JP4962929B2 - プローバ装置及びこれに用いるプローブ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩ等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、或いは液晶その他の電子デバイスの回路検査に使用することができるプローバ装置及びこれに用いるプローブ組立体に関するものである。本発明は、例えば半導体チップ上に配列される回路端子（パッド）に対しウエハ状態のまま垂直型プローブを接触させ、一括して半導体チップの電気的導通を測定する、いわゆるプロービングテストに用いられる。

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ている。そのため、各半導体チップ上の回路端子（パッド）の数も増加し、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等によるパッド配列の微細化が進んでいる。同時に、半導体チップをパッケージに収納せずに、ベアチップのまま回路基板等に搭載するチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）方式が主流になりつつあり、そのためには、半導体チップに分割する前のウエハ状態での特性チェックや良否判定がどうしても必要となる。

特に、パッド配列が微細化（狭ピッチ化）したことで問題となるのは、電子デバイスの電気的特性試験や回路検査の際に、半導体チップのパッドに接触させて電気的導通を得るためのプローブの構造をパッド配列の微細化に合せたものとしなければならないということであり、このパッド配列の微細化の進歩に対応するために種々な測定手段が用いられている。

例えば、被検査半導体チップのパッドと検査装置との間に、外力に対して弾性的に変形する弾性変形部を有する複数の針状プローブをエリア配列したプローブ組立体を介在させる手段がある。このプローブ組立体と半導体チップの試験回路とを電気的に接続する手段として、プローブカードと呼ばれるプリント配線基板が用いられている。

一般にプローブカードにおいて、片持梁のカンチレバー構造を有する針状のプローブを採用した場合は、半導体チップのパッドと接触するプローブの先端部分は狭ピッチであるが、プローブカードと接続している根元の部分は、プローブが先端部分から放射状に広がって配置されることからピッチを粗くすることができ、プローブをプローブカードの回路端子に半田付け等の接続手段で固着することが可能であった。しかし、このカンチレバー構造は、パッドと接触する際に接触ポイントとなる先端が水平方向にずれてパッドに傷を付けたり、また、先端がパッドから外れて測定歩留まりの低下を招くなどの問題があり、さらに、チップ１個ずつの測定しか出来ない、また、プローブ１本ずつの取り付け精度にばらつきがあり一定接触圧のコントロールが難しいなどの問題があった。

このカンチレバー構造に代わる垂直型プローブ、すなわち、プローブがプローブカードの回路端子に垂直に固定された垂直型プローブにおいては、半導体チップ上のパッドピッチとプローブカード上の回路端子ピッチとが同等のピッチ間隔で構成されることが必要となる。しかし、プリント配線基板であるプローブカード上では回路パターンを微細化するには製造技術上の限界があり、従って回路端子の占める面積や配線幅もパッドピッチに合わせた要求を満たすことは困難であり、さらに、半田付け可能なピッチ間隔にも限界があるため、微細化が進むにつれて垂直型プローブを半導体チップのパッドピッチに合わせてプローブカードに垂直に固定することは不可能であった。

このように、プローブカード上では、平面的エリアが回路端子面積の他に回路配線幅によって占有される割合が大きく、回路端子の狭ピッチ化を妨げている。そこで、プローブカードに多層プリント配線基板を使用し、回路端子を格子状あるいは２列千鳥型に配列し、層間の配線を、スルーホールを介して電気的に接続することによって垂直型プローブの本数を維持する手段も採られている。しかし、このスルーホールの占める空間が大きくなるため、スルーホールの存在が回路端子配列の狭ピッチ化を妨げる原因にもなっている。このように、垂直型プローブをプローブカードに固定しようとすると、回路端子の狭ピッチ化の困難性に加えて半田付け作業に高度な技術と多大な人的工数を必要とし、高価なものになっていた。これらの問題を解決するために、本発明者等は、垂直型プローブ組立体を提案し、かつその垂直型プローブ組立体を用いた電気信号接続装置としてのプローバ装置についても既に提案している（特許文献１及び特許文献２を参照）。

図１は、本発明者等により提案された、一従来例としての垂直型プローブ組立体を示す斜視図である。図１の斜視図に示すように、既に提案（例えば特許文献１参照）のこの垂直型プローブ組立体２００は、平行な上下２枚の四角形の絶縁基板（あるいは絶縁フィルム）２０１と２０２の間に複数本の垂直型プローブ２０５を植立する構造である。上下２枚の絶縁基板２０１、２０２は、垂直型プローブ２０５の中間に設けられた段部に係止されて一定間隔に保たれ、また、垂直型プローブ２０５のピッチ配列は、被測定半導体チップ上のパッドピッチ配列に一致させている。各垂直型プローブ２０５は上下両先端が絶縁基板２０１及び２０２からわずか突出して電気的接触子２０３となり、中間部には湾曲部２０４を設けて、プローブに対して垂直方向に加わる外力に弾力性を持たせて歪を吸収していると同時に、湾曲部２０４の変型がばね復元力となり、このばね復元力がプローブ先端とチップパッド間の接触圧となり、電気的導通を可能としている。この湾曲部２０４は、直交配列される垂直型プローブ２０５同士が接触しないように列ごとに上下に位置をずらして設けられている。また、各垂直型プローブ２０５は角型断面を有し、上下絶縁基板２０１、２０２の対向位置に開けられた角孔に挿通され、上下には可動するが回転はしない回り止め構造となっている。

このような垂直型プローブ組立体を有するプローバ装置（例えば特許文献２参照）は、図２の斜視図に示すように構成されている。すなわち、この垂直型プローブ組立体２００の上方には、図示していないが多数の被検査半導体チップが形成された半導体ウエハが、チップパッドを下向きにしてウエハステージにセットされる。一方、垂直型プローブ組立体２００の下方には、このプローブ組立体２００の垂直型プローブと接触する接続構造体２０６が設けられる。この接続構造体２０６はフレキシブルフラットケーブル２０７を介してプローブカード２０８に接続されている。そして、フレキシブルフラットケーブル２０７の接続構造体２０６側の配線はチップパッドと同じ狭ピッチで配線され、その配線端部は配線端子として垂直型プローブ組立体２００の垂直型プローブ２０５との一括接触を可能とし、また、フレキシブルフラットケーブル２０７のプローブカード２０８側の配線は、その配線ピッチ間隔がプローブカード２０８上の回路配線端子に半田付けができる程度に広げられている。

