発明の名称 プローブカード 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平７−５０３２１ 公開日 平成７年（１９９５）２月２１日 出願番号 特願平５−１９３３３８ 出願日 平成５年（１９９３）８月４日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】鈴江 武彦 発明者 斉田 勝利 / 佐野 國夫 要約 目的 多数本のプローブ針の細い先端側部を被検査体の電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定できるプローブカードを提供することにある。 構成 半導体チップの微細ピッチで配列する多数の電極パッドに先端を圧接して電気的接続を行う多数本のプローブ針３１を、各々先端側部３１ａが細く途中から基端側部３１ｃが太くし、且つその各プローブ針３１の細い先端側部３１ａをガイド板に挿通して半導体チップの電極配列中心線Ｏ上に該電極と対応した微細ピッチＰで垂直に配列支持すると共に、その先端側部３１ａの上方部分で折曲し、その上方の太い基端側部３１ｃをプリント基板２１に電極配列中心線Ｏ上から両側方に一本ずつ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とする。 特許請求の範囲 【請求項１】 被検査体の微細ピッチで配列する多数の電極に先端を圧接して電気的接続を行う多数本のプローブ針をカード本体に実装してなるプローブカードにおいて、前記各プローブ針は各々先端側部が細く途中から基端側部が太くされ、且つその各プローブ針の細い先端側部をカード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持すると共に、その先端側部の上方部分で折曲し、その上方の前記太い基端側部をカード本体の針固定部に前記被検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又は２本ずつ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とするプローブカード。 【請求項２】 多数本のプローブ針の細い先端側部は、カード本体の針ガイド部に挿通して被検査体に対し略垂直に支持したことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。 【請求項３】 多数本のプローブ針の太い基端側部は、カード本体のプリント基板の下側から真っ直ぐ該基板のパターン電極に嵌合して半田付けにより接続固定したことをを特徴とする請求項２記載のプローブカード。 発明の詳細な説明 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置に用いられるプローブカードに関する。 【０００２】 【従来の技術】周知の如く、半導体製造プロセスにおいては、半導体ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の回路パターンを持つ多数のチップ（半導体デバイス）が配列して形成される。これらチップの電気的特性の検査（試験判定）は、各チップが分割される前の半導体ウエハの状態で、プローブ装置（別名：ウエハプローバ）により行われる。この検査結果、良品と判定された半導体チップのみを、次のボンディングやパッケージィング工程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図るようにしている。 【０００３】ここで、そのプローブ装置は、特開昭６４−７３６３２号公報等に示されているようなもので、メインステージにはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に構成されたウエハ載置台が備えられており、このウエハ載置台の上方には、半導体ウエハのチップの電極パッドに対応した多数のプローブ針を備えたプローブカードが固定支持されている。 【０００４】そして、ウエハ載置台上に被検査体である半導体ウエハを載置し、そのウエハ載置台をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導体ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブカードの各プローブ針の先端を接触させ、これでそのプローブ針を介しプローブカードの更に上方に配するテスタヘッド並びに外部テスタとの電気的接続を行って、そのテスタにより該半導体チップの電気的特性の測定検査を行うようになっている。 【０００５】このようなプローブ装置に用いられるプローブカードは、プリント基板に対し各プローブ針の針杆部を斜めにして取付けた斜針タイプのものが主流であったが、近年の半導体素子の高集積化に伴い、半導体ウエハ上に形成されるチップの単位面積当たりの電極パッド数の増加、並びにその電極パッドの大きさ及び配置間隔の縮小化が進み、これに対し、前述の斜針タイプのプローブカードでは該プローブ針の実装本数に限界があって対処できなくなって来た。 