JP2010074091A

JP2010074091A - プローブ装置

Info

Publication number: JP2010074091A
Application number: JP2008242950A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Endo; 朋也遠藤; Hiroya Yamada; 浩也山田; Kazumi Yamagata; 一美山県
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: JP5277827B2; TWI425216B; CN101685132B; KR101523105B1; TW201020551A; CN101685132A; KR20100033938A; US20100079161A1; US7944200B2

Abstract

【課題】テストヘッドを上側からプローブカードに電気的に接触させると共に、プローブカードのプローブを基板の電極パッドに電気的に接触させて当該基板の電気的特性を測定するにあたり、寸法精度高くテストヘッドを下降させてテストヘッドとプローブカードとを電気的に確実に接触させることが可能な小型化したプローブ装置の提供。
【解決手段】テストヘッド１２を保持する保持部に当該テストヘッド１２を上側に付勢するガススプリング４３を設けて、プローブカードの上方においてテストヘッド１２が水平となる水平位置において、テストヘッド１２の下面のポゴリングの側周面に周方向に亘って複数箇所に形成されたテーパー状の鍔部の上に、天板に鉛直軸回りに回転自在に設けられたスライドリングの内周側に周方向に亘って複数箇所に設けられたカムフォロアを相対的に登らせることによりテストヘッド１２を下降させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブを基板の電極パッドに電気的に接触させて当該基板の電気的特性を測定するプローブ装置に関し、特にテストヘッドを装置本体の天板に装着する技術に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、集積回路チップの完成後にウェハの状態で各チップについて電気的特性の検査を行うことにより良否が判定される。このような検査は、例えば半導体ウェハ（以下、ウェハという）を載置するための載置台が内部に設けられたプローブ装置本体と、このプローブ装置本体のヘッドプレート（天板）に設置され、その下面にチップの電極パッドが接触されるプローブが形成されたプローブカードと、このプローブカードの上方側に設けられ、ポゴピンを上下両面に有するポゴリングを介してプローブカードに接続される箱型のテストヘッドと、を備えたプローブ装置と呼ばれる検査装置にて行われる。
テストヘッドを設置する構造としては、通常は水平方向軸回りに回転自在な回転軸を持つ回動機構をプローブ装置本体の側方位置に設けると共に、この回転軸から伸びるアームによりテストヘッドを側面側から支持して、テストヘッドがプローブ装置本体上で水平位置から背面側に回動できるように構成されている。

一方、プローブカードのプローブはチップの電極パッドに応じて配列されているため、検査を行うウェハの種別に応じてプローブカードを交換する必要がある。このため、プローブカードをカードホルダーにより保持して、このカードホルダーを上下させる上下機構を設け、ウェハの検査を行うときはプローブカードを上昇させてテストヘッド側のポゴリングに押圧すると共に、プローブカードを交換する時には当該プローブカードが下降してポゴリングから離れた後にカードホルダーを横にスライドさせてプローブ装置本体の外側に引き出す構成が知られている。テストヘッドは、このプローブカードの交換時には水平姿勢のままであるが、メンテナンス時には回動してヘッドプレートから離れた状態となり、メンテナンスが終了すると水平姿勢に戻される。また、テストヘッドの回動中に当該テストヘッドの下端面やポゴリングがカードホルダーやプローブ装置本体のヘッドプレート上の部材と干渉しないように、上記の回動機構に昇降機構を組み合わせ、水平位置まで回動したテストヘッドを下降させる場合もある。

ところで、ポゴリングとプローブカードとの電気的接触を確実に図るためには、一定の荷重を加える必要があり、そのためにはテストヘッドをプローブカードに接触させた後、テストヘッドを相対的に例えば２ｍｍ弱程度押し下げる（プローブカード側から見れば押し上げる）必要がある。このような微少な寸法だけテストヘッド側の機構により重量物である当該テストヘッドを下降させるのは至難であり、現実的ではないことから、上記のようにカードホルダー側に上下機構を設けて、微量な上昇量を確保するようにしている。