また、ウエハステージ（図示せず）及び垂直型プローブ組立体２００は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ方向の移動が可能である。また、垂直型プローブ組立体２００は、垂直型プローブ２０５を接続構造体２０６に設けられたフレキシブルフラットケーブル配線端子に位置決めして一括接触させた後は、そのウエハ検査が終わるまで動かす必要はない。ここで、接続構造体２０６は、フレキシブルフラットケーブル２０７の配線端子面を水平に上に向けて固定することによって垂直型プローブと接続するソケット機能を果たしている。なお、この接続構造体２０６の詳細についてはすでに提案済みであるのでここでは説明を省略する。

この状態でウエハステージを移動させ、半導体チップの一つを垂直型プローブ組立体に位置合わせし、それぞれ複数のチップパッドと垂直型プローブ組立体の上部接触端子とを一括接触させる。これにより、狭ピッチ化された半導体チップとプローブカードとを電気的に接続することが可能となり、プローバ装置としての機能が大幅に向上したことによって半導体デバイスの高集積化に大きく貢献している。

上記したように、本発明者等が既に提案した垂直型プローブ組立体を用いたプローバ装置は、狭ピッチ化されたパッドピッチ、例えば４５μｍピッチの半導体チップに対しても測定が可能な装置である。しかも、プローブの組立に際し半田付けを用いることなく自動組立が可能であるため、低コストの多量生産が可能であり、また、チップパッドに対して垂直に一括接触できることから全てのプローブに対し均等に接触圧をコントロールできるなどの大きな利点が得られている。

しかし、このプローバ装置においても、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップを一個ずつ順に検査して行く装置であることには変わりなく、その都度ウエハステージを１チップずつ移動させる必要がある。一方、半導体ウエハは大口径化（例えば、直径３００ｍｍなど）が進み、半導体ウエハ上に形成される半導体チップの個数は数十から数百に及び、ますます高密度化されてきている。そのため、１枚の半導体ウエハの検査に要する時間はかなりのものとなり、ウエハステージを移動させずにウエハ上の全ての半導体チップに対し同時に検査を行うことができるマルチ配列の垂直型プローブ組立体（以下、これをマルチ配列垂直型プローブ組立体と言う）を備えたプローバ装置の要求が高まっている。しかし、例えば、パッド数１００個を有するチップが２００個形成されたウエハに対しては、マルチ配列垂直型プローブ組立体にとっては、１００×２００＝２００００本の信号配線が必要となり、これだけの本数の信号配線をマルチ配列垂直型プローブ組立体から効率よく引き出して外部の検査装置に接続させることは困難である。

一方、マルチ配列垂直型プローブ組立体をバーンインテストに使用しようとすると、１２０℃程度の高温雰囲気に置かれるため、個別配列プローブ組立体によってチップ１個ずつ検査するときにはあまり問題にならなかった熱膨張の影響が大きくなり、シリコンウエハに形成されているパッドピッチと樹脂フィルム等の絶縁基板に植立している垂直型プローブのピッチとの間でピッチズレが発生するという問題がある。特に、ウエハの周辺部に行くに従って垂直型プローブのピッチズレが累積されて大きくなり、プロービングが不可能となる。

近年、さらに高速化と大量一括処理が求められるに至り、例えば直径が１２インチのウエハ（直径３００ｍｍウエハ）上にある全てのパッドに同時に垂直型プローブの接触子が接触し、高周波に対応できるプローブ組立体が要求されている。この高速化に対しては、次の点が重要となる。
（１）電気容量を小さくすること。そのためには全体に対向するプローブの面積を小さくすること。
（２）テスト回路とウエハ上のパッド間の距離を極力短くすること。
（３）プローブ及び配線から発生する磁気干渉によるノイズを小さくすること。
（４）対向するプローブ接触子及び配線の距離が大きいこと。

また、プローブ組立体からテスト回路への配線についても大量の本数が接続されることが要求されている。さらに、狭ピッチ化に伴い、また大面積をカバーして接触子とパッドが対向するため、接触子の高い配列精度も求められている。

この配線の多数化と狭ピッチ化に対において、例えば２００パッドをチップが６００個配置されているウエハの接触子数は１２００００本と多数になるが、この本数の問題を解決するには、従来のプリント配線基板に、特許文献２に基づく方法を更に発展して適用することにより解決は可能と思われる。これに対して、フラットケーブルで描かれるピッチは３０μｍと狭ピッチになるが、この狭ピッチ化された接触子に対するときのテスト回路の配線にどのように対応するかが課題となっている。また、１２００００本の接触子それぞれに５ｇの接触力が作用したとすると、概略６００ｋｇの力がプローブ組立体全体に作用するが、機構部品の変形等に問題が発生し易い。

図３は従来のプローバ装置のシステム構成を示すブロック図である。図３において７０は専用テスタである。一般的に現在システムに使用している専用テスタ７０は大型で高価である。専用テスタ７０はチップ７２の検査に必要とする電気信号を発生しプローブカード７１を経由して前記チップ７２に入力する。入力した信号に対応したチップ７２からの信号をもとに専用テスタ検査を実行する。専用テスタ７０からプローブカード７１に至る信号線はチップ７２に入力される配線数が２００本前後である場合でも１１００本前後のであり、１１００本前後の配線により複数のパッド検査にも対応が可能となっている。ただしチップ７２の数が非常に多くなった場合、例えば３００個のチップに対応した場合は配線数が６００００本となり、専用テスタ７０の１１００本前後の配線から多数のチップに分配して信号を送ることは難しくなる。また、例え配線が可能としても、高速検査の為の多数配線対応が効果的でなくなる。従って図３に示す現在システムは限られた数のチップに同時にプローブが対応する場合に適応できる。
特開２００２−２９６２９７号公報 特開２００３−０７５５０３号公報

