JP2006019537A

JP2006019537A - プローブ装置

Info

Publication number: JP2006019537A
Application number: JP2004196222A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Kitatora; 達朗北虎
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】メインチャック６とプローブカード８とが極力平行に設置しなくてはならず、しかもオーバードライブ時に複数のプローブ８ＡをウエハＷと弾力的に接触させるために、プローブカード８のプローブ８Ａに弾力を付与する針駆動機構部等のスプリング機構を設ける必要があるため、プローブ８Ａの構造が複雑になってプローブカード８がコスト高になる。
【解決手段】本発明のプローブ装置１０は、プローブカード１１と、ウエハチャック１２と、ウエハチャック１２を昇降させる３本の昇降軸１２Ａと、これらの昇降軸１２Ａに加わる針圧をそれぞれ検出する３個の圧力センサ１２Ｃと、を備え、各昇降軸１２Ａはそれぞれ電流値に基づいてヤング率が変化するヤング率変動部材１２Ｂを有し、これらの部材１２Ｂのヤング率を各圧力センサ１２Ｃの検出値に基づいて制御し、各圧力センサ１２Ｃの検出値を一定値に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に関し、更に詳しくは、プローブカードと載置台上の被検査体とを常に平行に接触させることができるプローブ装置に関するものである。

この種の検査装置は、例えば図２の（ａ）、（ｂ）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から引き渡されたウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２とを備えている。ローダ室１は、カセット収納部３と、ウエハＷをローダ室１へ搬送するウエハ搬送機構４と、ウエハ搬送機構４を介してウエハＷを搬送する過程でそのオリフラまたはノッチを基準にしてプリアライメントするサブチャック５とを備え、制御装置（図示せず）の制御下で作動する。

また、プローバ室２は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハ搬送機構４からのウエハＷを載置し且つ昇降可能に構成された載置台（メインチャック）６と、メインチャック６を水平方向（Ｘ及びＹ方向）に移動させるＸＹテーブル７と、メインチャック６の上方に配置されたプローブカード８と、プローブカード８の複数の弾性を有するプローブ８Ａとメインチャック６上のウエハＷの複数の電極パッドを正確にアライメントするアライメント機構９と、を備えている。

アライメント機構９は、アライメントブリッジ９Ａに取り付けられ上カメラ９Ｂと、メインチャック６に付設され下カメラ９Ｃとを備え、アライメントブリッジ９Ａが一対のガイドレール９Ｄに従ってプローバ室２の正面奥から中央のプローブセンタまで進出し、ウエハＷの電極パッドとプローブ８Ａとのアライメントを行なう。

アライメントを行う場合には、例えば、ＸＹテーブル７を介してメインチャック６が移動し、下カメラ９Ｃがプローブカード８の真下に到達する。この位置でメインチャック６が昇降して下カメラ９Ｃで所定のプローブ８Ａの針先を撮像し、制御装置においてこの時のメインチャック６の位置からプローブ８Ａの針先のＸ、Ｙ及びＺの位置座標を算出する。次いで、アライメントブリッジ９Ａがプローブセンタに進出し、上カメラ９Ｂと下カメラ９Ｃの焦点をターゲット９Ｅに合わせて光軸を一致させてメインチャック６の基準位置を求める。その後、上カメラ９ＢでウエハＷの所定の電極パッドを撮像し、制御装置においてこの時のメインチャック６の位置から電極パッドのＸ、Ｙ及びＺの位置座標を算出し、ウエハＷの電極パッドとプローブ８Ａのアライメントを終了する。

また、図２の（ａ）に示すようにプローバ室２のヘッドプレート２Ａにはテストヘッド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８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、テスタ（図示せず）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８Ａへ送信することにより、プローブ８Ａ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に形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行う。

検査時には、メインチャック６が上昇してプローブ８ＡとウエハＷの電極パッドとを接触させた後、更にオーバードライブを掛けて所定の針圧でこれら両者を電気的に接触させる。この際、プローブ８Ａの針先とウエハＷの電極パッド間の距離を高精度に検出し、その距離だけメインチャック６を上昇させてプローブ８Ａと電極パッドとを確実に接触させた後、この位置からオーバードライブを掛けて電気的に接触させる。

さて、プローブと電極パッドと電気的に安定した接触を取る検査装置として特許文献１において提案された半導体試験装置がある。この半導体試験装置は、針駆動機構部、圧力検出機構部、比較演算制御部及びリング動作機構部を備え、圧力検出機構部からのプローブ針の針圧信号と基準値とを比較演算制御部において比較し、比較演算制御部からの信号に基づいてリング動作機構部を駆動させてプローブリングの傾きを補正する。

