JP2014020979A

JP2014020979A - Connection structure and semi-conductor inspection device

Info

Publication number: JP2014020979A
Application number: JP2012161196A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tanaka; 勇一田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP5975768B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology capable of suppressing influence of a change at a tip position of a probe pin.SOLUTION: A connection structure 11 connects a probe card 2 having a probe pin 2a to be connected to a wafer 16 to a test board 1. The connection structure 11 is so configured as to have a prober head plate 3 which is a holding member, and a spring pin 4 which is a variable-shape pin. The prober head plate 3 retains the probe card 2 to the test board 1 to be freely detachable. The spring pin 4 is disposed on the test board 1, and is elastically deformed according to a distance between the test board 1 and the probe card 2 to come into contact with the probe card 2.

Description

本発明は、被検体に接触されるプローブピンを有するプローブカードと、テストボードとを接続する接続構造、及び、その接続構造を有する半導体検査装置に関するものである。 The present invention relates to a connection structure for connecting a probe card having a probe pin to be in contact with a subject and a test board, and a semiconductor inspection apparatus having the connection structure.

様々な周辺温度下で、半導体デバイスの電気特性を検査する半導体検査装置が知られており、この装置に関して様々な技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、このような半導体検査装置の一種として、プローブカードのプローブピンを下ろして半導体デバイス上部に接触させる、プローブカード吊り下げ式の装置が知られている。 A semiconductor inspection apparatus that inspects the electrical characteristics of a semiconductor device under various ambient temperatures is known, and various techniques have been proposed for this apparatus (see, for example, Patent Document 1). As one type of such a semiconductor inspection apparatus, a probe card hanging type apparatus is known in which a probe pin of a probe card is lowered and brought into contact with an upper part of a semiconductor device.

特開２００１−３２６２５９号公報JP 2001-326259 A

現在、被検体たる半導体デバイスのサイズが非常に小さくなっていることから、半導体デバイス上のコンタクト用パッドに対して、プローブピンを高い精度で位置合わせすることが求められている。しかしながら、上述のように周辺温度を変化させると、それに応じてテストボードなどが膨張／収縮するなどして変形する結果、プローブピンの先端位置が、プローブピンを下ろす方向において変動する。 Currently, since the size of a semiconductor device as a subject is very small, it is required to align the probe pin with high accuracy with respect to a contact pad on the semiconductor device. However, when the ambient temperature is changed as described above, the tip position of the probe pin fluctuates in the direction in which the probe pin is lowered as a result of the test board and the like expanding and contracting accordingly.

そのため、周辺温度を急激に変化させた場合には、プローブピンの先端位置の変動が収束するまで待機しなければならず、検査を開始するまでに時間がかかるという問題があった。また、ウェハステージなどの熱源に対する位置によってプローブピンの変動量が異なるため、当該位置によっては、プローブピンの接触圧が不足することにより不良でないものを不良と判定してしまう間違いが生じたり、あるいは、接触圧が過剰となることにより半導体デバイスにダメージを与える可能性が生じたりするという問題があった。 For this reason, when the ambient temperature is rapidly changed, there is a problem that it takes time to start the inspection because it is necessary to wait until the fluctuation of the tip position of the probe pin converges. In addition, since the amount of fluctuation of the probe pin varies depending on the position with respect to the heat source such as the wafer stage, depending on the position, an error may occur in which a non-defective one is determined as defective due to insufficient contact pressure of the probe pin, or In addition, there is a problem in that the contact pressure may be excessive, which may cause damage to the semiconductor device.

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、プローブピンの先端位置における変動の影響を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of suppressing the influence of fluctuations in the tip position of the probe pin.

本発明に係る接続構造は、被検体に接触されるプローブピンを有するプローブカードと、テストボードとを接続する接続構造であって、前記プローブカードを、前記テストボードに対して接離自在に保持する保持部材と、前記テストボードに設けられ、前記テストボードと前記プローブカードとの間の距離に応じて弾性変形して前記プローブカードに当接する可変形ピンとを備える。 The connection structure according to the present invention is a connection structure for connecting a probe card having a probe pin to be in contact with a subject and a test board, and holding the probe card so as to be able to contact with and separate from the test board. And a deformable pin that is provided on the test board and elastically deforms according to the distance between the test board and the probe card and contacts the probe card.

本発明によれば、プローブピンの先端位置における変動の影響を、弾性変形する可変形ピンにより抑制することができるので、半導体デバイスなどの被検体を適切に検査することができる。 According to the present invention, since the influence of fluctuations in the tip position of the probe pin can be suppressed by the deformable pin that is elastically deformed, a subject such as a semiconductor device can be appropriately inspected.