しかしながら、上述のプローブ装置はカードホルダーを横にスライドさせる機構やカードホルダーを上下させる機構が必要であり、その分コストが高くなってしまう。また、テストヘッドをヘッドプレートから離した状態でヘッドプレートの上面にてオペレータがプローブカードの交換を行う手法もあるが、この場合でもカードホルダーをヘッドプレートに装着した状態で微量に正確に昇降させなければならないので、複雑な上下機構が必要になる。

特許文献１、２にはこのような検査装置が記載されており、また特許文献３、４には、テストヘッドの位置とウェハの位置とを正確に位置合わせする機構や、テストヘッドを水平に保持する機構について記載されているが、上記の課題については何ら検討されていない。

特開平３−２２５４６特開平２−１７７３４３特開平１−２７２９８２（図１）特開平１０−５０７７８（図２）

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、安価で且つ簡単に高精度に基板の検査を行うことができるプローブ装置を提供することにある。

本発明のプローブ装置は、
プローブ装置本体の天板に形成された開口部にプローブカードを装着し、このプローブカードの上方にテストヘッドを位置させると共に当該プローブカードの下面に形成されたプローブと基板の被検査チップの電極パッドとを接触させて被検査チップの電気的特性を検査するプローブ装置において、
前記テストヘッドを前記プローブカードの上方にてその下面が水平になる水平位置と前記プローブ装置本体の天板から離れた退避位置との間において、水平な回動軸の周りに回動させるための回動機構と、
前記回動軸に接続され、前記テストヘッドが水平姿勢であるときに当該テストヘッドを上方側に付勢する付勢手段を介して前記テストヘッドを保持する保持枠と、
前記開口部の周縁部に周方向に沿って回転自在に環状に装着されたリング体と、
このリング体の周方向に沿って複数設けられ、各々当該リング体の回転中心側に向いた水平軸の回りに回動自在なカムフォロアと、
前記テストヘッドの下面側に設けられ、当該テストヘッドを前記プローブカードの上面に電気的に接続するための中間接続部材と、
この中間接続部材の外周に周方向に沿って前記カムフォロアと対応させて複数設けられると共に、その上面が前記リング体と同心の円に沿って傾斜し、前記テストヘッドが水平姿勢になったときに前記カムフォロアを案内する案内路として形成された鍔部と、を備え、
前記リング体を回転させて前記カムフォロアが前記案内路の傾斜面を相対的に登ることにより、前記付勢手段の付勢力に抗して前記中間接続部材が押し下げられてプローブカードに圧接されることを特徴とする。
案内路における傾斜面の上端から更に前記円の周方向側には、前記中間接続部材が押し下げられているときに前記カムフォロアが停止する水平面が形成されていることが好ましい。

前記カムフォロアは、前記テストヘッドが回動して水平姿勢になったときの前記案内路よりも低い位置に設けられ、
前記テストヘッドが回動して水平姿勢になった後に前記カムフォロアが前記案内路に対応する位置まで前記テストヘッドを前記付勢手段の付勢力に抗して下降させるための昇降手段を更に設けても良い。
前記リング体は作業者が回動操作をするための操作部を備えていることが好ましい。
前記中間接続部材は、その下面からプローブカードの電極に対応して多数のポゴピンが突出しているリング部材であっても良い。

本発明は、テストヘッドを保持する保持枠に当該テストヘッドを上側に付勢する付勢手段を設けて、テストヘッドを水平位置まで回動させた後、テストヘッドの側の鍔部及びプローブカード側のスライドリングの協働作用により、当該テストヘッドを下方に押し下げている。そのため、テストヘッドの下面に形成された中間接続部材とプローブカードとが接触してからプローブカードに圧力が加わるまでにテストヘッドが下降する高さ寸法に対して、スライドリングを回転させる角度を大きく取ることができるので、テストヘッドを高い寸法精度で下降させることができる。従って、例えばテストヘッドが軽いために、あるいはプローブカードが大型のために、プローブカードに対して中間接続部材を押しつけるために必要な力が大きい場合であっても、中間接続部材をプローブカードに所定の圧力で押圧した状態で確実な電気的接触を確保することができる。そのため、中間接続部材を押し下げる機構は簡素なものになることから、従来のようにプローブカードをモータ等を含む駆動機構で上昇させる場合に比べて、機構部分のコストを安くすることができ、プローブ装置を安価に製造することができる。

