JP2009047466A - プローブカード機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブ針がウエハに安定して接触することができるプローブカード機構に関する。
【解決手段】 ウエハを載置するステージを備えたプローバと、ウエハに接触するプローブ針を備えたプローブカードと、このプローブカードを囲い込み変形を防止する補強部材と、前記補強部材の上部に対向するように配置されたテストヘッドを備え、前記プローブカードの変形を防止するプローブカード機構において、
前記補強部材の概略中央部表面までの距離を測定する位置センサと、
前記テストヘッドに設けられ、前記位置センサが取り付けられるテストヘッドベースプレートと、
前記位置センサで測定された距離に基づいて前記補強部材を押圧する位置合わせ機構と
を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣ試験装置に用いられるプローブカードの変形を小さくするプローブカード機構に関し、特に、プローブ針がウエハに安定して接触することができるプローブカード機構に関する。

ウエハ試験装置は、半導体の製造工程において完成された半導体素子をウエハの状態で試験する装置である。また、このウエハ試験装置は、ウエハ内の各チップ上の電極パッドにプローブ針を接触させるためのプローバと、このプローバを介して電気的に各チップの特性試験を行うテスタ本体とから構成される。

そして、このプローバには、多数のプローブ針を設けたプローブカードが取り付けられるが、上述した電極パッドとプローブ針の接触は厳格な精度が求められ、例えば周囲の温度の変化に伴う温度膨張によっても、プローブ針と電極パッドの接触が安定して保つことができないという問題がある。

このような課題を解決するため、次の特許文献１記載に記載された発明は、プローブカードの温度センサを備え、プローブ針と電極パッドの接触の安定を図っている。

特開２００６−１７３２０６号公報

以下、従来のプローブカード機構について説明する。図３は従来のプローブカード機構の構成例であり、（Ａ）は従来のプローブカード機構の平面図、（Ｂ）は従来のプローブカード機構の正面図である。

図３においてスティフナ１は、変形防止用の補強部材であり、後述するプローブカード４の外周を被うように円筒状に形成された円筒部１Ａと、この円筒部から中央に延びる８本の仕切部１Ｂと、この８本の仕切部を結合するように形成された円柱部１Ｃとからなる。プローバベースプレート２は、上述したスティフナ１と共にプローブカード４を支持するための部材である。

トレイ３は、プローバベースプレート２に固定され、プローブカード４が載置される。プローブカード４はプローブ針５を支持するための部材である。プローブ針５は、ウエハ６内の各チップ上の電極パットに接触するものである。ウエハ６は、プローバステージ７に載せられる。プローバステージ７は、ウエハ６とプローブ針５が接触するようにＸＹ方向にステップ移動し、Ｚ方向の移動でプローブ針５との距離が決定される。

ところで、近年は、ウエハの同時測定数の増大にともなってプローブ針５の接触圧も大きくなってきている。例えば、１０ｇ／針で１００００針あると１００Ｋｇの力が働くことになり、この影響は変形防止用の補強部材であるスティフナ１を用いたとしても完全に防ぎきれるものではない。そのため、プローバベースプレート２に周囲を固定されているものの中央を大きな力で押されると、プローブカード４は変形してしまう。

また、変形量を少なくするため、スティフナ１を大型化し強度を上げることが考えられるが、プローブカード４上にはテスト用に必要な電気回路が搭載されるため、スティフナ１の形状には制約がある。さらに、高温や低温試験で周囲温度が変化するとプローブカード４は温度膨張によっても変形するので、温度が安定するまでに待ち時間が必要となり、テストの効率が落ちてしまうという問題も発生している。

これらの問題を解決するために、スティフナ１の中央部をテストヘッド側に固定するセンタークランプ機構を設けることも行われており、ある程度の改善はなされているが、完全には変形を取り去ることはできず、１０ｕｍ程度は変形が残存することが報告されている。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、プローブ針がウエハに安定して接触することができるプローブカード機構を提供することを目的とする。