【０００６】そこで、最近では、前記斜針タイプのプローブカードに代わって、例えば特公平２−２８８２８号や特公昭６３−２８８６２号公報等に開示されている垂直針タイプの多ピン用高密度プローブカード（ＶＴＰＣ）が開発されて実用化されつつある。 【０００７】この垂直針タイプのプローブカードでは、多数本のプローブ針をプリント基板の中央開口に挿通し、その各プローブ針の途中から基端側部をアーチ状に折曲して該プリント基板の周囲の導電パターンに半田付けにより接続固定する一方、その各プローブ針の途中部をプリント基板の中央開口下部の固定板の小孔に挿入してエポキシ樹脂等により接着固定し、更に先端側部を下側の針ガイド部の小孔に挿通案内させる。これで、各プローブ針の途中固定部から先端側部が被検査体に対し略垂直状態に配列することになるので、前述の斜針タイプのものよりプローブ針の実装本数の大幅な増加、即ち実装針の狭ピッチ化及び多数本化が可能となる。 【０００８】ところで、最近では、スーパーコンピュータに用いられる半導体チップなど、半導体素子の更に一層の高集積化に伴い、チップ内の検査に必要な電極パッドの微細化並びに微細ピッチ配列化が進み、例えば電極パッドの大きさが約６０μm角で、その配列ピッチが約１５０〜５００μm 程度のものが検査対象となって来ており、これに対処するには、プローブ針の針先を１５μm 程度に尖鋭とした外径が約５０〜１５０μm 程度の極細のプローブ針を電極パッドの配列と対応して微細ピッチで多数本実装する必要がある。 【０００９】しかも、その各プローブ針は、接触抵抗の低減と耐久性とを図るべく金と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金製などとし、且つ針固定部から先端側部（垂直に配してオーバードライブにより座屈する部分）は前述の如く約７０μm 程度の極細としても、それより上側の基端側部は剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減を図るべく一段太く（１５０〜５００μm ）程度に成形する必要がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した超高密度プローブカードにおいては、多数本のプローブ針の極細の先端側部は、針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持できるとしても、それら各プローブ針の太い基端側部では、外径寸法に比し相互の間隔が狭すぎて互いに接触するなど干渉し、針先パターン通りに配列固定することは不可能であるので、各プローブ針を途中で大小折曲して基端側部を広範囲に拡散して固定する必要があった。 【００１１】特に、各プローブ針の基端側部を、プリント基板の上方にアーチ状に出さずに、該プリント基板のパターン電極に下側から真っ直ぐ嵌合して半田付けにより接続固定する直付けタイプのプローブカードを考えた場合、そのプリント基板に各プローブ針の太い基端側部を接続固定するための孔を針先パターン通りの微細ピッチで形成することは、その孔径に比し配列ピッチが狭すぎで充分な間隔がとれず、プリント基板の材質や孔加工技術上の限界から実現不可能である。 【００１２】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的とするところは、多数本のプローブ針の極細の先端側部を、針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定できて、特に、直付けタイプのものとして最適となるプローブカードを提供することにある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達成するために、被検査体の微細ピッチで配列する多数の電極に先端を圧接して電気的接続を行う多数本のプローブ針をカード本体に実装してなるプローブカードにおいて、前記各プローブ針は各々先端側部が細く途中から基端側部が太くされ、且つその各プローブ針の細い先端側部をカード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持すると共に、その先端側部の上方部分で折曲し、その上方の前記太い基端側部をカード本体の針固定部に前記被検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又は２本ずつ交互に偏倚して配列固定したことを特徴とする。 【００１４】本発明のプローブカードは、前記多数本のプローブ針の細い先端側部を、カード本体の針ガイド部に挿通して被検査体に対し座屈可能に略垂直に支持した垂直針タイプであることを特徴とする。 【００１５】本発明のプローブカードは、前記多数本のプローブ針の太い基端側部を、カード本体のプリント基板の下側から真っ直ぐ該基板のパターン電極に嵌合して半田付けにより接続固定した直付けタイプであることを特徴とする。 