JP2009260040A - プローブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】強化機構により接触力に起因する反作用力に耐えることができて、プローブカードの湾曲を有効に防止するプローブシステムを提供する。
【解決手段】ボディと、テスト装置と、プローブカードと、強化機構とを含むプローブシステムが提供される。テスト装置がボディの上方に配置される。プローブカードがテスト装置およびボディ間に配置される。強化機構が、プローブカードをそれに押し付けるため、プローブカードおよびテスト装置間に配置される。強化機構が少なくとも１つの弾性要素を含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体デバイスのテストシステムに関する。特に、この発明は、プローブシステム（probe system）に関する。

一般的に言って、製品の信頼性を確保するために、半導体パッケージテストは、主要に、ウェーハープロセスが完了した後のウェーハープローブ（wafer probe）およびソート（sort 分類／仕分け）と、パッケージ後の最終テスト（final test）とに分けられる。ウェーハーの歩留まりを確保すると同時に、パッケージにおける様々な浪費を回避するために、ウェーハーが製作された後で、かつダイとして切断されてパッケージされる前に、ウェーハープロセスが正常か否かを決定するため、電気的な特性および機能テストが最初に実行されなければならない。

ウェーハープローブおよびソートを実施する時、プローブカード（probe card）のプローブピン（probe pin）がテストチップ（testing chip）上のパッド（pad）またはバンプ（bump）と直接接触するために使用されて、テストが実施される。次に、ウェーハー上の全てのチップが検波された後にチップ信号データは、更なる解析ならびに決定のために、テスト装置へ送られる。そして、欠陥のあるデバイスは、データに基づいて取り替えられる。従って、パッケージの前に、不十分な電気的な特性および機能であるチップは、除去されるので、歩留まりが向上するとともに、製造コストが削減される。

しかしながら、プローブがチップに接触する時、異なるプローブ圧力のもとで異なるサイズのプローブマーク（probe mark）が生成される。即ち、もしもプローブ圧力が非常に高いならば、プローブは、パッドまたはバンプ上に大きな面積のプローブマークを残す。もしもプローブ圧力が非常に低いならば、プローブは、パッドまたはバンプ上に小さな面積のプローブマークを残す。プローブにより生成される異なるサイズのプローブマークは、異なるテスト結果を導き出すから、チップの電気特性の計測結果に影響を及ぼすものとなる。

図１は、従来技術にかかるウェーハープローブおよびソートの作動（actuation）説明図である。

図１において、ウェーハープローブおよびソートを実施する時、テストウェーハー１０４を運ぶチャック（chuck）１０２は、テストウェーハー１０４をプローブカード１００に直接接触させるために上方へ移動することができる。半導体プロセスの進歩に伴って、テストウェーハー１０４のサイズが大きくなり、テストするためにプローブカード１００の面積も大きくなっている。しかしながら、プローブカード１００の面積が大きくなったため、プローブカード１００がテストウェーハー１０４に接触する時に発生する接触力（contact force）Ｆによって、プローブカード１００が変形する。プローブカード１００の中央領域における構造強度により起こる上記変形は、接触力Ｆに起因する反作用力に耐えるには不十分なためであり、プローブカード１００が応力方向に湾曲変形する。もしも湾曲したプローブカード１００がウェーハープローブおよびソートの実行を続行すれば、中央湾曲部分が非常に小さいプローブマークを生成させるので、テスト結果に影響を与えるものとなる。

従って、上記問題に対し、プローブカード変形の問題を解消し、一致した（consistent）プローブマークを獲得することは、この産業における一つの挑戦である。

この発明の目的は、接触力に起因する反作用力に耐えることができて、プローブカードの湾曲を防止するプローブシステムを提供することにある。

この発明は、プローブシステムを提供するものであって、それがボディとテスト装置とプローブカードと強化機構とを含む。プローブカードがテスト装置およびボディ間に配置される。強化機構がそれに押し付けられたプローブカードを有するようにプローブカードおよびテスト装置間に配置される。強化機構が少なくとも１つの弾性要素を有する。

この発明の実施形態中、強化機構が更に上面板と下面板とを含み、下面板が一定間隔で上面板の下方に固定される。

この発明の実施形態中、弾性要素が例えば上面板および下面板間に配置される。

この発明の実施形態中、上面板のサイズが例えば下面板のサイズより大きい。

この発明の実施形態中、上面板および下面板の材料が例えばスチール（steel）である。

この発明の実施形態中、上面板および下面板の形状が例えば円形である。

この発明の実施形態中、弾性要素が例えば圧縮バネである。

この発明の実施形態中、弾性要素が例えば強化機構の中心点に対応して配置される。

この発明の実施形態中、複数個の弾性要素が使用される時、強化機構の中心点について放射状かつ対称的に配置される。

この発明の実施形態中、テスト装置がテストヘッドとマザーボードとを含み、かつテストヘッドが例えばマザーボードの上方に配置される。

この発明の実施形態中、強化機構が例えばマザーの下方に固定される。

この発明の実施形態中、プローブシステムが更にプローブカードをボディに固定するために固定ユニットを含む。

この発明の実施形態中、プローブシステムが更にテストウェーハーを搬送するためにボディ中に配置されたチャックを含む。

すなわち、この発明は、プローブカードおよびテスト装置間に配置された強化機構を採用しているので、プローブカードがウェーハーに接触する時、強化機構を介してプローブカードが接触力に起因する反作用力に対抗することができ、湾曲を防止する。

