KR100915179B1

KR100915179B1 - 프로브 카드

Info

Publication number: KR100915179B1
Application number: KR1020077014131A
Authority: KR
Inventors: 다카시 아메미야; 히사토미 호사카
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: TW200716987A; JP4472593B2; WO2007007544A1; US7541820B2; TWI293120B; KR20070104531A; JP2007024533A; US20080150558A1

Abstract

본 발명은 웨이퍼와 프로브의 접촉을 안정시키는 것을 목적으로 한다.

프로브 카드는 프로브를 지지하는 콘택터와, 콘택터와 전기적으로 접속되는 프린트 배선 기판을 구비한다. 콘택터와 프린트 배선 기판 사이에는 탄성 시트가 개재된다. 탄성 시트는 콘택터의 외주측보다도 중앙측의 탄성이 약해지도록 형성된다. 탄성 시트가 압축된 때에 탄성 시트로부터 콘택터에 작용하는 탄성 반력은 콘택터의 외주측에 비해 중앙부측이 약해진다. 이에 따라, 고정단으로부터 멀어져 최대로 휘는 콘택터의 중앙부의 휨량이 저감되며, 콘택터의 수평성이 유지된다.

Description

프로브 카드{PROBE CARD}

본 발명은 웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 카드에 관한 것이다.

예컨대 반도체 웨이퍼 상에 형성된 IC, LSI 등의 전자 회로의 전기적 특성의 검사는 프로브 카드를 갖는 프로브 장치를 이용하여 행해지고 있다. 프로브 카드는, 통상 다수의 프로브를 지지하는 콘택터와, 상기 콘택터와 전기적으로 접속되어 있는 회로 기판을 갖고 있다. 콘택터는 프로브가 지지된 하면이 웨이퍼에 대향하도록 배치되며, 회로 기판은 콘택터와의 전기적인 접속이 유지되도록 콘택터의 상면측에 겹쳐져서 배치되고 있다. 웨이퍼의 전기적 특성의 검사는 복수의 프로브를 웨이퍼 상의 전자 회로의 각 전극에 접촉시켜, 회로 기판, 콘택터 및 프로브를 통하여, 웨이퍼 상의 전극에 검사용의 전기 신호를 전달함으로써 행해지고 있다.

전기적 특성의 검사는 예컨대 -20℃∼150℃의 광범위한 온도 영역에서 행해진다. 이 때문에, 검사 시에 예컨대 열적 영향에 의해 회로 기판이 팽창 또는 수축하며, 회로 기판의 평탄성, 수평성이 저하하는 경우가 있다. 이 경우, 회로 기판과 콘택터의 전기적인 접촉이 콘택터면 내에서 불안정하게 되며, 검사가 적정하게 행해지지 않게 된다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 현재 예컨대 콘택터와 회로 기판 사이에, 상하면으로 스프링 형상의 상호 접촉 요소를 부착한 기판으로 이루어지는 개재체를 개재시키는 것이 제안되고 있다(특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본국 공개 특허 공보 평10-506197호

도 1은 프로브 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.

도 2는 탄성 시트의 평면도.

도 3은 탄성 시트의 종단면도.

도 4는 탄성 시트 및 콘택터의 평면도.

도 5는 웨이퍼를 프로브에 접촉시켰을 때의 콘택터에 관한 하중을 도시하는 프로브 장치의 종단면도.

도 6은 복수의 접속핀을 갖는 프로브 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도.

도 7은 접속핀의 구성을 도시하는 종단면도.

도 8은 콘택터의 영역을 설명하기 위한 콘택터의 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프로브 장치

2 : 프로브 카드

10 : 프로브

11 : 콘택터

12 : 탄성 시트

13 : 프린트 배선 기판

W : 웨이퍼

그러나, 전술한 바와 같은 복수의 부재로부터 구성되는 개재체를, 회로 기판과 콘택터 사이에 부착한 경우, 프로브 카드 전체의 구조가 복잡해진다. 또한, 전술한 개재체는 상하 방향으로 폭을 취하므로, 예컨대 콘택터와 회로 기판이 멀어져, 프로브 카드 전체가 대형화된다.

