JP2004205487A - プローブカードの固定機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハＷの高温検査を行なう場合には、プローブカード５はホルダー８の内周縁部に固定されているため、プローブカード５は径方向外側へ伸びず、図５の（ａ）に矢印で示すように径方向内側へ伸びて下方へ湾曲する。また、ホルダー８は外周縁部がヘッドプレート７に固定されているため、ホルダー８は矢印で示すように径方向内側へ伸び、プローブカード５を更に下方へ湾曲させる。この結果、プローブピン５Ａが垂直下方に変位し、電極パッド及びその下地層を傷つけ、検査不良を招くという課題があった。
【解決手段】本発明のプローブカード固定機構１０は、プローブカード１１と支持体１２とをそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材１６Ａを介して連結する共に支持体１２の外周縁部とホルダー１３とを複数の第２締結部材１６Ｂを介して連結、固定し、プローブカード１１の外周縁部をフリーにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のプローブカード固定機構１０は、プローブカード１１と支持体１２とをそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材１６Ａを介して連結する共に支持体１２の外周縁部とホルダー１３とを複数の第２締結部材１６Ｂを介して連結、固定し、プローブカード１１の外周縁部をフリーにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査体の電気的特性検査をプローブ装置の本体内においてプローブカードを固定するプローブカードの固定機構に関し、更に詳しくは、高温検査時にプローブカードの熱変形を抑制することができるプローブカードの固定機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程でウエハに形成された複数の半導体素子（デバイス）の電気的特性検査を行なう場合には例えば図７に示すプローブ装置が用いられる。プローブ装置は、例えば図７に示すように、ウエハＷを搬送するローダ室１と、ローダ室１から搬送されたウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２とを備え、ローダ室１においてウエハＷの搬送過程でウエハＷのプリアライメントを行った後、プローバ室２内でウエハＷの電気的特性検査を行なう。
【０００３】
プローバ室２は、プリアライメント後のウエハＷを載置し且つ温度調整可能な載置台（メインチャック）３と、メインチャック３をＸ及びＹ方向に移動させるＸＹテーブル４と、このＸＹテーブル４を介して移動するメインチャック３の上方に配置されたプローブカード５と、プローブカード５の複数のプローブピン５Ａとメインチャック３上のウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせする位置合わせ機構（アライメント機構）６とを備えている。また、メインチャック３は昇降機構を内蔵し、ウエハＷを昇降させてプローブピン５Ａと電気的に離接させる。
【０００４】
また、図７に示すようにプローバ室２のヘッドプレート７にはテスタのテストヘッドＴが旋回可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード５はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、メインチャック３上のウエハＷを例えば−２０℃〜＋１５０℃の温度範囲でウエハＷの温度を設定し、テスタから検査用信号をテストヘッドＴ及びパフォーマンスボードを介してプローブピン５Ａへ送信し、プローブピン５ＡからウエハＷの電極パッドに検査用信号を印加してウエハＷの各デバイスの電気的特性検査を行う。高温検査を行なう場合にはメインチャック３に内蔵された温度調節機構（加熱機構）を介してウエハを所定の温度（１００℃以上）まで加熱してウエハの検査を行なう。
【０００５】
而して、プローブカード５は、ウエハＷの超微細化、大口径化に伴って大口径化しているため、例えば図８の（ａ）、（ｂ）に示すようにステンレス等の金属製の支持体５Ｂによって補強されている。このプローブカード５は支持体５Ｂと一緒にリング状のホルダー８を介してヘッドプレート７に固定されている。即ち、プローブカード５は支持体５Ｂと一緒にネジ等の複数の締結部材９Ａによってホルダー８上に締結、固定されている。また、ホルダー８は複数の締結部材９Ｂを介してヘッドプレート７上に締結、固定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば１００℃以上の高温下で高温検査を行なう場合には、メインチャック３からの放熱によりプローブカード５やホルダー８の下面側が上面側よりも大きく熱膨張して湾曲する。しかも、プローブカード５はホルダー８の内周縁部に固定されているため、プローブカード５は径方向外側へ伸びず、図８の（ａ）に矢印で示すように径方向内側へ伸びて下方へ湾曲する。また、ホルダー８は外周縁部がヘッドプレート７に固定されているため、ホルダー８は矢印で示すように径方向内側へ伸び、プローブカード５を更に下方へ湾曲させる。この結果、プローブピン５Ａが垂直下方に変位し、プローブピン５ＡとウエハＷの電極パッド間の針圧が設定値より大きくなり、電極パッド及びその下地層を傷つけ、検査不良を招くという課題があった。特に、図８の（ａ）、（ｂ）に示すようにプローブカード５が支持体５Ｂによって補強されている場合には、支持体５Ｂの熱膨張による影響を大きく受ける。
【０００７】