本発明は、これらの要求を満足するためになされたもので、電子デバイスの高集積化にともなってますます高密度化される半導体チップなどの回路の特性を検査するにあたり、複数のチップに対し一括して同時にプロービングテスト或いはバーンインテストができるように、垂直型プローブ組立体をマルチ配列構造とするとともに熱膨張問題及び信号配線問題を解決したプローバ装置及びこれに用いるプローブ組立体を提供することを目的とする。

本発明プローバ装置は、半導体ウエハに設けられた複数の半導体チップのパッドに接触して電気接続を行う垂直型プローブをリボン状の樹脂フィルムに貼着支持してなるプローブ付フィルムを有し、前記垂直型プローブは樹脂フィルムの面に沿った方向に弾性変形可能に設けられ、前記垂直型プローブの一端を被検査半導体チップのパッドに接触させ、前記垂直型プローブの他端をテスタの配線端子に接触させて被検査半導体チップとテスタとの間で信号を送受信するようにしたことを特徴としている。

本発明は、被検査半導体チップに設けられた複数のパッドに接触させる複数の垂直型プローブを有し、被検査半導体チップとテスタとの間の電気接続を行うプローバ装置において、複数本の垂直型プローブを有する樹脂フィルムを複数枚並設させてなるＸ方向ユニット及びこのＸ方向ユニットに交差する方向に配置されるＹ方向ユニットをそれぞれ複数組有し、この複数組のＸ方向ユニット及びＹ方向ユニットを支持板上に格子状に配設して位置決め固定し、Ｘ方向ユニット及びＹ方向ユニットの各交差位置に配置される前記垂直型プローブを被検査半導体チップの全てのパッドに一括接触させて被検査半導体チップとテスタとの間で信号を送受信することを特徴としている。

本発明のプローブ組立体は、前記垂直型プローブが形成された複数組のＸ方向ユニット及びＹ方向ユニットの交差位置が、半導体ウエハに形成された被検査半導体チップの全てに対し一対一で対応し、Ｘ方向ユニットとＹ方向ユニットは交差位置において上下に異なる空間を占有し互いに干渉していないことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記樹脂フィルムがＸ方向樹脂フィルムとＹ方向樹脂フィルムとからなり、それぞれ弾性変形する湾曲部を有する垂直型プローブが樹脂フィルムの一面に貼り付けられた導箔をエッチングすることにより成形されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記樹脂フィルムの長手方向上辺から垂直型プローブの一端が突出して入力部を形成し、他端は第１の湾曲部を経て垂下し下辺から突出して出力部となる第２の湾曲部を形成したことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記Ｘ及びＹ方向樹脂フィルムは、前記垂直型プローブの湾曲部で囲まれるように開けられた長穴と樹脂フィルム上辺とで形成される樹脂フィルム幅狭部の弾性変形によって、検査時に垂直型プローブの軸方向のばね復元力を有することを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記Ｘ方向ユニットとＹ方向ユニットを格子状に配設した時、Ｘ及びＹ方向樹脂フィルムからそれぞれ突出する垂直型プローブ先端部の高さが一致していることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記樹脂フィルムの幅方向中央部には長手方向に沿って長穴が開けられ、前記垂直型プローブの湾曲部はこの長穴のほぼ半周を囲む様にＵ字状に形成されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記樹脂フィルムには丸穴が開けられ、この丸穴に丸棒を圧入して複数のプローブ付フィルムの位置決め及び固定を行うことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記丸棒は電気絶縁材料あるいは導電材料を電気絶縁材料で被覆した部材で構成されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記丸穴は垂直型プローブの入力部の近傍に設けられ、この近傍部分で垂直型プローブは丸穴の外周に沿って半円状に曲げられて被検査半導体チップのパッドと垂直型プローブとの接触力を支持し、一方、垂直型プローブの出力部はテスタの配線端子が接触して電気的に接続する第２の湾曲部で構成されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記出力部近傍で垂直型プローブの一部を突出させ、この突出部をＸ及びＹ方向ユニットの組付けを行うための支持板の溝に嵌合させてＸ及びＹ方向ユニットの位置決め及び固定を行うことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記支持板は電気絶縁部材あるいは導電材料を電気絶縁材料で被覆した部材で構成されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記樹脂フィルムに開けられた丸棒挿通穴の左右対称位置に、垂直型プローブと電気導通機能を有しない垂直型プローブのダミーパターンを形成し、樹脂フィルムに加わる接触力を均等化したことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記樹脂フィルムに開けた長穴を囲むようにして垂直型プローブの湾曲部が左右対称となるように一対の垂直型プローブが形成されていることを特徴としている。

本発明のプローブ組立体は、前記垂直型プローブを一面側に形成した樹脂フィルムの反対面側に、前記垂直型プローブより大きい面積の湾曲部等を有する弾性変形部を持つグランドラインパターンが形成され、該グランドラインパターンは前記丸棒が圧入される樹脂フィルムに設けられた穴と同位置の穴を有して入力部からの接触力を支持し、前記垂直型プローブと樹脂フィルムとの結合力を介してグランドラインパターンの弾性変形部から出力部への力の伝達を可能とし、電気的には弾性変形部以外の部分でグランド接続していることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記グランドラインパターンは垂直型プローブが形成された樹脂フィルムの一面側の反対面側に形成され、この反対面側に貼り付けられた導箔をエッチングすることにより成形されていることを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記グランドラインパターンは湾曲部を経て垂下し樹脂フィルムの下辺から突出し、この突出部の端部に設けた凸部をＸＹ方向ユニットの組付けを行うための支持板の溝に嵌合させてＸＹ方向ユニットの位置決め及び固定を行うことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体において、前記グランドラインパターンは、反対面側に形成された垂直型プローブの湾曲部と重なる位置に、この湾曲部とほぼ同じ大きさの補助湾曲部を設けたことを特徴としている。

また、本発明のプローブ組立体は、前記垂直型プローブを一面側に有し反対面側にグランドラインパターンを有するプローブ付フィルムを積層する際、隣接するプローブ付フィルム間に絶縁フィルムを介在させることを特徴としている。