그래서, 콘택터와 회로 기판 사이에, 도전성과 탄성을 갖는 시트형의 인터포저를 부착하고, 이 인터포저에 의해, 회로 기판과 콘택터의 전기적 접촉을 유지하는 것을 제안할 수 있다.

그러나, 이 경우, 인터포저는 콘택터면 내에서 균일한 탄성을 가지므로, 인터포저의 탄성 반력에 의해 인터포저로부터 콘택터에 작용하는 하중은 콘택터면 내에서 등분포하중이 된다. 이 때문에, 프로브와 웨이퍼의 접촉시에는 인터포저로부터 콘택터에 등분포하중이 걸려, 콘택터의 외주부의 고정단으로부터 멀어진 콘택터의 중앙부가 크게 휘는 경우가 있다. 이 경우, 콘택터면의 평탄성이 손상되며, 콘택터에 지지된 복수의 프로브의 높이가 변동하게 된다. 이렇게 되면, 검사 시의 각 프로브와 웨이퍼의 접촉이 불안정하게 되며, 웨이퍼의 전기적 특성의 검사가 적정하게 행해지게 된다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 웨이퍼 등의 피검사체와 프로브의 접촉을 안정시켜, 전기적 특성의 검사를 적정하게 행하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 카드로서, 프로브를 피검사체측의 하나의 면에 지지하는 콘택터와; 상기 콘택터의 다른 면에 대향하여, 상기 콘택터와 전기적으로 접속되는 회로 기판과; 상기 콘택터의 다른 면과 상기 회로 기판 사이에 개재되어, 상기 콘택터와 상기 회로 기판을 전기적으로 접속하며, 탄성을 갖는 접속체를 포함하고, 상기 접속체는 상기 콘택터의 외주측보다도 중앙측에 가까운 부분의 탄성이 작아지도록 형성되어 있다.

본 발명에 따르면, 접속체의 탄성에 의해 접속체로부터 콘택터에 작용하는 하중이 콘택터의 외주측보다도 중앙측에서 작아진다. 이에 따라, 하중에 의해 휘기 쉬운 콘택터의 중앙부의 휨량이 저감된다. 이 결과, 콘택터 전체의 평탄성이 향상하며, 콘택터의 프로브의 높이 변동이 저감되고, 프로브와 피검사체의 접촉이 안정된다.

상기 접속체는, 상기 콘택터의 다른 면에 접촉하는 시트형으로 형성되며, 상기 접속체는 상기 콘택터의 외주측으로부터 중앙측으로 근접함에 따라 단계적으로 탄성이 작아지도록 형성되어 있더라도 좋다.

상기 접속체에는, 평면에서 보아 상기 콘택터의 중심을 원심으로 하는 동심원형으로 탄성이 상이한 영역이 형성되어 있더라도 좋다.

상기 접속체는, 상기 콘택터의 다른 면 내에 배치된 복수의 접속핀이며, 상기 콘택터의 다른 면의 중앙측에는, 외주측의 접속핀보다도 탄성이 작은 접속핀이 배치되어 있더라도 좋다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 프로브와 피검사체의 접촉이 안정되어 행해지므로, 고정밀도로 신뢰성이 높은 검사를 행할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 프로브 카드를 탑재한 프로브 장치(1)의 내부 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.

프로브 장치(1)는, 예컨대 프로브 카드(2)와, 피검사체로서의 웨이퍼(W)를 적재한 적재대(3)와, 프로브 카드(2)를 유지하는 카드 홀더(4)를 구비하고 있다.

프로브 카드(2)는, 예컨대 전체가 거의 원반형으로 형성되어 있다. 프로브 카드(2)는 복수의 프로브(10)를 지지하는 콘택터(11)와, 접촉체로서의 탄성 시트(12)에 의해 콘택터(11)와 전기적으로 접속되는 회로 기판으로서의 프린트 배선 기판(13)과, 프린트 배선 기판(13)을 보강하는 보강 부재(14)를 구비하고 있다.