本発明のプローブ装置について、図１〜図７を参照して説明する。このプローブ装置は、プローブ装置本体であるプローバ本体１１、テストヘッド１２及びローダ部１３を備えている。このプローバ本体１１に隣接してローダ部１３が設けられており、以後の説明においては、プローバ本体１１及びローダ部１３の配列方向を左右、作業者がローダ部１３を右手に見てプローバ本体１１に向かって立つ側を前方側とする。

プローバ本体１１は、外装部を構成する筐体２０を備えている。この筐体２０の天板２１には、図１に示すように、例えば矩形の開口部２２が形成されており、この開口部２２を覆うように矩形のヘッドプレート２４が設けられている。天板２１には、このヘッドプレート２４が前後にスライドしてプローバ本体１１から着脱できるように、例えば天板２１における開口部２２側の下縁側が前後方向に亘って伸び出してガイド機構２３をなしており、このヘッドプレート２４の上面は、例えば天板２１の上面と面一となっている。また、筐体２０の手前側の上端面は、ヘッドプレート２４の着脱時に当該ヘッドプレート２４と衝突しないように矩形に切りかかれており、また当該上端面における中央部は、後述のプローブ針２７と干渉しないように両側よりも下方に大きく切り欠かれている。このヘッドプレート２４は、プローバ本体１１に装着されると、例えば図示しないボルトなどにより当該プローバ本体１１に固定されることとなる。尚、この図１において、ヘッドプレート２４の手前側の一部を切り欠いて示している。

図１及び図２に示すように、ヘッドプレート２４の上方には重量が例えば６０ｋｇ程度の箱型のテストヘッド１２が設けられており、このヘッドプレート２４はコ字型の保持枠３５により両側から保持されている。一方、このヘッドプレート２４の後縁の左方寄り（図１中Ｘ方向左側）には回動機構をなすヒンジ機構３２が設けられており、保持枠３５の背面は板状の回動アーム３３を介してヒンジ機構３２から伸びる回動軸３１に接続されている。従って、保持枠３５が回動軸３１の周りに回動するように構成されており、これによりテストヘッド１２はヘッドプレート２４から上方に離間して傾斜した退避位置と、ヘッドプレート２４に近接して水平に対向する水平位置と、の間で回動できることになる。この回動軸３１の回転中心は、天板２１の上面よりも例えば１４０ｍｍ高い位置に設定されている。

テストヘッド１２の両側面には、板状の補強板４２が貼設されており、テストヘッド１２は、図３に示すように、この補強板４２と保持枠３５の腕部３４との間において奥側と手前側とに離間して２つずつ設けられ、テストヘッド１２の厚さ方向（鉛直方向）に伸びる付勢手段をなすガススプリング４３、４３により保持枠３５に保持されている。従って、テストヘッド１２が水平姿勢になった時には、上位置においてガススプリング４３の上方側への復元力（付勢力）とテストヘッド１２の自重とがバランスしている状態となり、テストヘッド１２は後述のように下方側への押圧力が加わると、ガススプリング４３の復元力に抗して検査位置まで例えば３１ｍｍ程度水平に押し下げられる動作をすることとなる。そのため、例えばこの上位置においてテストヘッド１２が回動する時には、当該テストヘッド１２と後述のプローブカード２６や補強材２８などと干渉しないように、十分なクリアランスが取られている。

