CN102654522A - 探针卡的定位机构及检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供探针卡的定位机构及检查装置。其能够将探针卡不会相对于检查装置的镶嵌垫环或者头板错位就准确地安装在规定的位置，特别是即使在反复使用探针卡的情况下，也只要仅进行一次探针对准，就能够省略之后的探针对准。本发明的定位机构(19)包括在周向上彼此隔开规定间隔地设置在探针卡(12)的外周缘部的3处定位用的销(19A)、与这些销相对应地在周向上彼此隔开规定间隔地设置在镶嵌垫环(15)的内周缘部(15A)的定位用的长孔(19B)，定位用的长孔(19B)形成为朝向与探针卡(12)的径向实质上一致的长孔，而且，长孔(19B)的整个内周面形成为朝向销(19A)的插入方向逐渐缩小的锥形面(19B1)。

Description

探针卡的定位机构及检查装置
技术领域
本发明涉及半导体晶圆等被处理体的电特性检查所采用的探针卡的定位机构及检查装置，更详细地讲，涉及使探针卡不在水平方向上错位就能够安装在检查装置内的探针卡的定位机构及检查装置。
背景技术
例如，如图4、图5所示，以往的检查装置包括彼此相邻的装载室L和探针室P。装载室L包括用于以盒为单位收容多张半导体晶圆W的盒收容部、用于将半导体晶圆W逐张地相对于盒输出、输入的晶圆输送机构、用于在利用晶圆输送机构输送半导体晶圆W的期间里将半导体晶圆W预对准的预对准机构。探针室P包括用于保持半导体晶圆W的、能够在X、Y、Z和θ方向上移动的载置台(晶圆卡盘(chuck))1、具有与该晶圆卡盘1上的半导体晶圆W所形成有的多个电极焊盘接触的多个探针2A的探针卡2、用于借助卡支架3(参照图5)夹紧该探针卡2的夹紧机构4(参照图5)、用于安装探针卡2的镶嵌垫环(insertring)5、固定有镶嵌垫环5的头板(head plate)6、控制装置。测试头T借助连接环8电连接于探针卡2。另外，在图4中，附图标记7是用于与晶圆卡盘1协作而对半导体晶圆W和探针卡2进行对准的对准机构，附图标记7A是上照相机，附图标记7B是下照相机。
在对半导体晶圆W进行检查时，在控制装置的控制下，自装载室L将半导体晶圆W载置在探针室P内的晶圆卡盘1上，晶圆卡盘1和对准机构7协作而对半导体晶圆W的多个电极焊盘和多个探针2A进行对准之后，使多个电极焊盘和多个探针2A电接触而对形成于半导体晶圆W的多个器件进行电特性检查。
然后，例如，如图5所示，探针卡2借助定位机构9相对于头板6向规定的朝向定位。如图5所示，该定位机构9包括在周向上彼此隔开规定间隔地设置在探针卡2的外周缘部的3处定位用的销9A、与这些销9A相对应地设置于镶嵌垫环5的3处定位用的孔9B。定位用的孔9B均形成为直径比销9A的外径大的圆形孔，3处销9A间隙配合在对应的3处孔9B中。通过将定位用的孔9B形成得直径比销9A的外径大，即使探针卡2或者镶嵌垫环5热膨胀，或者探针卡2和镶嵌垫环5错位一些，销9A也能可靠地插入到孔9B内。
在将探针卡2安装于镶嵌垫环5时，将探针卡2调整为规定的朝向并配置在镶嵌垫环5的正下方，自该位置抬起探针卡2而接近镶嵌垫环5时，如图5所示，定位用的销9A插入到镶嵌垫环5的定位用的孔9B内，销9A间隙配合在孔9B内，探针卡2的外周缘部和镶嵌垫环5的内周缘部接触。在该状态下，夹紧机构4夹紧卡支架3，从而将探针卡2安装并固定于镶嵌垫环5。
之后，在检查半导体晶圆W之前，使用对准机构7的下照相机7B，检测探针卡2的多个探针2A的针尖位置作为XYZ坐标值，进行探针对准。
