも対応できる。また、回路基板６の背面に機械的強度を補強する補強板７が設けられ、支持ボルト１７が補強板７と回路基板６とを挿通し、プローブ基板４ａの端部を支持する支持体１６に螺着している。なお、回路基板６の接続端子８ｃに固着された片持ち梁状中継接続ピン８ａは、通常の中継接続の役割を果たし、押圧力に比例して生ずる反力によりプローブ基板４ａの接続端子８ｃと電気的接続を確保するのが主体で、二重弾性機構としての弾性体としての役割ではない。

プローブモジュール基板３、プローブ基板４ａ及び回路基板６の形状は所定の厚みを有する円形又は方形の平板である。また、前記基板３、４ａ及び６は、一定の剛性のある合成樹脂製又はセラミック製のプリント板であって、プローブモジュール基板３では、各接続端子５ｃと下面の対応するプローブ２の端子２ａとをプリントした内部配線３ｂで接続し、また、プローブ基板４ａでは、各接続端子５ｃと上面の対応する接続端子８ｃとをプリントした内部配線で接続している。一方の回路基板６でも各テスタ接続端子４ａと下面の対応する接続端子８ｃとをプリントした内部配線で接続している。円形又は方形のプローブモジュール基板３の下面全体に、被測定物である半導体チップデバイスの電極に対応するプローブ２が秩序立って配設される。これらのプローブ２は、プローブ基板３のプローブ接続端子２ａに根元を固着されて、片持ち梁状にプローブ２を保持して弾性体としての機能を有し、その先にチップデバイスの電極（図示しない）と接触可能な針先を有する一体構造のものである。この片持ち梁状プローブ２の線径は、チップデバイスの規模にもよるが、２０〜１００μｍの範囲であり、プローブ数も数百から千本超える規模である。片持ち梁状プローブ２の材料としては、通常、パラヂウム合金、ベリリウム銅合金、タングステン合金等から選択された一種類の合金が用いられ、製造はダイス伸線で製造されるか、又は一部微細寸法の片持ち梁状プローブはリガプロセスで製造される。また、補強板７は、回路基板４の平面度を維持するための背面を補強するために用いられ、この場合、強度が高い金属製を用い、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。

また、プローブモジュール基板３とプローブ基板４ａとの間に介在する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａは、良導電性の金属製がよく、例えばＢｅ−Ｃｕ合金等である。片持ち梁状弾性接続ピン５ａの総合ばね定数（Ｋ_２＝ｋ_２×Ｎ、因みに、ｋ_２：一個の片持ち梁状弾性接続ピン５ａのばね定数、Ｎ：弾性接続ピン５ａの総数）は片持ち梁状プローブ２群の総合ばね定数（Ｋ_１＝ｋ_１×Ｎ、因みに、ｋ_１：一個のプローブ２のばね定数、Ｎ：プローブの総数）の０．５〜１．５の範囲にあるのが、プローバによって負荷するオーバドライブをプローブ２と弾性接続ピン５ａとにバランスよく分配することができる。片持ち梁状弾性接続ピン５ａは、押圧力により上方へ圧縮移動が生ずると共に、対応する接続端子５ｃとの水平方向の位置関係がずれなくする形状が求められるから、片持ち梁状であるカンチレバー型が製作容易な点でよく、また、コイルばね型、クランク型ばねでもよい。弾性接続ピン５ａの材料は、弾性があり、電気伝導性が良好な材料が望ましく、銅系の燐系銅合金、ベリリウム系銅合金、ニッケル合金等が用いられる。

前述のように、プローブモジュール基板３は、プローブ基板４ａに対して、線棒状の吊り下げ具９により垂直方向に上下移動可能に吊り下げられ、かつ、介在する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａの反力とのバランスで上下方向の位置が定められる。この状態からオーバドライブが掛けられると、プローブモジュール基板３は、３乃至４本の複数で、かつ、プローブ基板４ａから垂直方向に延在する棒状位置決めピン１０により水平方向の動きが拘束されているから、介在する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａを押圧して上方へ正確に移動し、片持ち梁状プローブ２がチップデバイスの電極と確実に押圧接触することができる。オーバドライブが解除されると、このときXY平面における片持ち梁状プローブ２の位置は、プローブモジュール基板３が懸垂定点支持されているから、正確にもとの位置にもどる。