【００１６】 【作用】前記構成のプローブカードであれば、多数本のプローブ針は、剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減を図るべく、各々先端側部が細く途中から基端側部が太くされているが、その各プローブ針の細い先端側部がカード本体の針ガイド部に挿通して前記被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持される一方、その先端側部の上方部分が折曲され、その上方の前記太い基端側部がカード本体の針固定部に前記被検査体の電極配列中心線上から両側方に一本ずつ又は２本ずつ交互に偏倚して配列固定されるので、即ち各プローブ針の太い基端側部が一本ずつ或いは２本ずつ交互に「ちどり足状に」配列されるので、各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉せずに適当な間隔を存して、出来るだけ針先パターンに近い狭い平面積内に旨く配列固定できるようになり、特に直付けタイプのプローブカードとして、微細ピッチ配列の多数本のプローブ針の基端側のプリント基板への接続固定用の孔加工が相互に充分な間隔を存して楽にできる上に、その多数の接続固定孔が広範囲に拡散するのを抑えることができて最適となる。 【００１７】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１（ａ）（ｂ）及び図２により説明する。まず、図２は半導体製造プロセスにおいて半導体ウエハＷ上に形成したチップ（半導体デバイス）の電気的特性を検査（試験判定）するプローブ装置（別名：ウエハプローバ）の一部分を断面で示している。 【００１８】このプローブ装置は、この基台（図示せず）の略中央のメインステージにＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に構成されたウエハ載置台１が備えられ、このウエハ載置台１の上面に被検査体である半導体ウエハＷを真空チャックして水平状態に位置決め保持できる。 【００１９】一方、そのウエハ載置台１の上方には、前記基台と平行に設けられたヘッドプレート及びインサートリングにカードホルダー（いずれも図示せず）を介して本発明のプローブカード２が固定支持されていると共に、その上側にコンタクトリング３並びにテストヘッド４が設置され、外部テスタ５と接続されている。 【００２０】前記プローブカード２は、半導体ウエハＷの高密度・高集積化に対処すべく、プローブ針３１の実装本数の大幅な増加、即ち実装針の狭ピッチ化及び多数本化を図った垂直針タイプの超高密度針プローブカードで、しかも直付けタイプのプローブカードである。 【００２１】このプローブカード２の構成を以下に述べると、まず、プローブカード本体として、プリント基板２１と、この下側に次々と位置決めピンや締結ねじ（図示せず）等により同心的に固着されるリング状の固定ブロック２２，２３，２４，２５と、これら固定ブロック内部空間の上部寄りに固定ブロック２３，２４により挟持するかたちで水平に固定された針ガイド板２７と、同様に固定ブロック内部空間の下端部に固定ブロック２５に嵌着して水平に固定された上下２枚のガイド板２８，２９とが備えられている。 【００２２】その針ガイド板２７，２８，２９は、それぞれ絶縁性の樹脂プレートで、それぞれに針ガイド部として針挿通用の小孔２７ａ，２８ａ，２９ａ（図１参照）が下記の針実装本数並びに配列に対応して、即ち前記被検査体であるウエハＷの電極パッドＥの配列中心線Ｏ上に該電極パッドＥと対応した微細ピッチＰで多数配列して穿設されている。一方、前記プリント基板２１には図１に示す如く孔開きパターン電極２１ａが孔加工して埋め込むように配設されている。この孔開きパターン電極２１ａは前記電極配列中心線Ｏ上から両側方に一個ずつ交互に一定距離偏倚して「ちどり足状に」多数列設されている。 【００２３】こうしたプローブカード２のカード本体にプローブ針３１が多数本（図２には５本のみ示したが、実際には約１５mm2 内に千本以上）格子状に沿って微細ピッチで配列実装されている。 【００２４】即ち、まず、前記各プローブ針３１は、図１に示す如く、接触抵抗の低減と耐久性とを図るべく金と銅（Ａｕ−Ｃｕ）の合金製で、且つ電極パッドＥの大きさが約６０μm 角で、その配列ピッチが約１５０〜５００μm 程度の高集積化・高密度の半導体チップを検査対象とすべく、途中から先端側部（下側方部分）３１ａが極細（外径ｄ＝７０μm 程度）とされ、更にその先端の針先３１ｂが円錐形状に尖鋭化されて、その直径ｄ′が１５μm 程度の平坦面に成形されている。 【００２５】また、そのプローブ体３１は、剛性強度のアップ並びに導体抵抗の低減を図るべく、途中から上側に伸びる基端側部３１ｃが、前記先端側部３１ａより一段太い所要の外径寸法（外径Ｄ＝２００μm 程度）に成形されている。しかも、この各プローブ針３１は前述の如く細い先端側部３１ａの上方部分（付根部分）で略クランク形状に折曲され、この折曲部３１ｄにより基端側部３１ｃの中心が先端側部３１ａの中心から一定距離偏心せしめられている。 