콘택터(11)는, 예컨대 거의 사각판형으로 형성되며, 적재대(3)와 대향하도록 프로브 카드(2)의 하면측에 배치되어 있다. 콘택터(11)의 하면에는, 복수의 프로브(10)가 접합되어 지지되고 있다. 콘택터(11)의 내부에는, 각 프로브(10)와 상면측의 탄성 시트(12)를 통전하기 위한 접속 배선(11a)이 형성되어 있다.

프린트 배선 기판(13)은, 예컨대 거의 원반형으로 형성되며, 콘택터(11)의 상측으로 콘택터(11)와 평행하게 되도록 배치되어 있다. 프린트 배선 기판(13)의 내부에는, 도시하지 않은 테스트 헤드와 콘택터(11) 사이에서 전기 신호를 전달하기위한 전자 회로가 형성되어 있다.

프린트 배선 기판(13)과 콘택터(11) 사이에는, 탄성 시트(12)가 개재되어 있다. 탄성 시트(12)는, 예컨대 도 2에 도시한 바와 같이 원형 형상으로 형성되며, 콘택터(11)의 상면을 덮도록 배치되어 있다. 탄성 시트(12)는 주로 절연성 및 탄성을 갖는 예컨대 고무로 형성되어 있다. 탄성 시트(12)는 예컨대 100 ㎛ 정도의 두께로 형성되어 있다.

탄성 시트(12)의 면 내에는, 복수의 도전부(20)가 밀접하게 형성되어 있다. 도전부(20)는 도 3에 도시한 바와 같이 두께 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 도전부(20)는 탄성 시트(12)의 고무재 내에 도전성 입자를 충전함으로써 형성되어 있다. 이 도전부(20)에 의해, 콘택터(11)와 프린트 배선 기판(13) 사이를 전기적으로 접속할 수 있다.

탄성 시트(12)는, 도 4에 도시한 바와 같이 평면에서 보아 콘택터(11)의 중심을 원심으로 하는 동심원형으로 분할된, 복수 예컨대 3개의 시트(12a, 12b, 12c)에 의해 구성되어 있다. 제1 시트(12a)는 탄성 시트(12)의 중앙부에 위치하는 원형 형상으로 형성되며, 제2 시트(12b)는 제1 시트(12a)의 외측에 위치하는 환상으로 형성되어 있다. 제3 시트(12c)는 제2 시트(12b)의 더 외측으로서 탄성 시트(12)의 외주부에 위치하는 환상으로 형성되어 있다. 탄성 시트(12)는 이들의 시트(12a∼12c)를 합성하여 형성되고 있다.

탄성 시트(12)는 외주측보다도 중앙측의 탄성이 단계적으로 작아지도록 형성되어 있다. 즉 제2 시트(12c)보다도 제2 시트(12b)의 탄성이 작고, 제2 시트(12b)보다도 제1 시트(12a)의 탄성이 작아지도록, 각 시트(12a∼12c)의 탄성이 설정되어 있다. 각 시트(12a∼12c)의 탄성은 예컨대 각 시트를 탄성 계수가 상이한 재질로 형성함으로써 설정되어 있다. 이에 따라, 콘택터(11)와 프린트 배선 기판(13) 사이에서 탄성 시트(12)가 압축된 때에, 콘택터(11)에의 탄성 반력이 탄성 시트(12)의 외주측보다 중앙측이 약해진다.

도 1에 도시하는 보강 부재(14)는 예컨대 거의 원반 형상을 가지고, 프린트 배선 기판(13)의 상면측에 프린트 배선 기판(13)과 평행하게 배치되어 있다.

예컨대 보강 부재(14)의 외주부의 하면에는, 콘택터(11), 프린트 배선 기판(13) 및 보강 부재(14)를 연결하여 일체화하기 위한 연결체(30)가 고정되어 있다. 연결체(30)는, 예컨대 보강 부재(14)의 상면측으로부터 보강 부재(14)를 두께 방향으로 관통하는 볼트(31)에 의해 고정되어 있다.