また、図２を用いて、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であるプローブカード１について、図１（ａ）、（ｂ）と相違する点について説明すると、プローブカード１は、回路基板６と、回路基板６の一方の面側に配置されたプローブ基板４ａと、プローブ基板４ａに対して複数のプローブモジュール基板３が複数行・複数列に配置され、プローブモジュール基板３の所定位置に複数の片持ち梁状プローブ２を形成しているのは、図１（ａ）、（ｂ）と同じであるが、異なる点は、回路基板６とプローブ基板４ａとの間で対抗する面に電気的にも接続する複数のつる巻きスプリング状接続ピン８ｂを設けており、プローブ基板４ａと回路基板６の接続端子８ｃ群に個々に根元を固着して、電気的に接続する構成としている。また。つる巻きスプリング状接続ピン８ｂの両端が接続端子８ｃ群に固着せずに押圧接触している場合には、つる巻きスプリング状接続ピン８ｂをその位置に保持するピンカバー１５を設けるとよい。

また、図３を用いて、本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であるプローブカード１について、図１（ａ）、（ｂ）、図２と相違する点について説明すると、プローブカード１は、回路基板６と、回路基板６の一方の面側に複数行・複数列に配置された複数のプローブモジュール基板３とから構成され、プローブモジュール基板３の所定位置に複数の片持ち梁状プローブ２を形成し、回路基板６とプローブモジュール基板３との間で対抗する面に電気的にも接続する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａを設けており、回路基板６の接続端子５ｃに個々に根元を固着して、プローブモジュール基板３の接続端子５ｃに電気的に接続する構成としている。この場合も、プローブモジュール基板３を挟んで、片持ち梁状プローブ２と、対応する弾性接続ピン５ａとの複数組を設けた二重弾性機構を有しているのが特徴である。

また、プローブモジュール基板３は、補強板７から回路基板６を通して、線棒状の吊り下げ具９により垂直方向に上下移動可能に吊り下げられ、かつ、介在する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａの反力とのバランスで上下方向の位置が定められる。この状態からオーバドライブが掛けられると、プローブモジュール基板３は、３乃至４本の複数で、かつ、補強板７から垂直方向に延在するの棒状位置決めピン１０により水平方向の動きが拘束されているから、介在する複数の片持ち梁状弾性接続ピン５ａを押圧して上方へ正確に移動し、片持ち梁状プローブ２がチップデバイスの電極と確実に押圧接触することができる。オーバドライブが解除されると、このときXY平面における片持ち梁状プローブ２の位置は、プローブモジュール基板３が懸垂定点支持されているから、正確にもとの位置にもどる。

図５には、二重弾性機構プローブカード１のプローブ基板４ａ及びプローブモジュール基板３の製造方法を示している。図５に示す製造方法は、微細寸法の片持ち梁状プローブ２とそれに対応する片持ち梁状弾性接続ピン５ａをエリアアレイに製作して、プローブモジュール基板３及びプローブ基板４ａの各接続端子２ａ、５ｃに固着する方法である。図５ａには、片持ち梁状弾性接続ピン５ａを複数個セットにしてエリアアレイに製作して、プローブ基板４ａの接続端子５ｃに固着する方法を示している。先ず、複数個セットの片持ち梁状弾性接続ピン５ａをリソグラフィと電鋳の反復実施して、型であるＣｕの犠牲層１２中に形成する。次いで、上記セットの片持ち梁状弾性接続ピン５ａを半田付け等でプローブ基板４ａの接続端子５ｃに固着する。その後、Ｃｕの犠牲層１２をエッチングで除去して、プローブ基板４ａの接続端子５ｃに実装した片持ち梁状弾性接続ピン５ａが製造できる。また、図５ｂには、片持ち梁状プローブ２を複数個セットにしてエリアアレイに製作して、プローブモジュール基板３の接続端子２ａに固着する方法を示している。先ず、複数個セットの片持ち梁状プローブ２をリソグラフィと電鋳の反復実施して、型であるＣｕの犠牲層１２中に形成する。次いで、上記セットの片持ち梁状プローブ２を半田付け等でプローブモジュール基板３の接続端子２ａに固着する。その後、Ｃｕの犠牲層１２をエッチングで除去して、プローブモジュール基板３の接続端子２ａに実装した片持ち梁状プローブ２が製造できる。これにより、微細寸法の片持ち梁状プローブ２とそれに対応する片持ち梁状弾性接続ピン５ａを有する二重弾性機構プローブカード１を製造することができる。