本発明のプローバ装置及びこれに用いるプローブ組立体は、プローブ付フィルムの入力部により近い位置で丸棒を圧入挿通することによって複数枚のプローブ付フィルムの位置決め及び固定ができるので、被測定チップのパッドと入力部との間のピッチずれを防ぐことができる。また、被測定チップのパッド配列に合わせてプローブ付フィルムの枚数や固定位置を任意に設定できる。また、丸棒を熱膨脹の小さい材料で形成すれば、バーンインテストに使用してもプローブ付フィルムの伸びを抑えることができるので、入力部におけるピッチずれが発生しない。また、プローブ付フィルムの組立の際は、複数枚を積層したユニットを一度で固定板に嵌めこむことができると同時に、出力部と配線端子との接触も同時に行われるので、プローブ組立体を容易に得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図４は本発明の実施の形態に係るプローバ装置の多数配線対応及び高速化対応のシステム構成を示すブロック図である。図４において、７３は汎用のコンピュータを示し例えばパソコンである。７４は回路付きプローブカードであり、破線で示されている。回路付きプローブカード７４はインターフェース７５、テスト回路７６から成る。テスト回路７６は複数設けられ、それぞれ目的が異なるテストに対応して起動される。この複数のテスト回路７６は同一機能に限らない。７２は半導体チップである。汎用コンピュータ７３から個別ウエハ毎の検査情報がインターフェース７５に送られる。インターフェース７５はテスト回路７６にテスト内容を送信する。テスト回路７６はチップ７２に対応した検査情報をもち、検査時は必要信号をチップ７２に送る。またチップ７２からの検査結果情報を受け取り評価し、インターフェース７５を介して汎用コンピュータ７３に情報を送る。またテスト回路７６はチップ７２と１対１の関係を有し、チップ７２の有するパッド数と略同数のテスト回路７６から配線がチップ７２上のパッドに接続を可能にしている。

（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る被試験体（チップ）の斜視図で、図６は実施の形態１におけるプローブ付フィルムの正面図である。図５及び図６において、プローバ装置は、プローブ付フィルム１０１の要素が１つの垂直型プローブ１０２と１つ樹脂フィルム１０３からなる場合である。このプローブ付フィルム１０１の要素をいろいろの方向に配置することにより、メモリー関係のようなチップ１つに対して１または複数のラインのパッドに対応できる。すなわち、プローブ付フィルム１０１を紙面に向かって横に適当なピッチで複数積層配置し、さらに紙面に向かって奥行き方向に複数積層配列（ＸあるいはＹ方向ユニット）することによって複数ラインのパッドの配列に対応できる。ここでいうプローブとは電気的接続が弾性変形をともなって接触力をあたえるコンタクトのことであり、一般に言われるＬＳＩ回路検査用プローバにのみ使われるプローブに限定するものではない。同様にプローバ装置も電気的コンタクトを行う装置を示す。以下同じ。

図５において、符号６００はウエハを示す。６０１はウエハ内に配置されたチップで、６０２はチップ内に配列されたパッドである。以下に説明するプローブ付フィルム１０１は１つのチップ６０１内に１列に配列されたパッド６０２があるような場合の検査に適用すると特に有効である。本発明のプローブ付フィルム１０１は、半導体ウエハの検査のみならず、液晶の検査等にも同様の配列の検査を必要とする場合には有効である。

図６は、垂直型プローブ１０２及び樹脂フィルム１０３に関連する部品の配置関係を示す。垂直型プローブ１０２はベリリウム銅などの導電性材料から成り、一方に被試験チップの電極パッドと接触する入力部５０１、入力変形部５０２、固定部５０３、出力変形部５０４、出力部５０５からなる。入力変形部５０２の輪郭に円弧を含んでいるが、入力部５０１と固定部５０３から離れたところに円弧部が存在することで大きい変形量が得られる。固定部５０３の円弧部及び樹脂フィルム１０３に開けられた穴１０８には絶縁性棒材あるいは表面が絶縁処理された丸棒１０４が挿入されており、入力部５０１にパッド６０２が接触したとき、固定部５０３が丸棒１０４に固定されているため丸棒１０４の動きによって入力変形部５０２が変形し、その復元力がパッド６０２と入力部５０１間の接触力となる。

図６に示す垂直型プローブ１０２は、固定部５０３と出力変形部５０４に特徴がある。円弧状の固定部５０３には丸棒１０４が挿入されている。丸棒１０４は、樹脂フィルム１０３の上部張り出し部１１１に開けられた穴１０８に圧入状態で挿入されてプローブ付フィルム１０１を支持する構造となっている。支持点が樹脂フィルム１０３の上部にあるため、プローブ付フィルム１０１の反り等による入力部５０１の位置ずれを防止している。さらに、丸棒１０４は樹脂フィルム１０３と圧入により結合されているため、プローブ付フィルム１０１を積層した場合矢印Ａの方向の位置に精度よく組み立てられており、積層方向の位置ずれを発生しない。このプローブ付フィルム１０１を複数枚積層したものをＸ方向ユニットまたはＹ方向ユニットと称し、これらのユニットを単独あるいは格子状に組み立てたものをプローブ組立体と称している。特に、格子状に組み立てる場合は、後の図１４で示すようにＸ方向ユニットとＹ方向ユニットがぶつからない様に上部張り出し部１１１の高さを違えてある。

さらに、丸棒１０４が挿入された樹脂フィルム１０３は、その下部張出し部１１２で固定板１０５によって支持されている。固定板１０５は絶縁材あるいは表面が絶縁処理されており、その両面の対称位置にくぼみ状の係止溝１０９（紙面に垂直方向の溝）が設けられ、一方、垂直型プローブ１０２にはその一部を局部的に曲げ変形した突出部１１０ａを設け、突出部１１０ａを係止溝１０９に嵌合させることによって、入力部５０１の先端位置精度を高めると同時にプローブ１０１の組立を簡単に行えるようにしている。