実施の形態１に係る半導体検査装置の構成を示す分解断面図である。1 is an exploded sectional view showing a configuration of a semiconductor inspection apparatus according to a first embodiment. 実施の形態１に係る半導体検査装置の構成を示す組立断面図である。1 is an assembly cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor inspection apparatus according to a first embodiment. 実施の形態１に係る半導体検査装置の別構成を示す分解断面図である。FIG. 3 is an exploded cross-sectional view showing another configuration of the semiconductor inspection apparatus according to the first embodiment. 実施の形態１に係る半導体検査装置の別構成を示す組立断面図である。FIG. 4 is an assembly cross-sectional view showing another configuration of the semiconductor inspection apparatus according to the first embodiment.

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体検査装置のうち被検体と接触される部分の構成を示す分解断面図であり、図２は、その組立断面図である。図２に示すように、ここでの被検体は、半導体デバイス（図示せず）が形成されたウェハ１６であるものとする。半導体検査装置は、プローブカード吊り下げ式の装置であり、プローブピン２ａを下ろしてウェハ１６上面に接触させた後、プローブピン２ａを介してウェハ１６の半導体デバイスの電気特性を検出することが可能となっている。 <Embodiment 1>
FIG. 1 is an exploded cross-sectional view showing a configuration of a portion in contact with a subject in the semiconductor inspection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an assembled cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2, it is assumed that the subject here is a wafer 16 on which a semiconductor device (not shown) is formed. The semiconductor inspection apparatus is a probe card hanging type apparatus. After the probe pin 2a is lowered and brought into contact with the upper surface of the wafer 16, the electrical characteristics of the semiconductor device on the wafer 16 can be detected via the probe pin 2a. It has become.

なお、以下の説明においては、上下方向は、図１に示す点線矢印の方向、及び、プローブピン２ａをウェハ１６に下ろす方向を意味し、横方向とは上下方向と直交する方向を意味するものとする。 In the following description, the vertical direction means the direction of the dotted arrow shown in FIG. 1 and the direction in which the probe pins 2a are lowered onto the wafer 16, and the horizontal direction means the direction perpendicular to the vertical direction. And

図１に示す半導体検査装置は、テストボード１と、上述のプローブピン２ａを有するプローブカード２と、テストボード１との間でプローブカード２を保持するプローバヘッドプレート（保持部材）３と、スプリングを内蔵したスプリングピン（可変形ピン）４と、テストボード１を介してプローバヘッドプレート３と対向するリング部５とを備えて構成されている。このうち、プローバヘッドプレート３及びスプリングピン４は、プローブカード２とテストボード１とを接続する接続構造１１を構成している。 A semiconductor inspection apparatus shown in FIG. 1 includes a test board 1, a probe card 2 having the above-described probe pin 2a, a prober head plate (holding member) 3 that holds the probe card 2 between the test board 1, and a spring. And a ring portion 5 that faces the prober head plate 3 with the test board 1 interposed therebetween. Among these, the prober head plate 3 and the spring pin 4 constitute a connection structure 11 for connecting the probe card 2 and the test board 1.

テストボード１は、プローブカード２側に突出した基台１ａが設けられた略板状の部材である。基台１ａのプローブカード２と対向する表面には嵌合穴１ｂが設けられており、テストボード１の基台１ａ周辺の板状部分には貫通穴１ｃが設けられている。 The test board 1 is a substantially plate-like member provided with a base 1a protruding to the probe card 2 side. A fitting hole 1 b is provided on the surface of the base 1 a facing the probe card 2, and a through hole 1 c is provided in a plate-like portion around the base 1 a of the test board 1.

プローブカード２の端部には貫通穴２ｂが設けられている。また、プローブカード２の上面には、プローブピン２ａと電気的に接続された図示しない電気パッド（ターミナルピンの代用）が設けられている。 A through hole 2 b is provided at the end of the probe card 2. Further, on the upper surface of the probe card 2, an electric pad (not shown) (not shown) electrically connected to the probe pin 2a is provided.

プローバヘッドプレート３には、突出部３ａと、貫通穴３ｂと、嵌合穴３ｃとが設けられている。プローバヘッドプレート３の突出部３ａは、プローブカード２の貫通穴２ｂを貫通しており、当該突出部３ａの上部は、テストボード１の嵌合穴１ｂに嵌合されている。したがって、プローブカード２の横方向の移動は、突出部３ａにより規制されている。一方、プローブカード２の上下方向の移動は、突出部３ａに対して移動自在となっている。これにより、プローバヘッドプレート３は、プローブカード２を、テストボード１に対して接離（接近・離反）自在に保持している。 The prober head plate 3 is provided with a protruding portion 3a, a through hole 3b, and a fitting hole 3c. The protruding portion 3 a of the prober head plate 3 passes through the through hole 2 b of the probe card 2, and the upper portion of the protruding portion 3 a is fitted into the fitting hole 1 b of the test board 1. Therefore, the lateral movement of the probe card 2 is restricted by the protrusion 3a. On the other hand, the vertical movement of the probe card 2 is movable with respect to the protrusion 3a. As a result, the prober head plate 3 holds the probe card 2 so as to be able to contact and separate (approach and separate) from the test board 1.