연결체(30)는, 예컨대 상하 방향으로 긴 거의 사각 기둥 형상으로 형성되어 있다. 연결체(30)는 예컨대 콘택터(11)의 외주부의 복수 개소에 설치된다. 각 연결체(30)는 평면에서 보아 콘택터(11)의 중심을 원심으로 하는 동일 원주 상에 등간격으로 배치되어 있다.

연결체(30)는, 예컨대 프린트 배선 기판(13)을 두께 방향으로 관통하며, 하단부가 콘택터(11)의 외주부의 외측의 위치까지 도달하고 있다. 연결체(30)의 하단면에는 볼트(40)에 의해, 판 스프링(41)이 고정되어 있다. 이 판 스프링(41)에 의해, 콘택터(11)의 외주부를 아래쪽에서 유지하면서, 콘택터(11)를 프린트 배선 기판(13)측으로 가압하며, 콘택터(11)와 프린트 배선 기판(13)의 전기적인 접촉을 유지할 수 있다. 또한, 이 판 스프링(41)에 의한 고정에 의해, 콘택터(11)의 외주부가 고정단으로 되어 있다.

보강 부재(14)에는, 예컨대 상면측으로부터 두께 방향으로 관통하며, 프린트 배선 기판(13)의 상면에 접촉하는 평행 조정 나사(50)가 설치된다. 이 평행 조정 나사(50)는 보강 부재(14)의 면 내의 복수 개소에 설치된다. 각 평행 조정 나사(50)를 회전시켜, 각 평행 조정 나사(50)가 프린트 배선 기판(13)의 상면을 누르는 거리를 조정함으로써, 프린트 배선 기판(13)의 수평도를 조정할 수 있다.

적재대(3)는, 예컨대 구동 장치(60)에 의해 좌우 방향 및 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 적재한 웨이퍼(W)를 삼차원 이동시켜, 웨이퍼(W)의 원하는 부분을 프로브(10)에 접촉시킬 수 있다.

카드 홀더(4)는, 예컨대 프로브 카드(2)의 상면을 덮는 상부판(70)과, 상부판(70)의 외주부를 지지하여 프로브 장치(1)의 본체에 장착되는 홀더(71)를 구비하고 있다.

상부판(70)은, 예컨대 거의 원반 형상으로 형성되어 있다. 예컨대 상부판(70)의 하면측에 오목부가 형성되며, 그 오목부에 프로브 카드(2)의 상부측이 수용되어 있다. 상부판(70)은 복수의 볼트(72)에 의해 보강 부재(14)에 접속되어 있다.

상부판(70)은, 상부판(70)의 외주부의 상면으로부터 상부판(70)을 두께 방향으로 관통하는 볼트(73)에 의해, 홀더(71)에 고정되어 있다. 홀더(71)는 도시하지 않은 프로브 장치(1)의 본체에 고정되어 있다.

이상과 같이 구성된 프로브 장치(1)에 있어서, 웨이퍼(W)의 전기적 특성이 검사되는 때에는, 우선 웨이퍼(W)가 적재대(3) 상에 적재된다. 다음으로, 예컨대 적재대(3)가 이동하여, 웨이퍼(W)가 프로브 카드(2)에 가깝게 되고, 웨이퍼(W)의 각 전극이 각 프로브(10)에 가압되고 접촉된다. 그리고, 프린트 배선 기판(13), 탄성 시트(12), 콘택터(11) 및 프로브(10)를 통해, 웨이퍼(W)에 검사용의 전기 신호가 전달되며, 웨이퍼(W)의 전자 회로의 전기적 특성이 검사된다.