また、実施の形態１では、垂直型プローブ１０２の左右対称となる位置に部分的にダミーパターン１０７ａおよび１０７ｂを設けている。ダミーパターン１０７ａはプローブ１０２との間で対称関係の力が作用することから、丸棒１０４の圧入挿入を安易にすると同時に固定部５０３の固定効果を高めるためのものである。同様に、ダミーパターン１０７ｂは突出部１１０ｂを備え、突出部１１０ａとともに支持板１０５を両側から挟み込んで均等に押圧するようにする。このように、ダミーパターン１０７ａ、１０７ｂを設けたことによってプローブ１０２との間で対称関係の力が作用することになり、プローブ１０１の安定した組立構造が得られる。

さらに、固定板１０５には絶縁フィルムを介して配線端子１０６が貼り付けられていて、配線端子１０６の上方に垂直に伸びる配線の一端が出力部５０５と接触し電気的導通がなされる。出力変形部５０４にも湾曲部が含まれていて、配線端子１０６と接触すると変形し接触力が出力変形部５０４の復元力により発生する。この復元力により、出力変形部５０４が適当量変形した状態で配線端子１０６と出力部５０５が接触することになるため、安定した電気的接続が達成できる。本発明の実施の形態１において、出力変形部５０４に円弧が含まれる構造としたが特に弾性変形を発生させる手段形状については円弧部に限らなくてもよい。

上述のように、樹脂フィルム１０３の表面には垂直型プローブ１０２とダミーパターン１０７ａおよび１０７ｂが貼り付けられている。また、プローブ１０２にある入力変形部５０２の変形動作を妨げることのないように、入力変形部５０２の内側に矩形状の長穴５０６が開けられている。樹脂フィルム１０３に長穴５０６が開けられていることによって、入力変形部５０２が変形したとき、樹脂フィルム１０３に発生する皴等が少なくなる。また固定部５０３の丸棒１０４の挿入位置に、丸棒１０４の径と同程度の径で圧入可能な穴１０８が開けられている。

例えば、実施の形態１の垂直型プローブを用いたＬＳＩ回路検査の過程で、チップ６０１のパッド６０２が下側に移動して入力部５０１と接触し、さらにパッド６０２と入力部５０１との間に適切な接触力が作用するまで移動を続け、同時に入力部５０１も下方に移動する。このとき入力変形部５０２は変形している。接触力が作用し入力変形部５０２の復元力が作用しているとき固定部５０３を介して丸棒１０４を押し下げる力が作用する。この力は、固定板１０５の係止溝１０９で受け止められるとともに矩形状の長穴５０６の変形によって吸収される。また接触力が作用したとき、係止溝１０９に接触力による右方向に作用する力のベクトルが存在するが、樹脂フィルム１０３に垂直型プローブ１０２が貼り付けられているので特に問題が発生しない。

以上説明した通り、プローブ付フィルム１０１が固定板１０５に固定されると同時に出力部５０５が配線端子１０６に接触し、また、固定部５０３が樹脂フィルム１０３の上方部で丸棒１０４によって固定された状態でパッド６０２と入力部５０１が接触力を伴いながら接触するようにしたので、パッド６０２と配線端子１０６との間で良好な電気的導通が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。図７は本発明の実施の形態２に係る被試験体（チップ）の斜視図で、図８は実施の形態２におけるプローブ付フィルムの側面図である。本実施の形態２は、基本的なプローブ付フィルム１０１の要素が２つの垂直型プローブ１０２と１つ樹脂フィルム１０３からなる場合である。このプローブ付フィルム１０１の要素をいろいろな方向に配置することにより、近接する２列配列、対向する２列配列、ＡＳＩＣやロッジク等、パッド６０２を矩形形状に配列したチップ６０１に対応できる。

図８は、左右２つの垂直型プローブ１０２同士を向かい合わせた状態で対称配置した場合の構造を示す。左側の垂直型プローブ１０２は実施の形態１で説明したダミーパターン１０７ａ、１０７ｂと置き替わった状態で配置されていて、左右２つの入力部５０１、５０１は隣接する２つのチップの左側と右側のパッド６０２と対向している。

このプローブ付フィルム１０１の要素をいろいろの方向（例えばＸ、Ｙ方向）に配置することにより、メモリー関係のようなチップ１つに対して１または複数のラインのパッドに対応できる。すなわち、プローブ付フィルム１０１を紙面の左右方向に適当なピッチで複数配置し、さらに紙面に向かって垂直方向に複数積層配列することによって複数ラインのパッドの配列に対応できる。さらに、略同様の配列を直交して配列することにより、残された矩形状配列の２辺のパッドに対向できるため、前記したＡＳＩＣやロッジク等のパッド６０２に対向する矩形形状に配列したチップ６０１にも対応できる。また、固定板１０５の両側に配線端子１０６があり、左右２つの垂直型プローブ１０２の電気導通を可能にしている。

本実施の形態２における垂直型プローブ１０２の入力部５０１、入力変形部５０２、固定部５０３、出力変形部５０４、出力部５０５の機能は実施の形態１と略同じである。従って、実施の形態２における２つの入力部５０１の配列と固定板１０５を挟んで存在する２つの配線端子１０６は隣接するチップ６０１に対応し、矩形配列型のパッド配列の電気導通を可能とするための有効な配列である。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について図面を参照して詳細に説明する。図９は本実施の形態３に係るプローブ付フィルム６０３の正面図、図１０はそのプローブ付フィルム６０３の側面図、図１１はグランドラインパターン６０４の正面図、図１２は樹脂フィルム６０５の正面図である。本実施の形態３は、検査の高速化に対応するためのものである。なお、対応するチップは実施の形態１と同様、このプローブ付フィルム６０３の要素をいろいろの方向に配置することによりメモリー関係の様なチップ１つに対して１または複数のラインのパッドを有するチップ配列に対応できる。また、本実施の形態３での配線端子及び固定板は、実施の形態１で説明した配線端子１０６及び固定板１０５と略同様の原理及び機能のもとで適用可能であるため、本実施の形態での説明を省略する。