このような問題を解決するため、請求項１記載の発明は、
ウエハを載置するステージを備えたプローバと、ウエハに接触するプローブ針を備えたプローブカードと、このプローブカードを囲い込み変形を防止する補強部材と、前記補強部材の上部に対向するように配置されたテストヘッドを備え、前記プローブカードの変形を防止するプローブカード機構において、
前記補強部材の概略中央部表面までの距離を測定する位置センサと、
前記テストヘッドに設けられ、前記位置センサが取り付けられるテストヘッドベースプレートと、
前記位置センサで測定された距離に基づいて前記補強部材を押圧する位置合わせ機構と
を備える。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のプローブカード機構において、
前記位置合わせ機構は、
前記テストヘッドベースプレートに設けられるモータと、
このモータに結合され、前記モータの動力により回転するスクリューと、
このスクリューに結合し、前記スクリューが回転することによって上下方向に移動し、前記補強部材を押圧するナット
からなる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のプローブカード機構において、
前記ナットを前記補強部材に固定し、又は固定を外すロック機構を備える。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のプローブカード機構において、
前記位置合わせ機構は、
前記テストヘッドベースプレートに設けられるエアシリンダと、
このエアシリンダに結合され、前記エアシリンダにより上下方向に移動するロッドと、
このロッドの先端に当接し、前記のロッドが移動することによって接触している前記補強部材を押圧するリミッタ
からなる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のプローブカード機構において、
前記位置センサと前記補強部材の概略中央部表面までの距離には、前記プローブカードごとに目標となる距離が定められており、この目標となる距離と実測距離との差分に基づいて前記位置合わせ機構が前記補強部材に圧力をかける。

このように、位置センサでスティフナの変形量を求めて、その分を補正するので、プローブ針がウエハに安定して接触することができる。

以下、図１を参照して本発明によるプローブカード機構の構成例を説明する。図１（Ａ）は、本発明によるプローブカード機構の平面図であり、図１（Ｂ）は、本発明によるプローブカード機構の正面図である。

テストヘッド１０は結合機構１１でプローバ３０に上から覆いかぶさるように、すなわち、スティフナ２０の上部に対向するように固定される。結合機構１１はテストヘッド１０とプローバ３０を固定する。位置センサ１２はテストヘッドベースプレート１７に設けられ、スティフナ２０の概略中央部表面までの距離ｈを測定する。なお、位置センサ１２の種類としては、例えば、画像処理によるものや、超音波によるもの、磁気によるものを使用する。

ナット１３はスクリュー２１に結合され、スティフナ２０と接触しモータ１６が回転することにより上下に移動する。ロック機構１４は、スティフナ２０に載置され、横方向、すなわち図の矢印方向（右）にスライドし、ナット１３に当接することによってナット１３をスティフナ２０に固定し、矢印方向（左）にスライドすることにより固定を解除する。

コネクタ１５は、スティフナ２０の円筒部に沿って全周に配置される。モータ１６は、テストヘッドベースプレート１７に設けられ、スクリュー２１を駆動する。また、このモータ１６の軸には、スクリュー２１とナット１３で位置合わせがなされており、これらの部品で位置合わせ機構を構成する。テストヘッドベースプレート１７には位置センサ１２が配置されている。プローブカード１８は変形防止用のスティフナ２０で補強されている。トレイ１９はプローバベースプレート３３に固定される。

スティフナ２０は、変形防止用の補強部材であり、プローブカード１８の外周を被うように円筒状に形成された円筒部２０Ａと、この円筒部から中央に伸びる４本の仕切部２０Ｂと、この４本の仕切部を結合するように形成された円柱部２０Ｃとからなる。なお、仕切部は４本に限られず、例えば３本や５本でも差し支えないが、いずれにせよ、図３で説明した従来のプローブカード機構に使用するスティフナ１より、強度が低くても差し支えない。

スクリュー２１は、モータ１６の動力で回転し、この回転に伴いスクリュー２１に結合されたナット１３が上下に移動する。プローバ３０は、結合機構１１でテストヘッド１０と結合する。ウエハ３１は、プローバステージ３２上にチャックされ、ＸＹ方向にステップ移動し、Ｚ方向の移動でプローブ針２２に接触する。

次に、図１の動作を説明する。まず、テストヘッド１０とプローバ３０を結合させるために、結合機構１１を動作させ両者を結合させる。そして、結合機構１１と連動するようにシーケンス制御されたロック機構１４を矢印方向に移動させ、ロックを外す。位置センサ１２は、スティフナ２０の概略中央部表面までの距離ｈを測定する。ここで、位置センサ１２とスティフナ２０の概略中央部表面までとの距離ｈはプローブカード１８毎に目標距離ｈａがあらかじめ定められている。