但是，在以往的检查装置的情况下，将探针卡2安装于镶嵌垫环5时，利用定位机构9进行探针卡2相对于镶嵌垫环5的定位，但起到定位机构9的功能的销9A和圆形的孔9B是在彼此之间带有间隙地进行间隙配合的构造，因此，每次安装探针卡2时，都如图5所示那样销9A的轴心自孔9B的轴心在水平方向上错位，探针2A的针尖位置在每次安装探针卡2时都会错位。因此，在反复使用探针卡2的情况下，也存在每次安装探针卡2时都必须进行探针对准这样的课题。另外，在变更晶圆卡盘1的温度的情况下，也存在同样的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而做成的，其目的在于提供这样的探针卡的定位机构及检查装置，即，将探针卡不会相对于检查装置的镶嵌垫环或者头板错位就能够准确地安装在规定的位置，特别是即使在反复使用探针卡的情况下，也只要仅进行一次探针对准，就能够省略之后的探针对准。
本发明的技术方案1所述的探针卡的定位机构在将用于对被检查体进行电特性检查的探针卡相对于检查装置的头板或者固定于上述头板的镶嵌垫环能够装卸地安装于该头板或者该镶嵌垫环时，将在周向上彼此隔开规定间隔地设置在上述探针卡的外周缘部的至少3处定位用的销分别插入到与上述至少3处销相对应地设置在上述头板中或者上述镶嵌垫环中的至少3处定位用的孔中，将上述探针卡相对于上述头板或者上述镶嵌垫环定位在上述头板或者上述镶嵌垫环的规定的位置，其特征在于，上述定位用的孔形成为朝向与上述探针卡的径向实质上一致的长孔，而且，上述长孔的整个内周面形成为朝向上述销的插入方向逐渐缩小的锥形面。
另外，本发明的技术方案2所述的探针卡的定位机构的特征在于，在技术方案1所述的发明中，在上述长孔的缩小端，短轴的长度形成得短于上述销的直径。
另外，本发明的技术方案3所述的探针卡的定位机构的特征在于，在技术方案2所述的发明中，上述销的顶端形成为球面状。
另外，本发明的技术方案4所述的检查装置包括用于对被检查体进行电特性检查的探针卡、用于支承上述探针卡的镶嵌垫环和头板，作为用于将上述探针卡定位在上述镶嵌垫环的规定位置或者上述头板的规定位置的定位机构，在上述探针卡的外周缘部设置有在周向上彼此隔开规定间隔的至少3处定位用的销、并且、在上述镶嵌垫环中或者上述头板中设置有与上述3处销相对应的至少3处定位用的孔，其特征在于，上述定位用的孔形成为朝向与上述探针卡的径向实质上一致的长孔，而且，上述长孔的整个内周面形成为朝向上述销的插入方向逐渐缩小的锥形面。
另外，本发明的技术方案5所述的检查装置的特征在于，在技术方案4所述的发明中，在上述长孔的缩小端，短轴的长度形成得短于上述销的直径。
另外，本发明的技术方案6所述的检查装置的特征在于，在技术方案4或技术方案5所述的发明中，上述销的顶端形成为球面状。
采用本发明，能够提供这样的探针卡的定位机构及检查装置，即，将探针卡不会相对于检查装置的镶嵌垫环或者头板错位就能够准确地安装在规定的位置，特别是即使在反复使用探针卡的情况下，也只要仅进行一次探针对准，就能够省略之后的探针对准。
附图说明
图1是表示本发明的检查装置的一个实施方式的主要部分的剖视图。
图2的(a)～图2的(c)是分别表示图1所示的检查装置所采用的定位机构的图，图2的(a)是表示包含定位机构的销在内的探针卡的俯视图，图2的(b)是表示包含定位机构的长孔在内的镶嵌垫环和头板的俯视图，图2的(c)是将图2的(b)所示的长孔部分放大表示的俯视图。
图3的(a)、图3的(b)是分别将图1所示的检查装置所采用的定位机构放大表示的图，图3的(a)是表示镶嵌垫环的周向截面的剖视图，图3的(b)是表示探针卡和镶嵌垫环的径向截面的剖视图。
图4是将以往的检查装置的探针室的一部分剖切表示的主视图。
图5是表示图4所示的检查装置所采用的定位机构的、与图3的(a)相当的剖视图。
具体实施方式
下面，根据图1～图3所示的实施方式说明本发明。本实施方式的检查装置除了探针卡的定位机构与以往的检查装置的探针卡的定位机构不同之外，依照以往的检查装置构成。因此，下面，以本实施方式的特征部分为中心进行说明。
