JP2007101345A - カードホルダ及びプローバ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱変形によるプローブ位置の変位が小さい簡単な構造のカードホルダの実現。
【解決手段】 プローブカード24を取り付けるカードホルダ23であって、カードホルダ23をプローバ10に固定するための略環状の周辺部分51と、周辺部分の内側の、プローブカードが取り付けられる略環状の薄い板状部分52と、板状部分の中心に設けられ、プローブカードのプローブが設けられた部分が配置される穴53と、周辺部分と板状部分の間の、被検査物Wが配置されるのと反対側の表面に設けられた略環状の溝54と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うために、テスタの端子を半導体チップの電極に接続するプローバに関し、特にプローバに設けられ、半導体チップの電極に接触するプローブを有するプローブカードが取り付けられるカードホルダに関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを組み合わせたウエハテストシステムで行われる。

図１は、ウエハテストシステムの概略構成を示す図である。ウエハテストシステムは、プローバ１０とテスタ３０とで構成される。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハＷを保持するウエハステージ１８と、プローブの位置を検出する針位置検出カメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。プローブ２５の配列は検査する半導体チップの電極パッドの配列に応じて異なるので、プローブカード２４は異なる半導体チップを検査する時には交換される。そのため、プローブカード２４はカードホルダ２３に容易に着脱可能に構成されている。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハステージ１８を３軸方向及び回転する移動・回転機構を構成する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローバには、他にプローブ２５の位置を検出する針位置検出カメラや、ウエハＷに形成された半導体チップの電極パッドの位置を検出するウエハアライメントカメラや、プローブのクリーニング機構なども設けられているが、ここでは省略している。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２５には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

プローバ１０は、ウエハＷをウエハステージ１８に固定し、各チップの電極パッドにプローブ２５を接触させる。テスタ３０は、プローブ２５に接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

ウエハテストシステム、それを構成するテスタ及びプローバについては広く知られているので、これ以上の説明は省略する。

ウエハテストシステムでは、半導体チップの仕様に合わせて、ウエハを高温又は低温にして検査を行うことが要求される。そのため、ウエハステージ１８内にヒータなどの加熱機構や冷却液を循環させるチラーなどの冷却機構を設けて、ウエハステージ１８上に保持されたウエハＷを所望の温度にした上で検査を行う。

しかし、ウエハステージ１８及びその上に保持されたウエハＷを高温又は低温にすると、近接して配置されているカードホルダ２３の温度も変化して変形し、カードホルダに取り付けられたプローブカード２４のプローブ２５の先端が上下方向に変位し、検査中にプローブ２５が電極パッドから離れて電気的導通が損なわれたり、プローブ２５の電極パッドとの接触圧が増加して、プローブ２５が破損したり、電極パッド及びその下の層が破損するといった問題を生じる。

図２は、プローブカード２４及びカードホルダ２３の温度を高くした時の変形を説明する図である。カードホルダ２３は、金属製、例えばアルミニューム製であり、略円形で、中心に円形の穴を有し、円形の穴の周囲は薄い板状である。プローブカード２４のプローブ２５が設けられた部分が、円形の穴内に配置される。カードホルダ２３の周辺部は、ヘッドステージ２２に固定されており、温度が高くなって膨張すると、プローブカード２４を取り付ける部分が下側に突き出るように変形する。これに応じてプローブカード２４が下側に変位する。なお、プローブカード２４自体も変形する。

このようなカードホルダの変形の問題を回避するため、例えば、検査前にプローブカード２４及びカードホルダ２３をウエハＷの検査温度に近い温度にして、検査中の変形を防ぐ方法がとられているが、検査開始までに要する時間が長くなり、スループットが低下するという問題を生じる。

特許文献１は、図３に示すように、カードホルダ２３のプローブカードを取り付ける部分に、中心から放射方向に伸びる切り込み部４１や放射方向に伸びる穴を設けることによりカードホルダ２３の変形量を低減する構成を記載している。

特開２００５−１８１２８４号公報（全体）

しかし、図３のカードホルダは、放射方向に伸びる切り込み部や穴、特に切り込み部があるため、プローブカードを取り付ける部分の剛性が低くなるという問題がある。近年、プローブ数が数百〜数千本にもなり、各プローブの接触圧は小さくてもプローブカード全体では接触時に大きな圧力が印加される。図３のような切込み部があると、このような圧力に耐えられる強度を持たせるのが難しくなる。

また、放射状の切り込みがあると、カードホルダの平面度などを高精度で加工するのが難しいという問題を生じる。

また、ウエハを低温で検査する場合、ウエハステージに保持されたウエハの部分にはドライエアーが供給される。また、検査時にはクリーンエアーを供給する場合もあり、更に遮光する必要がある場合もある。そのため、ウエハの部分は、周囲からできるだけ遮蔽されることが望ましい。しかし、図３のカードホルダのように、切り込み部や穴を設けると、その部分を通して気体が移動するため、上記のような条件を実現するのが難しいという問題を生じる。