また、プローバヘッドプレート３は、プローブカード２の端部をテストボード１と逆側から保持している。プローバヘッドプレート３の中央部の貫通穴３ｂは、保持されているプローブカード２のプローブピン２ａを露出するように設けられている。そして、プローバヘッドプレート３の嵌合穴３ｃは、プローバヘッドプレート３のテストボード１と当接する表面に形成されている。なお、本実施の形態１では、プローバヘッドプレート３は、低熱膨張係数の材料から形成されている。 The prober head plate 3 holds the end of the probe card 2 from the side opposite to the test board 1. The through-hole 3b at the center of the prober head plate 3 is provided so as to expose the probe pin 2a of the probe card 2 being held. The fitting hole 3c of the prober head plate 3 is formed on the surface of the prober head plate 3 that comes into contact with the test board 1. In the first embodiment, the prober head plate 3 is made of a material having a low thermal expansion coefficient.

スプリングピン４は、テストボード１の基台１ａに設けられており、テストボード１とプローブカード２との間の距離に応じて弾性変形する。このスプリングピン４の先端は、プローブカード２の上述の電気パッドと当接しており、スプリングピン４は、テストボード１とプローブカード２とを物理的及び電気的に接続している。また、スプリングピン４は、プローブカード２をテストボード１と逆側に付勢しており、プローブカード２の上述の電気パッドと圧接している。 The spring pin 4 is provided on the base 1 a of the test board 1 and is elastically deformed according to the distance between the test board 1 and the probe card 2. The tip of the spring pin 4 is in contact with the above-described electric pad of the probe card 2, and the spring pin 4 physically and electrically connects the test board 1 and the probe card 2. The spring pin 4 urges the probe card 2 to the opposite side of the test board 1 and is in pressure contact with the above-described electric pad of the probe card 2.

リング部５には、突出部５ａが設けられている。この突出部５ａは、テストボード１の貫通穴１ｃを貫通した状態で、プローバヘッドプレート３の嵌合穴３ｃに嵌合され、プローバヘッドプレート３をテストボード１に固定している。 The ring portion 5 is provided with a protruding portion 5a. The projecting portion 5 a is fitted into the fitting hole 3 c of the prober head plate 3 while passing through the through hole 1 c of the test board 1, and fixes the prober head plate 3 to the test board 1.

以上のように構成された本実施の形態１に係る接続構造１１及び半導体検査装置において、周辺温度を低温から高温に、あるいは高温から低温に急激に変化させた場合には、従来と同様、テストボード１などが膨張／収縮し、プローブピン２ａの先端位置は変動する。 In the connection structure 11 and the semiconductor inspection apparatus according to the first embodiment configured as described above, when the ambient temperature is rapidly changed from a low temperature to a high temperature or from a high temperature to a low temperature, the test is performed as in the conventional case. The board 1 and the like expand / shrink, and the tip position of the probe pin 2a changes.

しかし、例えば、上述の温度の変化に伴い、プローブピン２ａの先端位置が基準位置よりも下側（ウェハ１６側）に移動するように変動した場合であっても、プローブピン２ａとウェハ１６とが接触する際に、プローブカード２がスプリングピン４の可撓性により上側（リング部５側）に移動可能となっている。したがって、接触圧が過剰となるのを抑制することができるため、ウェハ１６にダメージを与える可能性を抑制することができる。 However, even if, for example, the tip position of the probe pin 2a fluctuates so as to move below the reference position (wafer 16 side) with the change in temperature described above, the probe pin 2a and the wafer 16 The probe card 2 can be moved upward (ring portion 5 side) due to the flexibility of the spring pin 4 when they come into contact with each other. Therefore, it is possible to suppress the contact pressure from becoming excessive, and thus the possibility of damaging the wafer 16 can be suppressed.

また、例えば、上述の温度の変化に伴い、プローブピン２ａの先端位置が基準位置よりも上側（リング部５側）に移動するように変動した場合であっても、プローブピン２ａとウェハ１６とが接触する際に、プローブカード２がスプリングピン４により下側（ウェハ部５側）に付勢される。したがって、接触圧が不足するのを抑制することができるため、不良と判定してしまう間違いを抑制することができる。 Further, for example, even when the tip position of the probe pin 2a fluctuates so as to move to the upper side (ring part 5 side) with the change in temperature described above, the probe pin 2a and the wafer 16 The probe card 2 is urged downward (wafer part 5 side) by the spring pin 4 when the contact is made. Therefore, since it can suppress that contact pressure is insufficient, the mistake which determines with it being defective can be suppressed.