如图1所示，本实施方式的检查装置10包括晶圆卡盘11、探针卡12、夹紧机构14、镶嵌垫环15、头板16、对准机构(未图示)、连接环18和定位机构19，除定位机构19之外依照以往的检查装置构成。如图1所示，镶嵌垫环15例如以在内周缘部15A和外周缘部15B之间存在高度差、内周缘部15A自外周缘部下陷的方式形成。在该镶嵌垫环15中，内周缘部15A自头板16的上方插入到安装孔内，外周缘部15B接合于头板16的上表面。夹紧机构14安装在镶嵌垫环15的外周缘部15B的下表面。
如图1所示，本实施方式的定位机构19配置于探针卡12的外周缘部和镶嵌垫环15的内周缘部15A。如图2的(a)、图2的(b)所示，该定位机构19包括在周向上彼此隔开规定间隔地设置在探针卡12的外周缘部的3处定位用的销(以下简称作“销”)19A、与这些销19A相对应地在周向上彼此隔开规定间隔地设置在镶嵌垫环15的内周缘部15A的定位用的长孔19B，3处销19A和3处长孔19B能够嵌合。3处销19A均配置在由探针卡12形成的同一个圆上，3处长孔19B配置在由镶嵌垫环15的内周缘部15A形成的同一个圆上。
如图3的(a)、图3的(b)所示，3处销19A的顶端均形成为球面状，并且分别插入到与各个销19A相对应的3处长孔19B内而嵌合，探针卡12的外周缘部和镶嵌垫环15的内周缘部15A在整个周面中均等地接触。
如图2的(c)所示，长孔19B形成为其长轴与探针卡12的径向(镶嵌垫环15的径向)实质上一致。只要上述长孔19B的朝向实质上与探针卡12的径向一致，就也可以不严格地一致。长孔19B的内周面形成为靠探针卡12侧的开口端形成得最大、并且朝向销19A的插入方向逐渐缩小的锥形面19B1。长孔19B的靠探针卡12侧的开口端的短轴的长度形成得长于销19A的直径。另外，长孔19B的缩小端的开口的短轴的长度形成得短于销19A的直径，其长轴的长度形成得长于销19A的直径。因此，3处销19A均插入到销19A内时，各自的顶端的球面同时点接触于长轴方向上的一对锥形面19B1，并且，探针卡12的外周缘部和镶嵌垫环15的内周缘部15A均匀地接触。此时，如图2的(b)所示，在短轴方向上的一对锥形面19B1与销19A顶端的球面之间形成有间隙。即，3处销19A分别插入到对应的长孔19B内，各自的顶端的球面在3处长孔19B内分别与长轴方向上的一对锥形面19B1点接触而被约束，不会错位地嵌合在各个长孔19B内。
因而，探针卡12在借助定位机构19相对于镶嵌垫环15定位时被约束在规定的位置，不会向X、Y及θ方向错位地进行安装，在探针卡12的中心和镶嵌垫环15的中心始终对齐的状态下被头板16下表面的夹紧机构14夹紧。即，探针卡12相对于镶嵌垫环15始终再现性良好且准确地安装在恒定的位置。
同一个探针卡12相对于检查装置10进行装卸并反复使用。因此，在探针卡12上附设有条形码等识别记号。另外，检查装置10附设有用于读取识别记号的读取装置(未图示)，由读取装置读取到的信息存储在控制装置的存储部中。在反复使用探针卡12的情况下，在将该探针卡12安装于镶嵌垫环15之前，预先读取探针卡12的识别记号，将该读取信息存储在存储部中。在将该探针卡12安装于镶嵌垫环15之后，对该探针卡12进行探针对准，将其检测结果与探针卡12的识别记号相对应地存储在存储装置中。由此，在反复使用探针卡12的情况下，仅通过由读取装置读取该探针卡12的识别记号，就能够反复使用与读取信息相对应的通过探针对准得出的检测结果，从而能够省略第二次之后的探针对准。即使在晶圆卡盘11的温度变更的情况下，也能够使用与探针卡12相关的被存储在存储部中的上述的各信息。
接着，说明探针卡12的向镶嵌垫环15的安装。
首先，由读取装置读取探针卡12的识别记号，将该读取信息存储在存储部中。之后，将定位机构19的3处销19A的朝向对准与它们相对应的长孔19B之后，将探针卡12载置在例如探针室内的晶圆卡盘11上，利用晶圆卡盘11将探针卡12输送至镶嵌垫环15的正下方。晶圆卡盘11自该位置上升，将探针卡12的3处销19A插入到镶嵌垫环15的3处长孔19B内。