프로브(10)와 웨이퍼(W)의 접촉 시에는, 프로브 카드(2)에 상방향의 하중이 걸리며, 그 하중에 의해 탄성 시트(12)가 압축된다. 이 때의 탄성 시트(12)의 탄성반력은 탄성의 차이에 의해, 제1 시트(12a)의 탄성 반력이 가장 약하고, 다음으로 제2 시트(12b)의 탄성 반력이 약하고, 제3 시트(12c)의 탄성 반력이 가장 강하게 된다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 탄성 시트(12)의 중앙측이 약하고, 외주측이 강하게 된다. 이에 따라, 콘택터(11)의 중앙측에 작용하는 하중이 외주측에 비해 작아진다. 이 결과, 외주부를 판 스프링(41)에 의해 고정시킨 콘택터(11)에 있어서, 최대로 휘는 중앙부 부근의 휨량이 저감된다.

이상의 실시형태에 따르면, 탄성 시트(12)의 면 내에, 외주측에 비해 중앙측이 작아지는 탄성의 분포를 형성했으므로, 탄성 시트(12)로부터 콘택터(11)에 작용하는 하중의 분포는 중앙측이 약하고 외주측이 강하게 된다. 이에 따라, 휘기 쉬운 콘택터(11)의 중앙측에 작용하는 하중이 감소하므로, 콘택터(11)의 중앙 부근의 휨량이 감소하고, 콘택터(11)면 내의 수평성을 유지할 수 있다. 이 결과, 콘택터(11)에 지지된 복수의 프로브(10)의 높이의 변동이 억제되며, 각 프로브(10)와 웨이퍼(W)의 접촉이 더욱 안정하여 행해진다.

이상의 실시형태에서는, 탄성 시트(12)가 탄성이 상이한 3개의 시트로 분할되어 있지만, 3개 이외의 복수의 시트로 분할되어 있더라도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 탄성 시트(12)가 3개의 시트(12a∼12c)로 구성되며, 탄성을 단계적으로 바꾸고 있었지만, 탄성 시트(12)의 면 내의 탄성이 외주측으로부터 중앙측을 향해 연속적으로 작아지도록, 탄성 시트(12)를 구성하더라도 좋다. 이 경우, 예컨대 탄성 시트(12)의 재료 성분에 있어서, 탄성을 갖는 재료의 혼합 비율을 외주측으로부터 중앙측을 향해 점차로 감소시킴으로써, 탄성 시트(12)에 있어서의 탄성이 연속적인 분포를 실현하더라도 좋다.

이상의 실시형태에서 기재한 탄성 시트(12) 대신에, 콘택터(11)와 프린트 배선 기판(13)을 전기적으로 접속하는 복수의 접속핀을 이용하더라도 좋다.

도 6은 이러한 일례를 도시하는 것으로, 예컨대 프린트 배선 기판(13)과 콘택터(11)의 상면 사이에는, 일정 폭의 간극이 설치되고, 그 간극에는, 탄성 및 가요성이 있는 복수의 접속핀(90)이 설치된다. 접속핀(90)은 콘택터(11)의 면 내에 거의 균등하게 배치된다. 접속핀(90)은 도전성이 있는 예컨대 니켈에 의해 형성되어 있다. 접속핀(90)은 예컨대 도 7에 도시한 바와 같이 하단부가 콘택터(11)의 상면의 접속 단자(11b)에 접합되어 있다. 이 접속 단자(11b)는 콘택터(11)의 접속 배선(11a)에 접속되어 있다. 접속핀(90)은 접속 단자(11b)와의 접합부보다도 상부측이 프린트 배선 기판(13)측을 향해 굴곡하며, 상단부가 프린트 배선 기판(13)의 접속 단자(13a)에 가압하여 접촉하고 있다. 접속핀(90)의 상단부는 프린트 배선 기판(13)에 대해 접촉을 유지하면서, 상하 좌우로 자유롭게 이동할 수 있다.

예컨대 접속핀(90)이 배치된 콘택터(11)의 상면은, 도 8에 도시한 바와 같이 평면에서 보아 콘택터(11)의 중심을 원심으로 하는 동심원형으로, 복수 예컨대 3개의 영역(R1, R2, R3)으로 구획되어 있다. 제1 영역(R1)은 콘택터(11)의 중앙부에 위치하는 원형 영역이며, 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)의 외측에 위치하는 환상 영역이다. 제3 영역(R3)은 제2 영역(R2)의 더 외측으로서 콘택터(11)의 외주부에 위치하는 환상 영역이다.