特開平９−５１０２３号公報

しかしながら、従来のプローブ装置の場合には、複数のプローブ８Ａをメインチャック６に対して均等な針圧で接触させるために、メインチャック６とプローブカード８とが極力平行に設置しなくてはならず、しかもオーバードライブ時に複数のプローブ８ＡをウエハＷと弾力的に接触させるためにプローブカード８のプローブ８Ａに弾力を付与する針駆動機構部等のスプリング機構を設ける必要があるため、プローブ８Ａの構造が複雑になってプローブカード８がコスト高になるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードと載置台との平行が多少崩れていてもプローブカードと被検査体とを均等な針圧で接触させることができ、しかもプローブのスプリング機構を省略することができるプローブ装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブ装置は、被検査体と電気的に接触するプローブカードと、このプローブカードと対向して配置され且つ上記被検査体を載置する載置台と、この載置台を複数箇所で昇降可能に支持する複数の軸体と、これらの軸体に加わる圧力をそれぞれ個別に検出する複数の圧力センサと、を備えたプローブ装置であって、上記各軸体はヤング率が変化する部材を有し、上記各部材のヤング率を上記各圧力センサの検出値に基づいて制御し、上記各圧力センサの値を一定値に保持することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記軸体を３箇所に設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記軸体は電流値に基づいてヤング率が変化することを特徴とするものである。

本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、プローブカードと載置台との平行が多少崩れていてもプローブカードと被検査体とを均等な針圧で接触させることができ、しかもプローブのスプリング機構を省略することができるプローブ装置を提供することができる。

以下、図１に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明のプローブ装置の一実施形態を示す概念図である。

本実施形態のプローブ装置１０は、例えば図１に示すように、被検査体（例えば、ウエハ）Ｗと電気的に接触するプローブカード１１と、プローブカード１１の下方に配置され且つウエハＷを載置する載置台（ウエハチャック）１２と、プローブカード１１を着脱可能に保持する保持機構１３と、保持機構１３が固定されたヘッドプレート１４と、を備えている。プローブカード１１の上面には接続リング１５が配置され、プローブカード１１と接続リング１５は接続リング１５内に設けられた複数のポゴリング（図示せず）を介して電気的に接続されている。

プローブカード１１は、図１に示すように、複数のプローブ１１Ａを有するコンタクタ１１Ｂと、コンタクタ１１Ｂが装着されたプリント配線基板等からなる回路基板１１Ｃと、を有している。複数のプローブ１１Ａは、例えば突起状のバンプとして形成され、メインチャック１２上のウエハＷの複数の電極パッド（図示せず）と接触するようにコンタクタ基板１１Ｄに所定のパターンで配列されている。

ウエハチャック１２は、周方向等間隔を隔てて昇降機構として配置された３本の昇降軸１２Ａによって支持され、水平に昇降するようになっている。３本の昇降軸１２Ａとウエハチャック１２との間には、電流の大きさによってヤング率が変化するヤング率変動部材１２Ｂがそれぞれ介装されている。また、これらのヤング率変動部材１２Ｂには圧力センサ１２Ｃが取り付けられ、これらの圧力センサ１２Ｃによってそれぞれの昇降軸１２Ａにおける針圧を検出するようにしてある。これらの圧力センサ１２Ｃは、増幅回路１２Ｄ及びヤング率制御回路１２Ｅを介してそれぞれのヤング率変動部材１２Ｂに接続されている。

圧力センサ１２Ｃは、その昇降軸１２Ａにおいて針圧を検出すると、圧電変換して針圧に応じた電流を出力する。増幅回路１２Ｄは、圧力センサ１２Ｃからの電流値を所定の倍率で増幅してヤング率制御回路１２Ｅへ出力する。ヤング率制御回路１２Ｅは、増幅回路１２Ｄからの入力電流をヤング率変動材料１２Ｂに出力する。ヤング率変動部材１２Ｂは、ヤング率制御回路１２Ｅからの入力電流値に即してヤング率が変化する材料によって形成されている。また、ヤング率制御回路１２Ｅは、圧力センサ１２Ｃが所定の針圧を検出する度毎にそれぞれ電流値を加算してヤング率変動部材１２Ｂのヤング率を変化させるように構成されている。

つまり、３本の昇降軸１２Ａが駆動してメインチャック１２が上昇し、ウエハチャック１２上のウエハＷとプローブカード１１とが接触すると、各昇降軸１２Ａではそれぞれの圧力センサ１２Ｃで針圧を検出し、これらの検出値に基づいてヤング率制御回路１２Ｅがそれぞれ作動してヤング率変動部材１２Ｂのヤング率を制御して各圧力センサ１２Ｃが常に所定の針圧を維持し、プローブカード１１とウエハＷとが常に平行に接触するようにしてある。

次に、図１に示すようにプローブカード１１とウエハチャック１２との平行が崩れている場合におけるプローブ装置１０の動作について説明する。ウエハチャック１２上にウエハＷを載置すると、アライメント機構（図示せず）が駆動してウエハＷの複数の電極パッドとプローブカード１１の複数のプローブ１１Ａとの位置合わせを行う。引き続き、昇降機構を構成する３本の昇降軸１２Ａが同時に駆動してウエハチャック１２を上昇させ、ウエハＷの複数の電極パッドとプローブカード１１の複数のプローブ１１Ａとが接触する。