また、高温検査時には図８の（ｂ）に示すようにプローブカード５及び支持体５Ｂが熱膨張すると共にホルダー８が熱膨張するため、プローブカード５及び支持体５Ｂから締結部材９Ａに対して外向きの応力が矢印で示すように作用することと相俟ってホルダー８から締結部材９Ａに内向きの応力が矢印で示すように作用するによって上述の場合とは逆にプローブカード５が上方に湾曲し、プローブピン５Ａが上昇しコンタクト不良を招くという課題があった。図８の（ａ）、（ｂ）に示す現象はプローブカード５が支持体５Ｂによって補強されている場合にも同様に発生する。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードの熱変形による応力を抑制し、延いてはプローブピンの上下方向への変位を抑制して検査の信頼性を高めることができるプローブカードの固定機構を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプローブカードの固定機構は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記プローブカードと上記支持体とを重ね且つこれら両者をそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材を介して連結する共に上記支持体の外周縁部と上記保持体とを複数の第２締結部材を介して連結、固定したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの固定機構は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記支持体と上記保持体とを緩衝機構を介して連結したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２に記載の発明において、上記緩衝機構は上記支持体の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２または請求項３に記載の発明において、上記緩衝機構は、内周側が上記保持体に連結され、外周側が上記支持体に連結されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項５に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記緩衝機構は、上記緩衝機構の径方向の熱膨張の大きさと上記保持体の径方向の熱膨張の大きさが略等しい熱膨張率を有する材料によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項６に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記保持体は、上記プローブカードを上面及び／または下面から支持することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項７に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記プローブカードの外周縁部を上記支持体と上記保持体との間に配置し、上記プローブカードの外周面の外側に隙間を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項８に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記支持体及び上記保持体が上記プローブカードの熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項９に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記支持体の下面側及び／または上記保持体の下面に断熱材を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプローブカードの固定機構１０は、例えば図１に示すように、円形状のプローブカード１１を上面から支持する支持体１２と、この支持体１２を外周縁部で保持するリング状の保持体（ホルダー）１３とを備え、従来と同様にプローバ室（図示せず）のヘッドプレート１４においてプローブカード１１を固定している。プローバ室内にはメインチャック１５が配置され、メインチャック１５上に載置したウエハＷを水平方向（Ｘ、Ｙ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に搬送する。
【００１９】
プローブカード１１は、複数のプローブピン１１Ａと、これらのプローブピン１１Ａが取り付けられたコンタクタ部１１Ｂと、コンタクタ部１１Ｂが中央部に固定された回路基板１１Ｃとを有している。そして、コンタクタ部１１Ｂ、回路基板１１Ｃ及び支持体１２をそれぞれネジ等からなる第１締結部材１６Ａを介して連結され、プローブカード１１と支持体１２が一体している。複数の第１締結部材１６Ａは、回路基板１１Ｃの軸心近傍の周りに対称に配置されている。このようにプローブカード１１と支持体１２とは中央部において連結されているため、高温検査時のメインチャック１５からの放熱により回路基板１１Ｃが熱膨張しても、回路基板１１Ｃの中心部における熱膨張による伸びが小さいため、回路基板１１Ｃの上下方向への熱変形が抑制され、プローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができる。
【００２０】
支持体１２は、例えば図１に示すようにプローブカード１１の中心を通り回路基板１１Ｃの直径よりも大径の円盤形状またはハンドル形状（図２参照）に形成されている。また、支持体１２の外周縁部１２Ａは、支持体１２の内側部分の厚さと回路基板１１Ｃの厚さを加算した厚さに略等しくなる厚さに形成され、外周縁部１２Ａの内側面と回路基板１１Ｃの外周面の間に隙間δが形成され、隙間δ内で回路基板１１Ｃの熱膨張を吸収するようになっている。そして、プローブカード１１は後述するように支持体１２を介してホルダー１３に固定されている。
【００２１】
ホルダー１３は、外周縁部１３Ａと、外周縁部１３Ａから落ち込んで外周縁部１３Ａより低く形成された内周縁部１３Ｂとからなるリング状に形成されている。ホルダー１３の外径はヘッドプレート１４の中央孔よりも大径に形成され、その内径はプローブカード１１の回路基板１１Ｃの外径より小径に形成されている。ヘッドプレート１４は、高温検査中のメインチャック１５が極力ヘッドプレート１４の真下に達しない範囲で移動するようにしてある。これによりヘッドプレート１４はメインチャック１５の放熱による影響を極力受けないようになっている。
【００２２】
また、支持体１２の外周縁部１２Ａはホルダー１３の内周縁１３Ｂに位置し、この外周縁部１２Ａが内周縁部１３Ｂに対して複数の第２締結部材１６Ｂによって固定されている。従って、プローブカード１１の回路基板１１Ｃの外周縁部はホルダー１３の内周縁部１３Ｂと支持体１２によって挟持されているが、締結部材等によって固定されずにフリーになっている。このため、高温検査時に回路基板１１Ｃが熱膨張しても隙間δ内で自由に伸縮するようになっている。一方、ホルダー１３は、外周縁部１３Ａの周方向等間隔に配置された複数の第３締結部材１６Ｃによってヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに対して締結、固定されている。このヘッドプレート１１の中央孔はヘッドプレート１４の略中央に形成された凹陥部に形成されている。従って、中央孔の周縁部１４Ａはヘッドプレート１４の他の上面より低位に形成されている。尚、第２、第３締結部材１６Ｂ、１６Ｃとしてはいずれもネジ等を用いることができる。