さらに、この発明は、プローブカードの材料・形状・寸法を再設計する代わりに、単純に強化機構を配置することによってプローブマークの一貫性（consistency）を向上させ、それによりテストコストを低減する。

この発明の上記および他の目的・特徴ならびに利点を理解しやすくするために、図面を添付した実施形態が以下に詳しく記載される。

つまり、この発明は、プローブカードおよびテスト装置間に配置される強化機構を採用する。強化機構がプローブカードに均一な力を適用するための弾性要素を有する。プローブカードがウェーハーに接触する時、強化機構が接触力に起因する反作用力に抵抗できるため、湾曲したプローブカードが生成する非常に小さいプローブマークという問題を防止できる。

さらに、この発明は、プローブカードの材料・形状・サイズを変更することなく、プローブカードの湾曲問題を解決すると同時に、一致したプローブマークを得ることができる。従って、ウェーハープローブおよびソートのコストがより低いものとなる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、この発明の実施形態にかかるプローブシステムを示す要部断面図である。

図２において、プローブシステム２００は、ボディ２１０と、テスト装置２２０と、プローブカード２３０と、強化機構２４０とを含む。テスト装置２２０は、例えば、ボディ２１０の上方に配置される。プローブカード２３０は、例えば、テスト装置２２０およびボディ２１０間に配置される。強化機構２４０は、例えば、プローブカード２３０およびテスト装置２２０間に配置される。

ボディ２１０がチャック２１２を有して、テストウェーハー２１４を搬送する。チャック２１２は、例えば、昇降装置（lifting apparatus）であり、テストウェーハー２１４をプローブカード２３０に直接接触させるために上下移動する。

テスト装置２２０は、テストヘッド２２２と、マザーボード２２４とを含む。テストヘッド２２２は、例えば、マザーボード２２４の上方に接続される。さらに、テストヘッド２２２の他端が例えば制御システム（図示せず）に接続され、制御システムを介してテスト装置２２０の作動ならびに測定（actuation and measurement）のような操作が操縦される。

プローブカード２３０がプローブピン２３２と金属層２３４と回路基板２３６とを含む。金属層２３４の材料は、例えば、合金である。回路基板２３６は、例えば、印刷回路板（printed circuit board = PCB）である。プローブピン２３２の一端は、例えば、テストウェーハー２１４に対面するとともに、他端は、例えば、金属層２３４に接続される。プローブピン２３２および金属層２３４は、例えば、はんだ付け（soldering）により回路基板２３６上へ固定されている。各プローブピン２３２は、例えば、回路基板２３６上の対応する回路へ電気接続されている。

従って、プローブカード２３０は、例えば、固定器（retainer）２５０を介してボディ２１０上へ固定される。テスト装置２２０下方の弾性ピン２５２は、例えば、プローブカード２３０の弾性コネクター２５４に直接接触して、マザーボード２２４および回路基板２３６間のインターフェース２６０を横切って電気的伝導を形成する。特記すべきことは、プローブカード２３０がインターフェース２６０を介してテスト装置２２０からテスト信号を受信してウェーハープローブおよびソートを実施することができるということであり、プローブカード２３０上に配置されたプローブピン２３２を通じてテスト信号をテストウェーハー２１４へ伝送することによって、デバイスの電気特性ならびに機能が正常であるか否かを決定する。

図３は、この発明の実施形態にかかる強化機構を示す底面図である。図２と図３とにおいて、強化機構２４０は、例えば、上面板２４２と、下面板２４４と、少なくとも１つの弾性要素２４６とを含む。上面板２４２および下面板２４４の材料は、例えば、スチール（steel）である。この実施形態中、上面板２４２および下面板２４４の形状は円形であるとともに、上面板２４２のサイズが下面板２４４のサイズよりも大きい。上面板２４２が例えばボルト２７０を介してマザーボード２２４の下方に固定されている。上面板２４２および下面板２４４は、例えば、同心円Ｏに対応するとともに、垂直面において隣接している。下面板２４４は、例えば、段付きネジ（shoulder screw）２７２を介して固定された距離において上面板２４２の下方に固定されている。下面板２４４の下面は、例えば、金属層２３４上に接着されて、プローブカード２３０を強化機構２４０に押し付ける（leaned against）ようになっている。弾性要素２４６は、例えば、上面板２４２および下面板２４４間に配置されている。弾性要素２４６は、例えば、圧縮バネ（compression spring）である。