콘택터(11)의 각 영역(R1∼R3) 내에는 각각 접속핀(90)이 배치되어 있다. 콘택터(11)에는, 외주측보다도 중앙측에, 탄성이 더 작은 접속핀(90)이 배치되어 있다. 즉 제2 영역(R2)에는 제3 영역(R3)보다도 탄성이 작은 접속핀(90)이 배치되며, 제1 영역(R1)에는 제2 영역(R2)보다도 탄성이 작은 접속핀(90)이 배치되어 있다. 각 영역(R1∼R3)의 접속핀(90)은 예컨대 재질을 바꾸거나, 핀 직경을 바꿈으로써 소정의 탄성으로 설정되어 있다.

이러한 경우에 있어서도, 프로브(10)와 웨이퍼(W)의 접촉 시에, 복수의 접속핀(90) 전체로부터 콘택터(11)에 작용하는 하중은 중앙측이 약하고 외주측이 강하게 된다. 그 때문에, 휘기 쉬운 콘택터(11)의 중앙측에 작용하는 하중이 감소하며, 콘택터(11)의 중앙 부근의 휨량이 감소하여, 콘택터(11)면 내의 수평성이 유지된다. 이 결과, 콘택터(11)에 지지된 복수의 프로브(10)의 높이의 변동이 억제되며, 각 프로브(10)와 웨이퍼(W)의 접촉이 더욱 안정하여 행해진다.

이 예에 있어서도, 접속핀(90)의 탄성을 영역(R1∼R3)마다 단계적으로 바꾸는 것이 아닌, 콘택터(11)의 외주측으로부터 중앙측을 향해 서서히 연속적으로 접속핀(90)의 탄성을 작아지게 하더라도 좋다. 이 경우, 동일한 탄성의 접속핀(90)을 동일 원주 상에 배치하며, 상이한 탄성의 접속핀(90)을 동심원 형으로 배치함으로써 실현하더라도 좋다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범위 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예로 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다. 예컨대 본 발명은 피검사체가 웨이퍼(W) 이외의 FPD(플랫 패널 디스프레이) 등의 다른 기판인 경우에도 적용할 수 있다.

본 발명은 피검사체와 프로브의 접촉을 안정시켜, 전기적 특성의 검사 신뢰성을 향상할 때에 유용하다.

Claims

피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 카드로서,

프로브를 피검사체측의 하나의 면에 지지하는 콘택터와,

상기 콘택터의 다른 면에 대향하며, 상기 콘택터와 전기적으로 접속되는 회로 기판과,

상기 콘택터의 다른 면과 상기 회로 기판 사이에 개재되어 상기 콘택터와 상기 회로 기판을 전기적으로 접속하며, 탄성을 갖는 접속체

를 포함하고, 상기 접속체는 상기 콘택터의 외주측보다도 중앙측에 가까운 부분의 탄성이 작아지도록 형성되어 있는 것인, 프로브 카드.
제1항에 있어서,

상기 접속체는, 상기 콘택터의 다른 면에 접촉하는 시트형으로 형성되며,

상기 접속체는, 상기 콘택터의 외주측으로부터 중앙측에 근접함에 따라 단계적으로 탄성이 작아지도록 형성되어 있는 것인, 프로브 카드.
제2항에 있어서,

상기 접속체에는, 평면에서 보아 상기 콘택터의 중심을 원심으로 하는 동심원 형으로 탄성이 상이한 영역이 형성되어 있는 것인, 프로브 카드.
제1항에 있어서,

상기 접속체는, 상기 콘택터의 다른 면 내에 배치된 복수의 접속핀이며,

상기 콘택터의 다른 면의 중앙측에는, 외주측의 접속핀보다 탄성이 작은 접속핀이 배치되어 있는 것인, 프로브 카드.