一般に長方形断面の断面２次モーメントの大きい材料形状を利用して、接触力を確保しようとすると材料の幅（紙面の上下方向での寸法）が大きくなる。このことは、厚み方向（紙面に垂直方向）に垂直型プローブ６０６を有する樹脂フィルム６０５を多数積層すると電気容量が大きくなり高速化に逆行する。一方、垂直型プローブ６０６は適当な接触力を必要としている。本実施の形態３は、図９に示すように、垂直型プローブ６０６の材料幅を小さくしながら接触力を得るもので、接触力に関係する要素はグランドラインパターン６０４が関与し、電気導通に関係する要素は垂直型プローブ６０６が対応する方法である。なお、垂直型プローブ６０６とグランドラインパターン６０４との間には樹脂フィルム６０５が介在し、２つの部材である垂直型プローブ６０６とグランドラインパターン６０４は、図１１に示すように機械的に接触力が伝達される部分Ｋで結合しながら電気的には絶縁状態を可能にしている。図１１はグランドラインパターン６０４の形状を示す正面図である。

また、図９には、樹脂フィルム６０５の表面側にある垂直型プローブ６０６が実線で描かれ、裏面側にあるグランドラインパターン６０４が点線で描かれている。この垂直型プローブ６０６において、６０７は入力部、６０８は入力変形部、６０９は固定部、６１０は出力変形部、６１１は出力部である。垂直型プローブ６０６の主な機能は、実施の形態１（図６）で説明した垂直型プローブ１０２とほぼ同じ構造で、また、その機能もほぼ同じである。ただし、入力部６０７の丸棒１０４からの距離が小さい点で異なっている。また、入力部６０７の中腹で樹脂フィルム６０５を介してグランドラインパターン６０４と機械的に結合している（図１１）。すなわち、グランドラインパターン６０４の表面はフィルム６０５と機械的に結合していて、垂直型プローブ６０６は入力部６０７と固定部６０９近傍とで機械的に結合している。

また、実施の形態１と異なる点は、グランドラインパターン６０４の一部を下方に延長して一対の固定部Ｂを形成し、固定部Ｂのそれぞれの下端部には突起部Ａを設け、この突起部Ａを固定板１０５の係止溝１０９（凹部）に両側から嵌合させてプローブ付フィルム６０３のユニットを組み立てるようにしたことである。すなわち、実施の形態１では突起部Ａを垂直型プローブ６０６に設けた構造であったのに対し、本実施の形態３では幅広でかつ変形可動部を持たないグランドラインパターン６０４に突起部Ａを設けることによって、組立強度の向上を図るようにしている。これにより、垂直型プローブ６０６の機能は入力部６０７から出力部６１１に至る電気信号の導通のみとなり、プローブ付フィルム６０３のユニット組立強度の維持には関与しなくて済むのでプローブの線幅をより微細な構造とすることができる。

本実施の形態３において、パッド６０２（図５）が下方に移動して入力部６０７を押し下げたとき、図１１に示す斜線の部分Ｋは、垂直型プローブ６０６とグランドラインパターン６０４、及び樹脂フィルム６０５が一体となって同一の動きをする。接触力として作用する力は、グランドラインパターン６０４の入力変形部６１２と垂直型プローブ６０６の入力変形部６０８との、それぞれの変形によって生ずる復元力の和に略等しい。ただし、本実施の形態３においては、上述の通り、断面２次モーメントが小さい垂直型プローブ６０６の入力変形部６０８には小さい応力で対応可能にしているため、接触力は、グランドラインパターン６０４の入力変形部６１２が垂直型プローブ６０６の入力変形部６０８の外側にあっても、断面２次モーメントに関与する材料幅の影響が大であるため、グランドラインパターン６０４の復元力によって略生ずることになる。このことは垂直型プローブ６０６が小型化できると同時に、入力部６０７の大きい上下動作と最適な接触力を得ることを可能にする。

また、パッド６０２（図５）と接触する入力部６０７の先端部分のみ広くすること、あるいは狭くすることは、部分エッチング技術または部分メッキ技術によって可能であるので、要求される使用情況に合わせて適宜使い分けすることで技術的目標が達成可能である。

図１０は図９の右側面図で、垂直型プローブ６０６の一方の面に樹脂フィルム６０５が、他方の面に絶縁フィルム６１４（図１３に示す）が貼り付けられている。また、グランドラインパターン６０４の一方の表面が樹脂フィルム６０５に貼り付けられている。前記したように入力部６０７に加えられた接触力は、図１０に矢印Ｆで示すような力の伝達であり、丸棒１０４によってその接触力が支えられている。すなわち、プローブ６０６の入力部６０７に加えられた接触力（矢印Ｆ）はプローブ６０６から樹脂フィルム６０５及びグランドラインパターン６０４へ伝達され（図１０の矢印Ｆ１）、図９に示す垂直型プローブ６０６の変形部６０８およびグランドラインパターン６０４の変形部６１２が樹脂フィルム６０５とともに弾性変形することにより支持される。電気信号の導通については、垂直型プローブ６０６の入力部６０７に入力された電気信号は、垂直型プローブ６０６を通って伝達される（図１０の矢印Ｆ２）。

図１１において、丸棒１０４は、グランドラインパターン６０４の張出し部６１５に開けた切り欠き穴６１６と圧入嵌合している。入力変形部６１２の突出部６１７と左側の突出部６１８は、複数パターンを決められたピッチで左右に配列したとき、それぞれが接続する部分となる。従って、グランドラインパターン６０４は全てが配線のグランドと接続されなくても適当な箇所でグランド接続することが可能である。例えば入力変形部６１２と類似の端子をグランド接続が必要な箇所のみに配置すればグランド接続が可能となる。図１１では簡単に推定できる範囲であるため図示を省略する。

図１２は図９における樹脂フィルム６０５の形状を示す。この樹脂フィルム６０５は、実施の形態１の機能と略同一の機能を有し、さらに垂直型プローブ６０６及びグランドラインパターン６０４とが夫々Ｋで示す部分で機械的に結合している。なお、樹脂フィルム６０５には、実施の形態１の長穴５０６に相当する長穴６１３と、同じく穴１０８に相当し丸棒１０４が貫通する穴６１９が設けられている。