図６ａに示す二重弾性機構プローブカード１は、回路基板６と、回路基板６の一方の面側に複数行・複数列に配置され、表面の所定位置に複数の片持ち梁状プローブ２を形成し、内部配線３ａを有するプローブモジュール基板３と、プローブモジュール基板３と回路基板６との間に形成した複数のクランク型弾性接続ピン５ｂとを備え、弾性接続ピン５ｂがプローブモジュール基板３と回路基板６とに固着して接続されている。この場合、複数の片持ち梁状プローブ２及び複数のクランク型弾性接続ピン５ｂはリソグラフィと電鋳の反復実施により犠牲層１２の型内に形成され、次いで犠牲層１２をエッチングにより除去して、エリアアレイの微細寸法の片持ち梁状プローブ２及びクランク型弾性接続ピン５ｂを製造することができる。これにより、チップデバイスの電極間隔が微小であっても、これに対応して性能試験測定ができる二重弾性機構プローブカード１を提供することができる。

また、二重弾性機構プローブカード１の製造は、電極１１ａと１１ｂを結ぶ内部配線３ａを有するプローブモジュール基板３の電極１１ａの上に複数の片持ち梁状プローブ２をリソグラフィと電鋳の反復実施により犠牲層１２と共に設けて形成すると共に、プローブモジュール基板３のもう一方の面の電極上１１ｂに各片持ち梁状プローブ２対応する複数のクランク型弾性接続ピン５ｂをリソグラフィと電鋳の反復実施により犠牲層１２と共に設けて形成し（図６ｂ（１））、次いで、犠牲層１２をエッチングで除去して、プローブモジュール基板３上に複数の片持ち梁状プローブ２を形成し（図６ｂ（２））、次いで、複数のプローブモジュール基板３をクランク型弾性接続ピン５ｂを介して回路基板６に対しボンディング半田層１３で固着し（図６ｂ（３））、次いで、クランク型弾性接続ピン５ｂの犠牲層１２をエッチングで除去することにより、回路基板６にクランク型弾性接続ピン５ｂを介して複数の片持ち梁状プローブ２を有する複数のプローブモジュール基板３を固着した二重弾性機構プローブカード１を製造することができる（図６ｂ（４））。

半導体ウェハにおいて、特に、高集積化チップデバイスの電気的特性検査に使用するプローブカードに利用することができる。

本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの実施形態であって、（ａ）はプローブモジュール基板が弾性接続ピンを介してプローブ基板に取り付けられたプローブカードの模式的断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の模式的拡大図である。本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であって、回路基板とプローブ基板間にスプリング状接続ピンを介在させたプローブカードの模式的断面図である。本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの別の実施形態であって、プローブモジュール基板が弾性接続ピンを介して回路基板に取り付けられたプローブカードの模式的断面図である。本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの実施形態であって、プローブモジュール基板をプローブ基板に実装したプローブ基板の模式的平面図である。本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの製造方法の実施形態であって、（ａ）はプローブ基板に中継接続ピンを実装する方法の概略説明図、（ｂ）はプローブモジュール基板にプローブを実装する方法の概略説明図である。本発明に係わる二重弾性機構プローブカードの製造方法の実施形態に関し、プローブカードの形成方法であって、（ａ）は本方法によるプローブカードの模式的断面図、（ｂ）はプローブカードを形成する方法の概略説明図である。従来のプローブカードの一例であって、プローブカードの模式的断面図である。

符号の説明

１：プローブカード２：プローブ２ａ：プローブ端子
３：プローブモジュール基板３ａ：内部配線３ｂ：内部配線
４：プローブユニット４ａ：プローブ基板４ｂ：内部配線
５：接続ピン５ａ：片持ち梁状弾性接続ピン５ｂ：クランク型弾性接続ピン
５ｃ：接続ピン端子６：回路基板６ａ：テスタ接続端子７：補強板
８：中継接続ピン８ａ：片持ち梁状接続ピン８ｂ：スプリング状接続ピン
８ｃ：接続ピン端子
９：吊下げ具１０：位置決めピン１１ａ、ｂ：電極
１２：犠牲層１３：ボンディング用半田層
１５：ピンカバー１６：支持体１７：支持ボルト２１：プローブカード
２２：プローブ２３：プローブ基板２３ａ：接続端子
２４：回路基板２４ａ：テスタ接続端子２５：中継接続ピン２５ａ：接続端子２６：補強板２７：支持体２８：支持ボルト３０：半導体ウエハ３１：ウエハ載置台

Claims

回路基板と、上記回路基板の一方の面側に配置され、所定位置に複数の弾性変形するプローブを形成した複数のプローブモジュール基板を表面に複数行・複数列に配置したプローブ基板、上記回路基板と上記プローブ基板との間で対抗する面に設けられた電気的に接続する複数の中継接続ピンとを備え、上記プローブモジュール基板が上記プローブ基板から懸垂定点支持されると共に上記プローブ基板との間に電気的に接続し、かつオーバードライブによって垂直方向に変位する弾性接続ピンを設けたことを特徴とする二重弾性機構プローブカード。