図３において、この実施形態中、複数個の弾性要素２４６が上面板２４２および下面板２４４間に配置される時、弾性要素２４６が上面板２４２および下面板２４４間に放射状に分散され、かつ同心円Ｏについて対称となっている。特記すべきことは、弾性要素２４６と上下面板２４２，２４４とが同心的に配置されているので、弾性要素２４６が下面板２４４をプローブカード２３０に対して均一に力を働かせやすくなり、接触力に起因する反作用力に抵抗できる。さらに、複数個の段付きネジ２７２が弾性要素２４６を囲むように配置されて、上面板２４２下方の下面板２４４の周縁部分を固定し、弾性要素２４６が上面板２４２および下面板２４４間に安定して固定される。

もちろん、配置される弾性要素２４６のタイプならびに数量は、上記実施形態に限定されない。当業者であれば、プローブカード２３０のプローブピン２３２の様々な特性に基づいて計算した接触力に従って配置される弾性要素２４６のタイプならびに数量を決定することができる。また、複数個の弾性要素２４６を有する強化機構２４０が図解（illustration）として記載されているけれども、この発明は、それに限定されるものではない。他の実施形態中、強化機構２４０は、１つ以上の弾性要素２４６を有する。弾性要素２４６の配置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、弾性要素２４６が同心円Ｏについて対称に配置されて力量の均一な適用を実現するものであれば良い。さらに、上面板２４２および下面板２４４間の垂直距離は、プローブカード２３０のタイプに従って調整されるものであり、この発明において特別に制限するものではない。

特記すべきことは、チャック２１２がその上に配置されたテストウェーハー２１４をプローブカード２３０のプローブピン２３２に接触させるために上方へ移動する時、強化機構２４０が弾性要素２４６を有するため、接触力に起因する反作用力がプローブカード２３０の周りに配置される強化機構２４０により吸収される。従って、プローブカード２３０が強化機構２４０を通じて接触力に起因する反作用力に抵抗することができるから、プローブカード２３０の中央領域の湾曲を防止するものとなる。

以上のごとく、この発明を最良の実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

従来技術にかかるウェーハープローブおよびソートの作動を示す要部断面図である。 この発明の実施形態にかかるプローブシステムを示す要部図である。 この発明の実施形態にかかる強化機構を示す底面図である。

符号の説明

２００ プローブシステム
２１０ ボディ
２１２ チャック
２１４ テストウェーハー
２２０ テスト装置
２３０ プローブカード
２３２ プローブヘッド
２３４ 金属層
２４０ 強化機構
２４２ 上面板
２４４ 下面板
２４６ 弾性要素
２５０ 固定器
２５２ 弾性ピン
２７０ ボルト
２７２ 段付きネジ

Claims (13)

1. プローブシステムであって：
   ボディと；
   前記ボディの上方に配置されるテスト装置と；
   前記テスト装置および前記ボディ間に配置されるプローブカードと；
   強化機構であり、前記プローブカードおよび前記テスト装置間に配置されて、それに対して押し付けられる前記プローブカードを有し、そのうち、前記強化機構が少なくとも１つの弾性要素を含む所の強化機構と
   を含むものであるプローブシステム。
2. 前記強化機構が更に上面板および下面板を含むとともに、前記下面板が前記上面板の下方に一定距離で固定されるものである請求項１記載のプローブシステム。
3. 前記弾性要素が前記上面板および前記下面板間に配置されるものである請求項１または２記載のプローブシステム。
4. 前記上面板のサイズが前記下面板のそれより大きい請求項２記載のプローブシステム。
5. 前記上面板および前記下面板の材料がスチールである請求項２記載のプローブシステム。
6. 前記上面板および前記下面板の形状が円形である請求項２記載のプローブシステム。
7. 前記弾性要素が圧縮バネを含むものである請求項１記載のプローブシステム。
8. 前記弾性要素が前記強化機構の中心点に対応して配置されるものである請求項１記載のプローブシステム。
9. 複数個の弾性要素が存在する時、前記弾性要素が前記強化機構の前記中心点について放射様式で対称に配列されるものである請求項８記載のプローブシステム。
10. 前記テスト装置がテストヘッドおよびマザーボードを含むとともに、前記テストヘッドが前記マザーボードの上方に配置されるものである請求項１記載のプローブシステム。
11. 前記強化機構が前記マザーボードの下方に固定されるものである請求項１０記載のプローブシステム。
12. さらに、前記プローブカードを前記ボディに固定するために、固定ユニットを含むものである請求項１記載のプローブシステム。
13. さらに、テストウェーハーを搬送するために、前記ボディ中に配置される、チャックを含むものである請求項１記載のプローブシステム。

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