【００２３】
而して、プローブカード１１の回路基板１１Ｃは従来公知の材料、例えばガラスエポキシ樹脂等によって多層配線構造として形成されている。また、支持体１２及びホルダーは、いずれも回路基板１１Ｃに比べ熱膨張率の低い膨張率を有する材料、例えば窒化アルミニウム等のセラミックや、ニッケル合金からなるインバー等の低膨張金属によって形成され、メインチャック１５からの放熱による熱膨張を例えば１／１０に軽減している。
【００２４】
次に、プローブ装置を用いた高温検査について説明する。メインチャック１５上にウエハＷを載置すると、メインチャック１５は既に所定温度（例えば、１５０℃）まで加熱されているため、ウエハＷを所定温度まで加熱する。そして、メインチャック１５及びアライメント機構の働きで、ウエハＷとプローブピン１１Ａをアライメントした後、メインチャック１５を介してウエハＷのインデックス送りを行う。引き続き、メインチャック１５を介してウエハＷが上昇するとウエハＷの電極パッドとプローブピン１１Ａとが接触し、更にウエハＷをオーバードライブさせると、電極パッドとプローブピン１１Ａが電気的に接触する。この状態でテスタから検査用信号を送信すると、プローブピン１１Ａを介してウエハＷに検査用信号を印加し、プローブピン１１Ａを介して検査結果を示す信号をテスタ側へ送信し、所定のデバイスの高温検査を終了する。その後、メインチャック１５が下降した後、ウエハＷのインデックス送り及び昇降動作を繰り返し、ウエハＷの高温検査を終了する。
【００２５】
高温検査の際には、メインチャック１５からの放熱によりプローブカード１１、支持体１２及びホルダー１３の温度がそれぞれ上昇する。ところが、プローブカード１１はその中心部分で複数の第１締結部材１６Ａによって支持体１２に固定されているため、複数の第１締結部材１６Ａ、１６Ａ間でのプローブカード１１の上下方向の変位が殆どなく、更に、プローブカード１１の外周縁部が固定されずフリーになっているため、プローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができる。また、高温検査中にはメインチャック１５はヘッドプレート１４の真下に達しない範囲で移動するため、ヘッドプレート１４はメインチャック１５の放熱による影響を抑制することができる。更に、支持体１２及びホルダー１３は低熱膨張材料によって形成されているため、支持体１１及びホルダー１３がメインチャック１５の放熱の影響で温度上昇してもその熱膨張による伸びを抑制することができ、ひいてはプローブピン１１Ａの上下方向の変位を格段に抑制することができる。
【００２６】
以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード１１と支持体１２とをそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材１６Ａを介して連結する共に支持体１２の外周縁部１２Ａとホルダー１３とを複数の第２締結部材１６Ｂを介して連結、固定し、プローブカード１１の外周縁部が固定されずフリーになっている１ため、高温検査時のプローブカード１１の上下方向の熱変形、延いてはプローブピン１１Ａの上下方向の変位を格段に抑制し、電極パッド及びその下地層の損傷を防止し、高温検査を不具合なく確実に行なうことができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、プローブカード１１の外周縁部を支持体１２とホルダー１３との間に配置し、プローブカード１１の外周面の外側に隙間δを設けたため、プローブカード１１、具体的には回路基板１１Ｃが熱膨張により隙間δの範囲内で伸び、回路基板１１Ｃに応力が作用せず、プローブカード１１の上下方向の変位を更に抑制することができる。
【００２８】
また、図３〜図６はそれぞれ本発明の他の実施形態を示す図である。尚、図３〜図５において、上記実施形態と同一または相当部分には同一符号を附して以下説明する。図３に示すプローブカードの固定機構１０は、同図の（ａ）に示すようにホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けた以外は上記実施形態に準じて構成されている。断熱シート１７は耐熱性のプレート１８によって被覆され、このプレート１８をネジ等の締結部材１９によってホルダー１３及びヘッドプレート１４に固定している。プレート１８は、同図の（ｂ）に示すように扇状に形成され、この扇状のプレート１８がホルダー１３及びヘッドプレート１４の全面に渡って配列されている。プレート１８間にはその熱膨張を吸収する隙間を設けておくことが好ましい。断熱シート１７は、特定の材料に制限されるものではないが、粉塵を発生し難い材料が好ましいことは云うまでもない。断熱材料としては、例えば、シリコーンスポンジ等を挙げることができる。このようにホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けることによってこれら両部材１３、１４の温度上昇を抑制することができ、プローブカード１１の上下方向の湾曲を更に抑制することができる。
【００２９】
また、図示してないが、プローブカード１１の下面またはプローブカード１１と支持体１２の間に断熱シートを設け、プローブカード１１と支持体１２双方の温度上昇を抑制するようにしても良い。
【００３０】
従って、本実施形態によれば、上記実施形態のプローブカードの固定機構１０において、ホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けたため、プローブカード１１及び支持体１２の熱膨張を抑制し、更にプローブカード１１の湾曲、つまりプローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができ、より信頼性の高い高温検査を行なうことができる。
【００３１】
また、図４に示すプローブカードの固定機構１０は、同図に示すように、上記各実施形態のホルダー１３を省略した以外は上記各実施形態に準じて構成されている。即ち、本実施形態ではプローブカード１１は上記各実施形態と同様に軸心近傍で複数の第１締結部材１６Ａによって支持体１２と連結されている。そして、プローブカード１１はヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに載置されている。また、支持体１２の外周縁部１２Ａが複数の第２締結部材１６Ｂによってヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに締結、固定され、プローブカード１１の回路基板１１Ｃの外周面と支持体１２の外周縁部１２Ａの内周面と間には回路基板１１Ｃの熱膨張代となる隙間δが形成されている。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、図１、図３に示すプローブカードの固定機構１０において、支持体１２をヘッドプレート１４に直接固定するようにしたため、上記各実施形態と同様の作用効果を期することができる他、ホルダーを省略してホルダーの熱膨張による影響をなくすることができる。