本発明は、このような問題を解決するもので、熱変形によるプローブ位置の変位が小さいカードホルダを、簡単な構造で実現することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のカードホルダは、カードホルダを取り付けるための周辺部とプローブカードが取り付けられる部分との間の、被検査物が配置されるのと反対側の表面に、環状の溝を設ける。

すなわち、本発明のカードホルダは、プローブカードを取り付けるカードホルダであって、当該カードホルダをプローバに固定するための略環状の周辺部分と、前記周辺部分の内側の、前記プローブカードが取り付けられる略環状の薄い板状部分と、前記板状部分の中心に設けられ、前記プローブカードのプローブが設けられた部分が配置される穴と、前記周辺部分と前記板状部分の間の、被検査物が配置されるのと反対側の表面に設けられた略環状の溝と、を備えることを特徴とする。

本発明のカードホルダは、被検査物が配置されるのと反対側の表面に略環状の溝を有するので、温度変化により膨張すると、溝に近い部分は若干ではあるが周辺に向かう方向に変位可能であるので、被検査物が配置されるのと反対側（上側）に変形し、内側の部分は下側に変位し、これらの変位が相殺して、取り付けられるプローブカードの中心の変位を小さくする。

本発明によれば、カードホルダの剛性をあまり低下させずに、熱変形による変位が小さいカードホルダが実現される。また、穴や切り込みがないので、気体などを通過させることもなく、被検査物のウエハの部分を容易に遮蔽することができる。

図４は本発明の実施例のカードホルダを示す斜視図であり、図５はその上平面図と断面図である。このカードホルダは、図１に示したようなプローバに取り付けられる。

カードホルダ２３は、アルミニューム製であるが、他の金属製でもよい。図示のように、カードホルダ２３は、略円形であり、プローバのヘッドステージ２２に取り付けられるほぼ円環状の周辺部５１と、周辺部５１の内側の、円形のプローブカードが取り付けられるほぼ円環状の薄い板状部５２と、板状部５２の中心に設けられ、プローブカードのプローブが設けられた部分が通過するように配置される円形の穴５３と、を有する。以上の構成は、従来も同じである。本実施例のカードホルダ２３は、従来の構成に加えて、周辺部５１と板状部５２の間の、ウエハが配置されるのと反対側の表面に、円環状の溝５４が設けられている。

図示したカードホルダ２３の形状は一例であり、プローバ及びプローブカードの形状、材料などに応じて各種の形で作られ、円環状の溝５４の幅及び深さなども適宜設定される。また、溝５４は連続してなくても、実質的に円環状であればよい。

なお、溝５４を設けることにより、強度上の問題が生じる場合には、厚さなどを適宜設定する。

例えば、周辺部５１（最外周）の直径が約３２０ｍｍ、板状部５２の直径が約２３０ｍｍ、穴の直径が約１１５ｍｍ、周辺部５１の厚さが約１４ｍｍ、板状部５２の厚さが約５．５ｍｍの形状で、約２３５ｍｍの直径部分に幅５ｍｍ、深さ約２．５ｍｍの溝５４を設けたカードホルダでシミュレーションしたところでは、溝を設けない時に比べて、温度を室温から１００°Ｃに変化させた時のプローブの変位が大幅に減少するという結果が得られた。

以上のように、本発明のカードホルダを使用すれば、温度の変化によるプローブ位置の変化が小さいので、検査中も安定した接触状態（接触圧）が維持され、長時間の検査においても安定した測定を行うことができる。

本発明は、プローバのカードホルダに適用される。

プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの構成を示す図である。 検査時にウエハの温度を高めた時のカードホルダの変形、及びそれに取り付けられたプローブカードのプローブの位置の変位を説明する図である。 特許文献１に記載されたカードホルダを示す図である。 本発明の実施例のカードホルダを示す斜視図である。 実施例のカードホルダの上平面図及び断面図である。

符号の説明

１８ ウエハステージ
２３ カードホルダ
２４ プローブカード
２５ プローブ
５４ 溝

Claims (4)

1. プローブカードを取り付けるカードホルダであって、
   当該カードホルダをプローバに固定するための略環状の周辺部分と、
   前記周辺部分の内側の、前記プローブカードが取り付けられる略環状の薄い板状部分と、
   前記板状部分の中心に設けられ、前記プローブカードのプローブが設けられた部分が配置される穴と、
   前記周辺部分と前記板状部分の間の、被検査物が配置されるのと反対側の表面に設けられた略環状の溝と、を備えることを特徴とするカードホルダ。
2. 当該カードホルダは金属製である請求項１に記載のカードホルダ。
3. 当該カードホルダはアルミニューム製である請求項２に記載のカードホルダ。
4. ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するために、テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
   前記ウエハを保持するウエハステージと、
   前記ウエハステージを移動及び回転する移動・回転機構と、
   前記半導体装置の電極に接触するプローブを有するプローブカードが取り付けられるカードホルダと、を備えるプローバであって、
   前記カードホルダは、請求項１から３のいずれか１項に記載のカードホルダであることを特徴とするプローバ。

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