以上のように、本実施の形態に係る接続構造１１及びそれを備える半導体検査装置によれば、プローブピン２ａの先端位置における変動の影響を、弾性変形するスプリングピン４により抑制することができる。したがって、ウェハ１６などの被検体を適切に検査することができる。また、プローブピン２ａの先端位置の変動が収束するのを待たずに検査することも可能となるので、検査時間の短縮及びそれに伴う省電力化が期待できる。 As described above, according to the connection structure 11 and the semiconductor inspection apparatus including the connection structure according to the present embodiment, the influence of the fluctuation in the tip position of the probe pin 2a can be suppressed by the spring pin 4 that is elastically deformed. Therefore, the subject such as the wafer 16 can be inspected appropriately. Further, since it is possible to inspect without waiting for the fluctuation of the tip position of the probe pin 2a to converge, shortening of the inspection time and concomitant power saving can be expected.

また、本実施の形態１では、スプリングピン４は、プローブカード２の電気パッドと圧接している。したがって、テストボード１とプローブカード２との間の物理的及び電気的な接続を確実に行うことができる。 In the first embodiment, the spring pin 4 is in pressure contact with the electric pad of the probe card 2. Therefore, the physical and electrical connection between the test board 1 and the probe card 2 can be reliably performed.

また、本実施の形態１では、プローバヘッドプレート３は、低熱膨張係数の材料から形成されていることから、プローバヘッドプレート３の周辺温度に応じた膨張／収縮を抑制することができる。したがって、プローバヘッドプレート３の熱変化に起因して発生する、プローブピン２ａの先端位置の変動を抑制することができる。なお、一般的な鋼の熱膨張係数は約１２×１０^−６／Ｋであるが、プローバヘッドプレート３の熱膨張係数としては、高温検査の温度上限（例えば１５０℃）においてその半分の６×１０^−６／Ｋ以下であることが望ましい。 In the first embodiment, since the prober head plate 3 is formed of a material having a low thermal expansion coefficient, expansion / contraction according to the ambient temperature of the prober head plate 3 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the tip position of the probe pin 2a that are caused by the thermal change of the prober head plate 3. The thermal expansion coefficient of general steel is about 12 × 10 ⁻⁶ / K, but the thermal expansion coefficient of the prober head plate 3 is 6 × that is half that at the upper temperature limit of high temperature inspection (for example, 150 ° C.). It is desirable that it is 10 ⁻⁶ / K or less.

なお、以上の説明では、スプリングピン４を用いる構成について説明した。しかし、テストボード１とプローブカード２との間の距離に応じて弾性変形してプローブカードに当接する可変形ピンであれば、スプリングピン４に限ったものではない。例えば、図３及び図４に示すように、スプリングピン４を、弾性変形する（撓む）ワイヤピン８に置き換えた構成であっても、上述と同様の効果を得ることができる。 In the above description, the configuration using the spring pin 4 has been described. However, the spring pin 4 is not limited to the spring pin 4 as long as it is a deformable pin that elastically deforms according to the distance between the test board 1 and the probe card 2 and contacts the probe card. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the same effect as described above can be obtained even when the spring pin 4 is replaced with a wire pin 8 that is elastically deformed (flexed).

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.

１テストボード、２プローブカード、２ａプローブピン、３プローバヘッドプレート、４スプリングピン、８ワイヤピン、１１接続構造、１６ウェハ。 1 test board, 2 probe card, 2a probe pin, 3 prober head plate, 4 spring pin, 8 wire pin, 11 connection structure, 16 wafer.

Claims

A connection structure for connecting a probe card having a probe pin to be in contact with a subject and a test board,
A holding member that holds the probe card detachably with respect to the test board;
A connection structure, comprising: a deformable pin provided on the test board and elastically deforming according to a distance between the test board and the probe card and abutting against the probe card.

The connection structure according to claim 1,
A connection structure in which the deformable pin is in pressure contact with the probe card.

The connection structure according to claim 1 or 2,
The holding member is
A connection structure comprising a prober head plate made of a material having a low coefficient of thermal expansion and holding an end of the probe card from the opposite side to the test board.

The connection structure according to any one of claims 1 to 3,
The deformable pin includes a spring pin with a built-in spring or a wire pin.

A semiconductor inspection apparatus comprising a probe card and a test board, which are connected by the connection structure according to claim 1.