【００３３】
また、図５に示すプローブカードの固定機構１０は、同図に示すように、支持体１２及びホルダー１３の形態と、これら両者の連結機構が図１及び図３に示すものとは異なる。即ち、本実施形態では支持体１２は、例えば図５、図６に示すように、ハンドル状に形成されている。支持体１２のリング状外周縁部１２Ａは、上面がその内側より低く形成され、下面はプローブカード１１の回路基板１１Ｃの下面と略面一に形成されている。回路基板１１Ｃの下面と支持体１２の外周縁部の下面とは面一でなくても良い。外周縁部１２Ａ下面の内周面と回路基板１１Ｃとの間には隙間δが形成されている。また、ホルダー１３は図５に示すようにリング状に形成されている。ホルダー１３は、外周縁部においてヘッドプレート１４に対してネジ等の第３締結部材１６Ｃによって固定され、内周縁部において後述の緩衝機構に対して連結されている。
【００３４】
而して、支持体１２とホルダー１３は、例えば図５に示すように支持体１２の熱膨張による伸びにより発生する応力を緩和する緩衝機構２０を介して連結されている。この緩衝機構２０は、同図に示すように単一の部材によって形成されている。そこで、以下では緩衝機構２０を緩衝部材２０として説明する。この緩衝部材２０の断面形状は、同図に示すように、内側２０Ａが中央部より上方へ突出していると共に外側２０Ｂが中央部より下方へ突出している。そして、支持体１２は、その外周縁部１２Ａが緩衝部材２０の外側２０Ｂとネジ等の締結部材２１によって連結されている。また、緩衝部材２０は、その内側２０Ａがホルダー１３の内周縁部とネジ等の第２締結部材１６Ｂによって連結されている。この緩衝部材２０は支持体１２の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料、例えばアルミニウムや樹脂等によって形成されている。緩衝部材２０は、特に、緩衝部材２０が熱膨張する径方向の長さと、この熱膨張と同じ温度で支持体１２が熱膨張する径方向の長さとが略同じになるような熱膨張率を有する材料であることが好ましい。このような構成から高温検査時に支持体１２は熱膨張により矢印方向に伸びると共に緩衝部材２０も熱膨張により支持体１２と同一方向に伸びる際に、緩衝部材２０の熱膨張率が支持体１２の熱膨張率より大きいため、締結部材２１の位置において支持体１２を内側に向けて圧縮する応力は発生しない。また、緩衝部材２０の熱膨張率を更に高くすることにより、緩衝部材２０が支持体１２よりも更に大きく伸び、支持体１２を外側に牽引し、また、ホルダー１３が径方向に伸びてもこの伸びを吸収することができ、支持体１２を内側に向けて圧縮することはない。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、支持体１２とホルダー１３を緩衝部材２０を介して連結したため、従来のように支持体１２を内側へ圧縮する力が加わらず、延いてはプローブカード１１及び支持体１２が上下いずれの方向にも湾曲することがなく、上記各実施形態と同様に信頼性の高い高温検査を行なうことができる。
【００３６】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。例えば、上記各実施形態では支持体１２によってプローブカード１１を補強した例について説明したが、支持体１２が無い場合についても本発明を適用することができる。また、上記各実施形態では、支持体１２がハンドル形状の場合について説明したが、円盤形状であっても良い。また、上記各実施形態ではプローブカード１１の回路基板１１Ｃと支持体１２の加算厚さが支持体１２の外周縁部１２Ａと略同一厚さの場合について説明したが、外周縁部１２Ａの厚さが回路基板１１Ｃと支持体１２の内側部分の加算厚さよりも厚くても良い。更に、上記実施形態では支持体１２がプローブカード１１を上面に位置する場合について説明したが、プローブカード１１の下面あるいは上面及び下面の両面に位置していても良い。また、緩衝機構２０の形態も上記実施形態に何等制限されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項９に記載の発明によれば、プローブカードの熱変形による応力を抑制し、延いてはプローブピンの上下方向への変位を抑制して検査の信頼性を高めることができるプローブカードの固定機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブカードの固定機構の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すプローブカードの固定機構に用いられた支持体の一例を示す平面図である。
【図３】本発明のプローブカードの固定機構の他の実施形態の要部図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は下方から見た平面図である。
【図４】本発明のプローブカードの固定機構の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のプローブカードの固定機構の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】図５に示すプローブカードの固定機構に用いられた支持体の一例を示す平面図である。
【図７】従来のプローブカード固定機構を備えたプローブ装置の一例の要部を破断して示す正面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図７に示すプローブカード固定機構の高温検査時の状態を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０ プローブカード固定機構
１１ プローブカード
１２ 支持体
１３ ホルダー（保持体）
１４ ヘッドプレート
１５ メインチャック（載置台）
１６Ａ 第１締結部材
１６Ｂ 第２締結部材
１７ 断熱シート（断熱材）
２０ 吸収部材