【００２６】こうした構成の各プローブ針３１の細い先端側部３１ａが針ガイド板２７の各小孔２７ａに上方から一本ずつ垂直に挿入され、その各針先３１ｂが更に下方のガイド板２８，２９の小孔２８ａ，２９ａに挿入されて、その下方に僅か（略２５０μm 程度）突出する状態とされ、この状態で前記針ガイド板２７上にエポキシ樹脂等の接着剤３２を充填して該プローブ針３１の途中が接着固定されている。これで各プローブ針３１の途中の接着固定部から先端側部３１ａが被検査体であるウエハＷに対し各々略垂直状態で且つそのウエハＷの電極パッドＥの配列中心線Ｏ上に該電極パッドＥと対応した微細ピッチＰで配列支持されていると共に、その先端側部３１ａの途中（ガイド板２７とガイド板２８との間）に略１０ｍｍ程度の長さの座屈部３１ｅが確保されている。 【００２７】また、その各プローブ針３１の途中を前述の如くエポキシ樹脂等の接着剤３２で接着固定部する際、その途中の略クランク形状の折曲部３１ｄを一本ずつ交互に逆向きとなる状態に位置決めして接着固定する。これで各プローブ針３１の太い基端側部３１ｃが前記電極配列中心線Ｏ上から両側方に一本ずつ交互に一定距離偏倚して「ちどり足状に」配列され、そのままプリント基板２１の孔開きパターン電極２１ａに一本ずつ下側から真っ直ぐ嵌合されて、その端末（上端）が半田付けにより該パターン電極２１ａに接続固定されている。 【００２８】これで、多数本のプローブ針３１は、各々先端側部３１ａが細く途中から基端側部３１ｃが太くされているが、その各プローブ針３１の細い先端側部３１ａがカード本体の針ガイド部に小孔２７ａ，２８ａ，２９ａに挿通して前記被検査体の電極配列中心線Ｏ上に該電極Ｅと対応した微細ピッチＰで配列支持される一方、その先端側部３１ａの上方部分が折曲され、その上方の前記太い基端側部３１ｃが、カード本体の針固定部である接着剤３２による固定部や、その上方のプリント基板２１のパターン電極２１ａに対し、前記電極配列中心線Ｏ上から両側方に一本ずつ交互に偏倚して配列されるので、即ち各プローブ針３１の太い基端側部３１ｃが一本ずつ交互に「ちどり足状に」配列されるので、各プローブ針３１の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針３１の太い基端側部３１ｃを互いに干渉せずに適当な間隔Ｍ，Ｎを存して、出来るだけ針先パターンに近い狭い平面積内に旨く配列固定できるようになる。 【００２９】このために、特に図示した直付けタイプのプローブカードとした場合、微細ピッチ配列の多数本のプローブ針３１の太い基端側部３１ｃを嵌合するプリント基板２１の各パターン電極２１ａの孔加工が相互に充分な間隔を存して楽にできる上に、その多数の孔が広範囲に拡散するのを抑えることができて最適となる。これでプローブカード全体のコンパクト化や各プローブ針３１の短縮化などが図れて、優れたテスティング特性が得られるようになる。 【００３０】なお、そのテスティングは、プローブ装置のウエハ載置台１上に半導体ウエハＷを載置し、そのウエハ載置台１をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導体ウエハＷ上の各チップの電極パッドＥにプローブカード２の各プローブ針３１の針先を接触させ、これでそのプローブ針３１とプローブカード２の上方に配するコンタクトリング３並びにテストヘッド４を介して外部テスタ５を電気的に接続し、そのテスタ５により該半導体チップの電気的特性の測定検査を行うようになる。 【００３１】そのウエハ載置台１を上昇させて半導体ウエハＷのチップの電極パッドＥ面を各プローブ針３１の針先に接触させた際、そこで更にオーバードライブ（ウエハ載置台１の上昇）をかけて、各プローブ針３１を前記ガイド板２７と下側ガイド板２８との間で図示想像線で示す如く座屈させながら、それぞれ電極パッドＥに対する所要の接触面圧を確保し、この圧接状態で、更に前記ウエハ載置台１を水平方向に数回微細変位させて、該電極パッドＥ面の酸化皮膜を針先で掻き取ることで、各プローブ針３１と電極パッドＥとの確実な電気的接続を行うようにする。 【００３２】図３は本発明のプローブカードの他の実施例を示すもので、ここでは、図示の如く、前述同様の多数本のプローブ針３１はの細い先端側部３１ａをカード本体の針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線Ｏ上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持すると共に、その先端側部の上方部分で略クランク状に折曲し、その上方の太い基端側部３１ｃをカード本体の針固定部であるプリント基板に前記被検査体の電極配列中心線Ｏ上から両側方に２本ずつ交互に偏倚して「２個ちどり足状に）配列固定した構成である。この構成でも前述と同様の作用効果が得られるようになる。 【００３３】 【発明の効果】本発明のプローブカードは、前述の如く構成したので、多数本のプローブ針の極細の先端側部を、針ガイド部に挿通して被検査体の電極配列中心線上に該電極と対応した微細ピッチで配列支持できると共に、それら各プローブ針の途中での曲りを最小限に抑えながら、その各プローブ針の太い基端側部を互いに干渉せずに且つ出来るだけ狭い平面積内に旨く配列固定できて、特に、直付けタイプのものとして最適である。