図１３は、図１０に示すように垂直型プローブ６０６に貼り付けられた絶縁フィルム６１４を示す。この絶縁フィルム６１４は、図９に示すプローブ付フィルム６０３が厚み方向に複数配列されたとき、それぞれが絶縁状態であることが必要である。この絶縁フィルム６１４を、入力部６０７がパッド６０２（図５）と接触する近傍及び出力部６１１が配線端子６２０と接触する近傍を除いて、垂直型プローブ６０６を囲い込むように貼り付けることにより、それぞれの垂直型プローブ６０６は電気的に独立した構造になる。なお、絶縁フィルム６１４には、樹脂フィルム６０５の長穴６１３に対応して長穴６２１と丸棒１０４が貫通する穴６１９が設けられている。

（実施の形態４）
次に図１４を用いて実施の形態４について説明する。図１４はプローブをＸＹ方向に組み合わせたプローブ組立体の一部を示す斜視図である。図１４に示すように、プローブ組立体７０３はＸ方向プローブ７０３ａとＹ方向プローブ７０３ｂで構成される。図ではＸＹ方向ともプローブは１枚ずつしか描かれていないが、実際は被検査チップのパッド数に応じて積層数をユニットとして設定することはもちろんである。

Ｘ方向プローブ７０３ａとＹ方向プローブ７０３ｂは、それぞれ樹脂フィルム７０５の一面に垂直型プローブ７０４が貼り付けられ、反対面にグランドラインパターン７０６が貼りつけられた３層構造に形成されている。本実施の形態では３層構造としたが、グランドラインパターンを設けない２層構造を用いてもよい。Ｘ方向プローブ７０３ａとＹ方向プローブ７０３ｂとの違いは、組み立てた時に交差位置でぶつからない様に樹脂フィルム７０５の高さ位置を互いにずらしてあることである。また、組立構造においても丸棒１０４ａ、１０４ｂを挿入する構造、支持板（図示せず）に嵌合させる構造において、前記実施の形態と同じである。

図１５はプローブ組立体７０３を一面側から見た斜視図である。樹脂フィルム７０５の一面に垂直型プローブ７０４が形成され、プローブ組立体７０３が支持板７１０に嵌めこまれた状態を示している。垂直型プローブ７０４は入力部７０１から出力部７０２に至る間の３個所に、変形部７０７、上部変形部７０８、下部変形部７０９を設けている。

図１６は垂直型プローブ７０４のパターン形状を示す正面図である。図７で示したチップの２列パッドに適応できる様に、左右対称に配置されている。この垂直型プローブ７０４の特徴は、中央部の大きな変形部７０７のほかに、入力部７０１の近傍に上部変形部７０８を設け、出力部７０２の近傍に下部変形部７０９を設けたことである。これにより、変形部に加わる接触力を分散させることができる。

図１７はグランドラインパターン７０６のパターン形状を示す正面図である。このグランドラインパターン７０６の特徴は、大きな変形部７１１の途中に補助グランドラインパターン７１２を設けたことである。この補助グランドラインパターン７１２の位置は、反対面側に設けた垂直型プローブ７０４とは樹脂フィルムをはさんで表裏関係にあり、入力部に加わる接触力を表裏両面で均等に受けることができるため、樹脂フィルムの反りを押さえることができる。また、グランドラインパターン７０６には、丸棒が圧入される切り欠き穴７１３を有する張出し部７１５、支持板が嵌る突起部７１４を有する張出し部７１６が設けられている。また、変形部７１１から左右に伸びる突出部６１７、６１８は、図１１と同様に隣接するグランドラインパターンの接続個所となる。

図１８は一面側に垂直型プローブ、裏面側にグランドラインパターンを形成するための樹脂フィルム７０５の外形形状を示す正面図である。丸棒が通る穴７１７を有する張出し部７１８、支持板が嵌る突起部７１９を有する張出し部７２０が設けられている。また、中央部には長穴７２１が開けられており、接触圧力による歪を吸収する構造となっている。

図１９は、図９のような３層のプローブ付フィルムを複数積層した場合に、隣り合う垂直型プローブ同士の電気的絶縁を確保するために間にはさむ絶縁フィルム７２２を示す正面図である。外形形状は図１８で示した樹脂フィルム７０５と全く同形状にしたが、絶縁性さえ確保できれば同形状にする必要はなく、厚さも樹脂フィルム７０５の５μｍ程度に対し２μｍ程度で充分である。ただし、丸棒が通る穴７１７は圧入ができる穴径が必要である。

本発明によれば、大口径の半導体ウエハに形成された全ての半導体チップに対し一括してプロービングテストが可能であるとともに、位置決め精度に優れ、また、組立が容易なプローバ装置を提供することができる。

従来の垂直型プローブ組立体を示す斜視図である。 従来のプローバ装置の概略構造を示す斜視図である。 従来のプローバ装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明のプローバ装置に係るシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体チップの斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体チップの斜視図である。 本発明の実施の形態２を示す正面図である。 本発明の実施の形態３を示す正面図である。 図９の側面図で、接触力及び電気信号の伝達経路を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るグランドラインパターンの正面図である。 本発明の実施の形態３に係る樹脂フィルムの正面図である。 本発明の実施の形態３に係る絶縁フィルムの正面図である。 本発明の実施の形態４に係るプローブ組立体を示す斜視図である。 図１４のプローブ組立体を裏側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るプローブを示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係るグランドラインパターンを示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係る樹脂フィルムを示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係る絶縁フィルムを示す正面図である。