Ｗ ウエハ（被検査体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査体の電気的特性検査をプローブ装置の本体内においてプローブカードを固定するプローブカードの固定機構に関し、更に詳しくは、高温検査時にプローブカードの熱変形を抑制することができるプローブカードの固定機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程でウエハに形成された複数の半導体素子（デバイス）の電気的特性検査を行なう場合には例えば図７に示すプローブ装置が用いられる。プローブ装置は、例えば図７に示すように、ウエハＷを搬送するローダ室１と、ローダ室１から搬送されたウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２とを備え、ローダ室１においてウエハＷの搬送過程でウエハＷのプリアライメントを行った後、プローバ室２内でウエハＷの電気的特性検査を行なう。
【０００３】
プローバ室２は、プリアライメント後のウエハＷを載置し且つ温度調整可能な載置台（メインチャック）３と、メインチャック３をＸ及びＹ方向に移動させるＸＹテーブル４と、このＸＹテーブル４を介して移動するメインチャック３の上方に配置されたプローブカード５と、プローブカード５の複数のプローブピン５Ａとメインチャック３上のウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせする位置合わせ機構（アライメント機構）６とを備えている。また、メインチャック３は昇降機構を内蔵し、ウエハＷを昇降させてプローブピン５Ａと電気的に離接させる。
【０００４】
また、図７に示すようにプローバ室２のヘッドプレート７にはテスタのテストヘッドＴが旋回可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード５はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、メインチャック３上のウエハＷを例えば−２０℃〜＋１５０℃の温度範囲でウエハＷの温度を設定し、テスタから検査用信号をテストヘッドＴ及びパフォーマンスボードを介してプローブピン５Ａへ送信し、プローブピン５ＡからウエハＷの電極パッドに検査用信号を印加してウエハＷの各デバイスの電気的特性検査を行う。高温検査を行なう場合にはメインチャック３に内蔵された温度調節機構（加熱機構）を介してウエハを所定の温度（１００℃以上）まで加熱してウエハの検査を行なう。
【０００５】
而して、プローブカード５は、ウエハＷの超微細化、大口径化に伴って大口径化しているため、例えば図８の（ａ）、（ｂ）に示すようにステンレス等の金属製の支持体５Ｂによって補強されている。このプローブカード５は支持体５Ｂと一緒にリング状のホルダー８を介してヘッドプレート７に固定されている。即ち、プローブカード５は支持体５Ｂと一緒にネジ等の複数の締結部材９Ａによってホルダー８上に締結、固定されている。また、ホルダー８は複数の締結部材９Ｂを介してヘッドプレート７上に締結、固定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば１００℃以上の高温下で高温検査を行なう場合には、メインチャック３からの放熱によりプローブカード５やホルダー８の下面側が上面側よりも大きく熱膨張して湾曲する。しかも、プローブカード５はホルダー８の内周縁部に固定されているため、プローブカード５は径方向外側へ伸びず、図８の（ａ）に矢印で示すように径方向内側へ伸びて下方へ湾曲する。また、ホルダー８は外周縁部がヘッドプレート７に固定されているため、ホルダー８は矢印で示すように径方向内側へ伸び、プローブカード５を更に下方へ湾曲させる。この結果、プローブピン５Ａが垂直下方に変位し、プローブピン５ＡとウエハＷの電極パッド間の針圧が設定値より大きくなり、電極パッド及びその下地層を傷つけ、検査不良を招くという課題があった。特に、図８の（ａ）、（ｂ）に示すようにプローブカード５が支持体５Ｂによって補強されている場合には、支持体５Ｂの熱膨張による影響を大きく受ける。
【０００７】
また、高温検査時には図８の（ｂ）に示すようにプローブカード５及び支持体５Ｂが熱膨張すると共にホルダー８が熱膨張するため、プローブカード５及び支持体５Ｂから締結部材９Ａに対して外向きの応力が矢印で示すように作用することと相俟ってホルダー８から締結部材９Ａに内向きの応力が矢印で示すように作用するによって上述の場合とは逆にプローブカード５が上方に湾曲し、プローブピン５Ａが上昇しコンタクト不良を招くという課題があった。図８の（ａ）、（ｂ）に示す現象はプローブカード５が支持体５Ｂによって補強されている場合にも同様に発生する。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードの熱変形による応力を抑制し、延いてはプローブピンの上下方向への変位を抑制して検査の信頼性を高めることができるプローブカードの固定機構を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプローブカードの固定機構は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記プローブカードと上記支持体とを重ね且つこれら両者をそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材を介して連結する共に上記支持体の外周縁部と上記保持体とを複数の第２締結部材を介して連結、固定したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの固定機構は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記支持体と上記保持体とを緩衝機構を介して連結したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２に記載の発明において、上記緩衝機構は上記支持体の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２または請求項３に記載の発明において、上記緩衝機構は、内周側が上記保持体に連結され、外周側が上記支持体に連結されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項５に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記緩衝機構は、上記緩衝機構の径方向の熱膨張の大きさと上記保持体の径方向の熱膨張の大きさが略等しい熱膨張率を有する材料によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項６に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記保持体は、上記プローブカードを上面及び／または下面から支持することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項７に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記プローブカードの外周縁部を上記支持体と上記保持体との間に配置し、上記プローブカードの外周面の外側に隙間を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項８に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記支持体及び上記保持体が上記プローブカードの熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項９に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記支持体の下面側及び／または上記保持体の下面に断熱材を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプローブカードの固定機構１０は、例えば図１に示すように、円形状のプローブカード１１を上面から支持する支持体１２と、この支持体１２を外周縁部で保持するリング状の保持体（ホルダー）１３とを備え、従来と同様にプローバ室（図示せず）のヘッドプレート１４においてプローブカード１１を固定している。プローバ室内にはメインチャック１５が配置され、メインチャック１５上に載置したウエハＷを水平方向（Ｘ、Ｙ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に搬送する。
【００１９】
プローブカード１１は、複数のプローブピン１１Ａと、これらのプローブピン１１Ａが取り付けられたコンタクタ部１１Ｂと、コンタクタ部１１Ｂが中央部に固定された回路基板１１Ｃとを有している。そして、コンタクタ部１１Ｂ、回路基板１１Ｃ及び支持体１２をそれぞれネジ等からなる第１締結部材１６Ａを介して連結され、プローブカード１１と支持体１２が一体している。複数の第１締結部材１６Ａは、回路基板１１Ｃの軸心近傍の周りに対称に配置されている。このようにプローブカード１１と支持体１２とは中央部において連結されているため、高温検査時のメインチャック１５からの放熱により回路基板１１Ｃが熱膨張しても、回路基板１１Ｃの中心部における熱膨張による伸びが小さいため、回路基板１１Ｃの上下方向への熱変形が抑制され、プローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができる。
【００２０】
支持体１２は、例えば図１に示すようにプローブカード１１の中心を通り回路基板１１Ｃの直径よりも大径の円盤形状またはハンドル形状（図２参照）に形成されている。また、支持体１２の外周縁部１２Ａは、支持体１２の内側部分の厚さと回路基板１１Ｃの厚さを加算した厚さに略等しくなる厚さに形成され、外周縁部１２Ａの内側面と回路基板１１Ｃの外周面の間に隙間δが形成され、隙間δ内で回路基板１１Ｃの熱膨張を吸収するようになっている。そして、プローブカード１１は後述するように支持体１２を介してホルダー１３に固定されている。
【００２１】
ホルダー１３は、外周縁部１３Ａと、外周縁部１３Ａから落ち込んで外周縁部１３Ａより低く形成された内周縁部１３Ｂとからなるリング状に形成されている。ホルダー１３の外径はヘッドプレート１４の中央孔よりも大径に形成され、その内径はプローブカード１１の回路基板１１Ｃの外径より小径に形成されている。ヘッドプレート１４は、高温検査中のメインチャック１５が極力ヘッドプレート１４の真下に達しない範囲で移動するようにしてある。これによりヘッドプレート１４はメインチャック１５の放熱による影響を極力受けないようになっている。
【００２２】
また、支持体１２の外周縁部１２Ａはホルダー１３の内周縁１３Ｂに位置し、この外周縁部１２Ａが内周縁部１３Ｂに対して複数の第２締結部材１６Ｂによって固定されている。従って、プローブカード１１の回路基板１１Ｃの外周縁部はホルダー１３の内周縁部１３Ｂと支持体１２によって挟持されているが、締結部材等によって固定されずにフリーになっている。このため、高温検査時に回路基板１１Ｃが熱膨張しても隙間δ内で自由に伸縮するようになっている。一方、ホルダー１３は、外周縁部１３Ａの周方向等間隔に配置された複数の第３締結部材１６Ｃによってヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに対して締結、固定されている。このヘッドプレート１１の中央孔はヘッドプレート１４の略中央に形成された凹陥部に形成されている。従って、中央孔の周縁部１４Ａはヘッドプレート１４の他の上面より低位に形成されている。尚、第２、第３締結部材１６Ｂ、１６Ｃとしてはいずれもネジ等を用いることができる。
【００２３】
而して、プローブカード１１の回路基板１１Ｃは従来公知の材料、例えばガラスエポキシ樹脂等によって多層配線構造として形成されている。また、支持体１２及びホルダーは、いずれも回路基板１１Ｃに比べ熱膨張率の低い膨張率を有する材料、例えば窒化アルミニウム等のセラミックや、ニッケル合金からなるインバー等の低膨張金属によって形成され、メインチャック１５からの放熱による熱膨張を例えば１／１０に軽減している。
【００２４】
次に、プローブ装置を用いた高温検査について説明する。メインチャック１５上にウエハＷを載置すると、メインチャック１５は既に所定温度（例えば、１５０℃）まで加熱されているため、ウエハＷを所定温度まで加熱する。そして、メインチャック１５及びアライメント機構の働きで、ウエハＷとプローブピン１１Ａをアライメントした後、メインチャック１５を介してウエハＷのインデックス送りを行う。引き続き、メインチャック１５を介してウエハＷが上昇するとウエハＷの電極パッドとプローブピン１１Ａとが接触し、更にウエハＷをオーバードライブさせると、電極パッドとプローブピン１１Ａが電気的に接触する。この状態でテスタから検査用信号を送信すると、プローブピン１１Ａを介してウエハＷに検査用信号を印加し、プローブピン１１Ａを介して検査結果を示す信号をテスタ側へ送信し、所定のデバイスの高温検査を終了する。その後、メインチャック１５が下降した後、ウエハＷのインデックス送り及び昇降動作を繰り返し、ウエハＷの高温検査を終了する。
【００２５】