この際、図１に示す場合にはまず同図の左側の電極パッドとバンプ状のスプリング機構を有さないプローブ１１Ａとが接触し、左端の昇降軸１２Ａの圧力センサ１２Ｃで針圧を検出する。圧力センサ１２Ｃでは検出値に応じた電流を増幅回路１２Ｄへ出力する。増幅回路では入力電流を増幅し、増幅電流をヤング率制御回路１２Ｅへ出力する。ヤング率制御回路１２Ｅでは所定の電流値に達すると、その電流をヤング率変動部材１２Ｂへ印加する。ヤング率変動部材１２Ｂは電流値に即してヤング率が低下して圧力センサ１２Ｃの針圧を所定値に維持する。

この間もウエハチャック１２は３本の昇降軸１２Ａを介して上昇し、二番目の圧力センサ１２Ｃが同様に針圧を検出し、増幅回路１２Ｄ及びヤング率制御回路１２Ｅを介して二番目のヤング率変動部材１２Ｂのヤング率を低下させる。この時一番目の圧力センサ１２Ｃも同様に針圧を検出してそのヤング率制御回路１２Ｅを介してヤング率を低下させ、一番目のヤング率変動部材１２Ｂが二番目のヤング率変動部材１２Ｂよりヤング率が小さくなってウエハチャック１２がプローブカード１１の傾斜に倣って傾く結果、三番目の圧力センサ１２Ｃも他の圧力センサ１２Ｃと同一圧力の針圧を検出する。

従って、一番目の圧力センサ１２Ｃに対応するヤング率変動部材１２Ｂのヤング率が最も小さくなり、三番目の圧力センサ１２Ｃに対応するヤング率変動部材１２Ｂのヤング率が最も大きくなる。つまり、プローブ１１ＡとウエハＷの電極パッドが接触すると、所定の針圧を検出する毎にヤング率変動部材１２Ｂのヤング率が低下するため、プローブ１１Ａにスプリング機構を設けなくてもプローブカード１１の複数のプローブ１１ＡとウエハＷの複数の電極パッドは均一な針圧で接触する。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハＷと電気的に接触するプローブカード１１と、このプローブカード１１と対向して配置され且つウエハＷを載置するウエハチャック１２と、このウエハチャック１２を支持する３本の昇降軸１２Ａと、これらの昇降軸１２Ａに加わる針圧をそれぞれ個別に検出する３個の圧力センサ１２Ｃと、を備え、各昇降軸１２Ａはそれぞれ電流値に基づいてヤング率が変化するヤング率変動部材１２Ｂを有し、各ヤング率変動部材１２Ｂのヤング率をそれぞれの圧力センサ１２Ｃの検出値に基づいて制御し、各圧力センサ１２Ｃの検出値を一定値に保持するため、ウエハチャック１２が３本の昇降軸１２Ａを介して上昇する間に、これらの昇降軸１２Ａにおけるヤング率変動部材１２Ｂのヤング率が圧力センサ１２Ｃによる針圧の検出順に小さくなってウエハチャック１２をプローブカード１１の傾斜に倣って傾き、これら両者１１、１２が均一な針圧で接触し、信頼性の高い検査を行うことができる。従って、プローブカード１１がウエハチャック１２との平行度を高精度に出す必要がなく、しかもプローブカード１１のプローブ１１Ａは従来のようにスプリング機構が不要で、プローブカード１１を低コストで作製することができる。

尚、上記実施形態では軸体として昇降軸１２Ａを３本設けた場合について説明したが、軸体は３本に限定されるものではない。本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り本発明に包含される。

本発明は、ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。

本発明のプローブ装置の一実施形態を示す概念図である。従来のプローブカードを示す図で、（ａ）はその正面の一部を破断して示す断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

符号の説明

１０プローブ装置
１１プローブカード
１２ウエハチャック（載置台）
１２Ａ昇降軸（軸体）
１２Ｂヤング率変動部材（電流値に基づいてヤング率が変化する部材）
１２Ｃ圧力センサ
Ｗウエハ（被検査体）

Claims

被検査体と電気的に接触するプローブカードと、このプローブカードと対向して配置され且つ上記被検査体を載置する載置台と、この載置台を複数箇所で昇降可能に支持する複数の軸体と、これらの軸体に加わる圧力をそれぞれ個別に検出する複数の圧力センサと、を備えたプローブ装置であって、上記各軸体はヤング率が変化する部材を有し、上記各部材のヤング率を上記各圧力センサの検出値に基づいて制御し、上記各圧力センサの値を一定値に保持することを特徴とするプローブ装置。
上記軸体を３箇所に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記軸体は電流値に基づいてヤング率が変化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブ装置。