目標距離ｈａと実測距離ｈｍとの差分Δｈが規定以上の場合、モータ１６を回転することによりナット１３が上下方向に移動しΔｈが規定以内となるように動作する。このようにナット１３を移動させると、スティフナ２０がプローバステージ３２の方向に押圧され、プローブ針２２の接触圧等によって変形したスティフナ２０が元の変形前の状態に戻される。なお、このモータ１６を回転させ、Δｈを規定値以内とする動作については、プローブカード１８が交換されたとき、または温度条件が変わったときに、ウエハ３１をプローブ針２２に接触させた上で行う。

このように、位置センサ１２でスティフナ２０の概略中央部表面までとの距離を測ることによりスティフナ２０の変形量を求め、その分を補正するので、プローブ針２２がウエハ３１に安定して接触することができる。そのため、スティフナ２０の強度アップ（大型化）を図ることなくプローブカード１８の変形量を小さくすることができるばかりか、むしろ、スティフナ２０の強度自体は従来よりも低くすることができ、プローブカード１８上の電気部品スペースを大きくできる。

また、プローブカード１８毎に目標距離ｈを設定できるため、プローブ針２２のコンタクト状態（デバイスの検査結果）との関連を調査し改善することができる。また、測定温度毎に目標距離ｈを設定できるため、温度設定変更時に安定待ち時間を少なくすることができる。

次に、本発明の応用例について図２を参照して説明する。図２（Ａ）は、本発明によるプローブカード機構の応用例の平面図であり、図２（Ｂ）は、本発明によるプローブカード機構の応用例の正面図である。

図２では、アクチュエータとして図１のモータ１６の代わりにエアシリンダ４１を使用する。また、図１のスクリュー２１とナット１３の代わりにロッド４０とリミッタ４２を使用する。また、このリミッタ４２は、ロッド４０による押し過ぎを防止するためのセンサ（図示せず）を備える。なお、他の構成要素は図１と同様なので説明を省略する。

このように、図１のモータ１６とスクリュー２１の組み合わせに代えて、エアシリンダ４１とロッド４０を用いたので、図１の構成よりも位置決め精度では劣るが、低コストでプローブカード機構を構成することができる。

本発明によるプローブカード機構の構成例である。 本発明の応用例の構成例である。 従来の発明によるプローブカード機構の構成例である。

符号の説明

１０ テストヘッド
１１ 結合機構
１２ 位置センサ
１３ ナット
１４ ロック機構
１６ モータ
１７ テストヘッドベースプレート
１８ プローブカード
１９ トレイ
２０ プローバ
２１ スクリュー
２２ プローブ針
３０ プローバ
３１ ウエハ
３２ プローバステージ
４０ ロッド
４１ エアシリンダ
４２ リミッタ

Claims (5)

1. ウエハを載置するステージを備えたプローバと、ウエハに接触するプローブ針を備えたプローブカードと、このプローブカードを囲い込み変形を防止する補強部材と、前記補強部材の上部に対向するように配置されたテストヘッドを備え、前記プローブカードの変形を防止するプローブカード機構において、
   前記補強部材の概略中央部表面までの距離を測定する位置センサと、
   前記テストヘッドに設けられ、前記位置センサが取り付けられるテストヘッドベースプレートと、
   前記位置センサで測定された距離に基づいて前記補強部材を押圧する位置合わせ機構と
   を備えたことを特徴とするプローブカード機構。
2. 前記位置合わせ機構は、
   前記テストヘッドベースプレートに設けられるモータと、
   このモータに結合され、前記モータの動力により回転するスクリューと、
   このスクリューに結合し、前記スクリューが回転することによって上下方向に移動し、前記補強部材を押圧するナット
   からなることを特徴とする請求項１記載のプローブカード機構。
3. 前記ナットを前記補強部材に固定し、または固定を外すロック機構を備えたことを特徴とする請求項２記載のプローブカード機構。
4. 前記位置合わせ機構は、
   前記テストヘッドベースプレートに設けられるエアシリンダと、
   このエアシリンダに結合され、前記エアシリンダにより上下方向に移動するロッドと、
   このロッドの先端に当接し、前記のロッドが移動することによって接触している前記補強部材を押圧するリミッタ
   からなることを特徴とする請求項１記載のプローブカード機構。
5. 前記位置センサと前記補強部材の概略中央部表面までの距離には、前記プローブカードごとに目標となる距離が定められており、この目標となる距離と実測距離との差分に基づいて前記位置合わせ機構が前記補強部材に圧力をかけることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプローブカード機構。

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