高温検査の際には、メインチャック１５からの放熱によりプローブカード１１、支持体１２及びホルダー１３の温度がそれぞれ上昇する。ところが、プローブカード１１はその中心部分で複数の第１締結部材１６Ａによって支持体１２に固定されているため、複数の第１締結部材１６Ａ、１６Ａ間でのプローブカード１１の上下方向の変位が殆どなく、更に、プローブカード１１の外周縁部が固定されずフリーになっているため、プローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができる。また、高温検査中にはメインチャック１５はヘッドプレート１４の真下に達しない範囲で移動するため、ヘッドプレート１４はメインチャック１５の放熱による影響を抑制することができる。更に、支持体１２及びホルダー１３は低熱膨張材料によって形成されているため、支持体１１及びホルダー１３がメインチャック１５の放熱の影響で温度上昇してもその熱膨張による伸びを抑制することができ、ひいてはプローブピン１１Ａの上下方向の変位を格段に抑制することができる。
【００２６】
以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード１１と支持体１２とをそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材１６Ａを介して連結する共に支持体１２の外周縁部１２Ａとホルダー１３とを複数の第２締結部材１６Ｂを介して連結、固定し、プローブカード１１の外周縁部が固定されずフリーになっている１ため、高温検査時のプローブカード１１の上下方向の熱変形、延いてはプローブピン１１Ａの上下方向の変位を格段に抑制し、電極パッド及びその下地層の損傷を防止し、高温検査を不具合なく確実に行なうことができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、プローブカード１１の外周縁部を支持体１２とホルダー１３との間に配置し、プローブカード１１の外周面の外側に隙間δを設けたため、プローブカード１１、具体的には回路基板１１Ｃが熱膨張により隙間δの範囲内で伸び、回路基板１１Ｃに応力が作用せず、プローブカード１１の上下方向の変位を更に抑制することができる。
【００２８】
また、図３〜図６はそれぞれ本発明の他の実施形態を示す図である。尚、図３〜図５において、上記実施形態と同一または相当部分には同一符号を附して以下説明する。図３に示すプローブカードの固定機構１０は、同図の（ａ）に示すようにホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けた以外は上記実施形態に準じて構成されている。断熱シート１７は耐熱性のプレート１８によって被覆され、このプレート１８をネジ等の締結部材１９によってホルダー１３及びヘッドプレート１４に固定している。プレート１８は、同図の（ｂ）に示すように扇状に形成され、この扇状のプレート１８がホルダー１３及びヘッドプレート１４の全面に渡って配列されている。プレート１８間にはその熱膨張を吸収する隙間を設けておくことが好ましい。断熱シート１７は、特定の材料に制限されるものではないが、粉塵を発生し難い材料が好ましいことは云うまでもない。断熱材料としては、例えば、シリコーンスポンジ等を挙げることができる。このようにホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けることによってこれら両部材１３、１４の温度上昇を抑制することができ、プローブカード１１の上下方向の湾曲を更に抑制することができる。
【００２９】
また、図示してないが、プローブカード１１の下面またはプローブカード１１と支持体１２の間に断熱シートを設け、プローブカード１１と支持体１２双方の温度上昇を抑制するようにしても良い。
【００３０】
従って、本実施形態によれば、上記実施形態のプローブカードの固定機構１０において、ホルダー１３及びヘッドプレート１４の下面に断熱シート１７を設けたため、プローブカード１１及び支持体１２の熱膨張を抑制し、更にプローブカード１１の湾曲、つまりプローブピン１１Ａの上下方向の変位を抑制することができ、より信頼性の高い高温検査を行なうことができる。
【００３１】
また、図４に示すプローブカードの固定機構１０は、同図に示すように、上記各実施形態のホルダー１３を省略した以外は上記各実施形態に準じて構成されている。即ち、本実施形態ではプローブカード１１は上記各実施形態と同様に軸心近傍で複数の第１締結部材１６Ａによって支持体１２と連結されている。そして、プローブカード１１はヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに載置されている。また、支持体１２の外周縁部１２Ａが複数の第２締結部材１６Ｂによってヘッドプレート１４の中央孔の周縁部１４Ａに締結、固定され、プローブカード１１の回路基板１１Ｃの外周面と支持体１２の外周縁部１２Ａの内周面と間には回路基板１１Ｃの熱膨張代となる隙間δが形成されている。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、図１、図３に示すプローブカードの固定機構１０において、支持体１２をヘッドプレート１４に直接固定するようにしたため、上記各実施形態と同様の作用効果を期することができる他、ホルダーを省略してホルダーの熱膨張による影響をなくすることができる。
【００３３】
また、図５に示すプローブカードの固定機構１０は、同図に示すように、支持体１２及びホルダー１３の形態と、これら両者の連結機構が図１及び図３に示すものとは異なる。即ち、本実施形態では支持体１２は、例えば図５、図６に示すように、ハンドル状に形成されている。支持体１２のリング状外周縁部１２Ａは、上面がその内側より低く形成され、下面はプローブカード１１の回路基板１１Ｃの下面と略面一に形成されている。回路基板１１Ｃの下面と支持体１２の外周縁部の下面とは面一でなくても良い。外周縁部１２Ａ下面の内周面と回路基板１１Ｃとの間には隙間δが形成されている。また、ホルダー１３は図５に示すようにリング状に形成されている。ホルダー１３は、外周縁部においてヘッドプレート１４に対してネジ等の第３締結部材１６Ｃによって固定され、内周縁部において後述の緩衝機構に対して連結されている。
【００３４】