此时，由于长孔19B的开口端的口径大于销19A的直径，而且长孔19B的内周面为锥形面19B1，因此，3处销19A分别顺畅地插入到对应的长孔19B内。在晶圆卡盘11到达上升端时，探针卡12的外周缘部与镶嵌垫环15的内周缘部15A接触。此时，3处销19A各自的顶端的球面在对应的3处长孔19B内同时点接触于长轴方向上的一对锥形面19B1，探针卡12的水平方向的运动受到约束，因此，探针卡12不会在水平方向上错位就安装于镶嵌垫环15，并且，借助卡支架13被夹紧机构14夹紧而被固定于镶嵌垫环15。
之后，利用与以往同样的方法对安装于镶嵌垫环15的探针卡12进行探针对准，将该检测结果与探针卡12的识别记号相对应地存储在存储装置中。之后，按照与以往同样的顺序对半导体晶圆W进行电特性检查。
在再使用探针卡12的情况下，在将该探针卡12安装于镶嵌垫环15之前，由读取装置读取识别记号，能够使用与该识别记号相对应的通过探针对准得出的检测结果，不必重新进行探针对准。
像以上说明的那样，采用本实施方式，在将探针卡12安装于镶嵌垫环15时，若定位机构19的3处销19A插入到3处长孔19B内，则3处销19A点接触于长孔19B的长轴方向上的一对锥形面19B1而水平方向的运动受到约束，因此，能够将探针卡12始终不会在X、Y及θ方向上错位就高精度地安装在镶嵌垫环15的恒定位置。因而，在反复使用同一个探针卡的情况下，只要在最初安装该探针卡12时实施一次探针对准，就能够省略之后的探针对准。另外，即使晶圆卡盘11的温度变更，也不必进行第二次之后的探针对准。
另外，由于销19A的顶端为球面，因此，销19A沿着长孔19B的锥形面19B1顺畅地插入到长孔19B内，能够可靠地将探针卡12安装于镶嵌垫环15。
另外，在上述实施方式中，说明了在3处设有定位机构19的销19A和长孔19B的情况，但也可以在3处以上设置销19A和长孔19B。另外，在上述实施方式中，将长孔19B设置在镶嵌垫环15中，但根据探针卡的安装构造，也能够将长孔设置在头板中。
附图标记说明
10、检查装置；11、晶圆卡盘；12、探针卡；12A、探针；15、镶嵌垫环；16、头板；19、定位机构；19A、销；19B、长孔；W、半导体晶圆(被检查体)。

Claims (6)

1.一种探针卡的定位机构，其在将用于对被检查体进行电特性检查的探针卡相对于检查装置的头板或者固定于上述头板的镶嵌垫环能够装卸地安装于该头板或者该镶嵌垫环时，将在周向上彼此隔开规定间隔地设置在上述探针卡的外周缘部的至少3处定位用的销分别插入到与上述至少3处销相对应地设置在上述头板中或者上述镶嵌垫环中的至少3处定位用的孔中，将上述探针卡相对于上述头板或者上述镶嵌垫环定位在上述头板或者上述镶嵌垫环的规定的位置，其特征在于，
上述定位用的孔形成为朝向与上述探针卡的径向实质上一致的长孔，而且，上述长孔的整个内周面形成为朝向上述销的插入方向逐渐缩小的锥形面。
2.根据权利要求1所述的探针卡的定位机构，其特征在于，
在上述长孔的缩小端，短轴的长度形成得短于上述销的直径。
3.根据权利要求1或2所述的探针卡的定位机构，其特征在于，
上述销的顶端形成为球面状。
4.一种检查装置，其包括用于对被检查体进行电特性检查的探针卡、用于支承上述探针卡的镶嵌垫环和头板，作为用于将上述探针卡定位在上述镶嵌垫环的规定位置或者上述头板的规定位置的定位机构，在上述探针卡的外周缘部设置有在周向上彼此隔开规定间隔的至少3处定位用的销、并且、在上述镶嵌垫环中或者上述头板中设置有与上述3处销相对应的至少3处定位用的孔，其特征在于，
上述定位用的孔形成为朝向与上述探针卡的径向实质上一致的长孔，而且，上述长孔的整个内周面形成为朝向上述销的插入方向逐渐缩小的锥形面。
5.根据权利要求4所述的检查装置，其特征在于，
在上述长孔的缩小端，短轴的长度形成得短于上述销的直径。
6.根据权利要求4或5所述的检查装置，其特征在于，
上述销的顶端形成为球面状。
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