符号の説明

７０ 専用テスタ
７１ プローブカード
７２ 半導体チップ
７３ 汎用コンピュータ
７４ 回路付プローブカード
７５ インターフェース
７６ テスト回路
１０１ プローブ付フィルム
１０２ 垂直型プローブ
１０３ 樹脂フィルム
１０４ 丸棒
１０５ 支持板
１０６ 配線端子
１０７ａ、１０７ｂ ダミーパターン
１０８ 穴
１０９ 係止溝
１１０ａ、１１０ｂ 突出部
１１１ 上部張出し部
１１２ 下部張出し部
２００ 垂直型プローブ組立体
２０１、２０２ 絶縁基板
２０３ 電気的接触子
２０４ 湾曲部
２０５ 垂直型プローブ
２０６ 接続構造体
２０７ フレキシブルフラットケーブル
２０８ プローブカード
５０１ 入力部
５０２ 入力変形部
５０３ 固定部
５０４ 出力変形部
５０５ 出力部
５０６ 長穴
６００ ウエハ
６０１ 半導体チップ
６０２ パッド
６０３ プローブ付フィルム
６０４ グランドラインパターン
６０５ 樹脂フィルム
６０６ 垂直型プローブ
６０７ 入力部
６０８ 入力変形部
６０９ 固定部
６１０ 出力変形部
６１１ 出力部
６１２ 入力変形部
６１３ 長穴
６１４ 絶縁フィルム
６１５ 張出し部
６１６ 切り欠き穴
６１７、６１８ 突出部
６１９ 穴
６２０ 配線端子
６２１ 長穴
７０１ 入力部
７０２ 出力部
７０３ プローブ組立体
７０３ａ Ｘ方向プローブ
７０３ｂ Ｙ方向プローブ
７０４ 垂直型プローブ
７０５ 樹脂フィルム
７０６ グランドラインパターン
７０７ 変形部
７０８ 上部変形部
７０９ 下部変形部
７１０ 支持板
７１１ 変形部
７１２ 補助グランドラインパターン
７１３ 切り欠き穴
７１４ 突起部
７１５、７１６ 張出し部
７１７ 穴
７１８ 張出し部
７１９ 突起部
７２０ 張出し部
７２１ 長穴
７２２ 絶縁フィルム

Claims (6)

1. 被検査半導体チップに設けられた複数のパッドに接触させる複数の垂直型プローブを有し、被検査半導体チップとテスタとの間の電気接続を行うプローバ装置において、複数本の垂直型プローブを有するプローブ付樹脂フィルムを複数枚並設させてなるＸ方向ユニット、及びこのＸ方向ユニットに交差する方向に配置されるＹ方向ユニットをそれぞれ複数組有し、この複数組のＸ方向ユニット及びＹ方向ユニットを支持板上に格子状に配設して位置決め固定し、Ｘ方向ユニット及びＹ方向ユニットの各交差位置に配置される前記垂直型プローブを被検査半導体チップの全てのパッドに一括接触させて被検査半導体チップとテスタとの間で信号を送受信させ、
   前記Ｘ方向ユニットとＹ方向ユニットは交差位置において上下方向に異なる空間を占有し互いに非干渉構造で延びており、また、前記Ｘ方向樹脂フィルムとＹ方向樹脂フィルムには、それぞれ弾性変形する湾曲部を有する垂直型プローブが樹脂フィルムの一面に貼り付けられた金属箔をエッチングすることにより形成され、
   前記樹脂フィルムの幅方向中央部には長手方向に沿って長穴が開けられ、この長穴は、当該長穴のほぼ半周を囲む様にＵ字状に形成されている前記垂直型プローブの湾曲部で囲まれ、前記樹脂フィルムは、前記長穴と樹脂フィルムの上側及び下側の辺部とで形成される樹脂フィルムの幅狭部の弾性変形によって、検査時に垂直型プローブの垂直軸方向の弾性復元力を有し、また、前記垂直型プローブは、前記長穴のほぼ半周を囲む様にＵ字状に形成されている前記垂直型プローブの湾曲部が、前記長穴を、両側から対になって囲む様に、対向して配置されていることを特徴とするプローブ組立体。
2. 前記樹脂フィルムの、対向して配置された垂直型プローブの間の上側の辺部付近には通し穴が開けられ、この通し穴に、複数の樹脂フィルムを貫通して棒部材を圧入して複数の樹脂フィルムの位置決め及び固定を行うことを特徴とする請求項１記載のプローブ組立体。
3. 前記通し穴の近傍には垂直型プローブの入力部が延びており、垂直型プローブの入力部は丸穴の外周に沿って半円状に曲げられて被検査半導体チップのパッドと垂直型プローブとの接触力を支持し、一方、垂直型プローブの出力部はテスタの配線端子が接触して電気的に接続する第２の湾曲部で構成されていることを特徴とする請求項２記載のプローブ組立体。
4. 前記出力部近傍で垂直型プローブの下部を突出させ、この突出部をＸ及びＹ方向ユニットの組付けを行うための支持板の溝に嵌合させてＸ及びＹ方向ユニットの位置決め及び固定を行い、また、前記樹脂フィルムに開けられた通し穴の左右対称位置に、垂直型プローブと電気導通機能を有しない垂直型プローブのダミーパターンを形成し、樹脂フィルムに加わる接触力を均等化したことを特徴とする請求項３記載のプローブ組立体。
5. 前記垂直型プローブを一面側に形成した樹脂フィルムの反対面側に、前記垂直型プローブより大きい面積の湾曲部等を有する弾性変形部を持つグランドラインパターンが形成され、該グランドラインパターンは前記通し棒が圧入される樹脂フィルムに設けられた穴と同位置の穴を有して入力部からの接触力を支持し、前記垂直型プローブと樹脂フィルムとの結合力を介してグランドラインパターンの弾性変形部から出力部への力の伝達を可能とし、電気的には弾性変形部以外の部分でグランド接続していることを特徴とする請求項３記載のプローブ組立体。
6. 前記グランドラインパターンは垂直型プローブが形成された樹脂フィルムの一面側の反対面側に形成され、この反対面に貼り付けられた金属箔をエッチングすることにより成形されており、また、前記グランドラインパターンは湾曲部を経て垂下し樹脂フィルムの下辺から突出し、この突出部の端部に設けた凸部をＸ及びＹ方向ユニットの組付けを行うための支持板の溝に嵌合させてＸ及びＹ方向ユニットの位置決め及び固定を行うことを特徴とする請求項５記載のプローブ組立体。

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