而して、支持体１２とホルダー１３は、例えば図５に示すように支持体１２の熱膨張による伸びにより発生する応力を緩和する緩衝機構２０を介して連結されている。この緩衝機構２０は、同図に示すように単一の部材によって形成されている。そこで、以下では緩衝機構２０を緩衝部材２０として説明する。この緩衝部材２０の断面形状は、同図に示すように、内側２０Ａが中央部より上方へ突出していると共に外側２０Ｂが中央部より下方へ突出している。そして、支持体１２は、その外周縁部１２Ａが緩衝部材２０の外側２０Ｂとネジ等の締結部材２１によって連結されている。また、緩衝部材２０は、その内側２０Ａがホルダー１３の内周縁部とネジ等の第２締結部材１６Ｂによって連結されている。この緩衝部材２０は支持体１２の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料、例えばアルミニウムや樹脂等によって形成されている。緩衝部材２０は、特に、緩衝部材２０が熱膨張する径方向の長さと、この熱膨張と同じ温度で支持体１２が熱膨張する径方向の長さとが略同じになるような熱膨張率を有する材料であることが好ましい。このような構成から高温検査時に支持体１２は熱膨張により矢印方向に伸びると共に緩衝部材２０も熱膨張により支持体１２と同一方向に伸びる際に、緩衝部材２０の熱膨張率が支持体１２の熱膨張率より大きいため、締結部材２１の位置において支持体１２を内側に向けて圧縮する応力は発生しない。また、緩衝部材２０の熱膨張率を更に高くすることにより、緩衝部材２０が支持体１２よりも更に大きく伸び、支持体１２を外側に牽引し、また、ホルダー１３が径方向に伸びてもこの伸びを吸収することができ、支持体１２を内側に向けて圧縮することはない。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、支持体１２とホルダー１３を緩衝部材２０を介して連結したため、従来のように支持体１２を内側へ圧縮する力が加わらず、延いてはプローブカード１１及び支持体１２が上下いずれの方向にも湾曲することがなく、上記各実施形態と同様に信頼性の高い高温検査を行なうことができる。
【００３６】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。例えば、上記各実施形態では支持体１２によってプローブカード１１を補強した例について説明したが、支持体１２が無い場合についても本発明を適用することができる。また、上記各実施形態では、支持体１２がハンドル形状の場合について説明したが、円盤形状であっても良い。また、上記各実施形態ではプローブカード１１の回路基板１１Ｃと支持体１２の加算厚さが支持体１２の外周縁部１２Ａと略同一厚さの場合について説明したが、外周縁部１２Ａの厚さが回路基板１１Ｃと支持体１２の内側部分の加算厚さよりも厚くても良い。更に、上記実施形態では支持体１２がプローブカード１１を上面に位置する場合について説明したが、プローブカード１１の下面あるいは上面及び下面の両面に位置していても良い。また、緩衝機構２０の形態も上記実施形態に何等制限されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項９に記載の発明によれば、プローブカードの熱変形による応力を抑制し、延いてはプローブピンの上下方向への変位を抑制して検査の信頼性を高めることができるプローブカードの固定機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブカードの固定機構の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すプローブカードの固定機構に用いられた支持体の一例を示す平面図である。
【図３】本発明のプローブカードの固定機構の他の実施形態の要部図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は下方から見た平面図である。
【図４】本発明のプローブカードの固定機構の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のプローブカードの固定機構の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】図５に示すプローブカードの固定機構に用いられた支持体の一例を示す平面図である。
【図７】従来のプローブカード固定機構を備えたプローブ装置の一例の要部を破断して示す正面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図７に示すプローブカード固定機構の高温検査時の状態を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０ プローブカード固定機構
１１ プローブカード
１２ 支持体
１３ ホルダー（保持体）
１４ ヘッドプレート
１５ メインチャック（載置台）
１６Ａ 第１締結部材
１６Ｂ 第２締結部材
１７ 断熱シート（断熱材）
２０ 吸収部材
Ｗ ウエハ（被検査体）
Claims (9)
- 被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記プローブカードと上記支持体とを重ね且つこれら両者をそれぞれの軸心の近傍で複数の第１締結部材を介して連結する共に上記支持体の外周縁部と上記保持体とを複数の第２締結部材を介して連結、固定したことを特徴とするプローブカードの固定機構。
- 被検査体と電気的に接触するプローブカードを支持する支持体と、この支持体を外周縁部で保持する保持体とを備えたプローブカードの固定機構において、上記支持体と上記保持体とを緩衝機構を介して連結したことを特徴とするプローブカードの固定機構。
- 上記緩衝機構は、上記支持体の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とする請求項２に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記緩衝機構は、内周側が上記保持体に連結され、外周側が上記支持体に連結されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記緩衝機構は、上記緩衝機構の径方向の熱膨張の大きさと上記保持体の径方向の熱膨張の大きさが略等しい熱膨張率を有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記保持体は、上記プローブカードを上面及び／または下面から支持することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記プローブカードの外周縁部を上記支持体と上記保持体との間に配置し、上記プローブカードの外周面の外側に隙間を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記支持体及び上記保持体が上記プローブカードの熱膨張率よりも低い熱膨張率を有する材料によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
- 上記支持体の下面側及び／または上記保持体の下面に断熱材を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
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