また、両腕部３４、３４は、当該腕部３４の長さ方向に並ぶガススプリング４３、４３間の部位がテストヘッド１２側にコ字型に突出して突出部３４ａをなしている。この突出部３４ａに対向する補強板４２には、前後２ヶ所にテストヘッド１２の厚さ方向に伸びるガイドレール４６が設けられると共に、突出部３４ａ側にはこれらガイドレール４６、４６をガイドするためのガイド部材４５、４５が設けられている。従って、テストヘッド１２は、水平姿勢時にガイド部材４５にガイドされながら既述のガススプリング４３の復元力に抗して下降することとなる。尚、図１中３９は作業者がテストヘッド１２を回動させるための把手であり、図１以外については図示を省略する。

また、両腕部３４、３４及びテストヘッド１２の両側の補強板４２、４２には、互いに対応する位置に貫通孔４７ａ、４７ｂが開口しており、プローバ本体１１側に配置された進退機構（図示せず）に支持されたロックピン４８がこれらの貫通孔４７ａ、４７ｂを貫通し、あるいは抜き出されるように構成されている。そして、テストヘッド１２が回動するときにはこのロックピン４８が貫通孔４７ａ、４７ｂを貫通することで当該テストヘッド１２が上下に動かないようにロックされ、テストヘッド１２が水平姿勢で昇降するときにはこのロックピン４８が後退してテストヘッド１２のロックが外されることになる。尚、この図３においては腕部３４の一部を切り欠いて示している。
両腕部３４、３４とプローバ本体１１との間には、腕部３４に対して常時上方側に回動させるように付勢力が作用する押圧手段３６が設けられている。この押圧手段３６は、ガススプリングが組み合わされていて常時伸びようとする付勢ロッド３８を有し、この付勢ロッド３８の基端がプローバ本体１１の後部側にて水平軸の回りに回動自在に取り付けられ、先端部が腕部３４の下面に設けられた支持部材３７の下面に回動自在に固定されている。

テストヘッド１２の下面側には、図４に示すように、ヘッドプレート２４に設けられた後述のプローブカード２６とテストヘッド１２とを電気的に接触させるためのリング状のポゴリング５１が中間接続部材として設けられている。このポゴリング５１は、絶縁材例えば樹脂材からなるリング部材５４とこのリング部材５４の下面から突出している複数のポゴピン５１ａとを備え、ポゴピン５１ａは基端部側（テストヘッド１２側）に設けられた図示しないバネなどにより常時突出方向（プローブカード２６側）に付勢されている。このポゴピン５１ａは、後述のプローブカード２６の上面に形成された電極に対応して配置されている。尚、テストヘッド１２が回動し終えて水平姿勢となったときには、このポゴピン５１ａの下端とプローブカード２６の上面とは、例えば３０ｍｍだけ離れるように設定されている。

このポゴリング５１の外周面には、図５の上側及び図６（ａ）、（ｂ）にも示すように、当該外周面から外側に向かって円弧状に、つまりポゴリング５１の外周面に沿って突出する突起状の鍔部５２が周方向に等間隔に隙間５２ａを介して複数箇所例えば４カ所に形成されている。各鍔部５２は、上側から見たときに周方向における両端とポゴリング５１の中心とのなす角度が例えば７０°程度となるように形成されている。鍔部５２の上面は、例えば時計回りに高くなっていくようにテーパー状に傾斜しており、後述の内側カムフォロア６６を案内する案内路５５として形成されている。この案内路５５は、この傾斜面５６と、当該傾斜面５６の頂部から更に時計回りに水平に伸びる水平面５７と、からなっている。この傾斜面５６の高さ寸法は、例えば３３ｍｍとなっている。
この鍔部５２は、後述するように、プローバ本体１１に設けられたスライドリング６１と協働して、ポゴリング５１（テストヘッド１２）を既述の水平位置から検査位置に押し下げるために設けられている。以下にこのスライドリング６１及びヘッドプレート２４の構造について詳述する。

既述のヘッドプレート２４の中央部には、図４及び図５に示すように、後述のプローブカード２６、ポゴリング５１及びスライドリング６１を位置させるための例えば円形の開口部２５が形成されており、この開口部２５の下端側の周縁は、内側に突出してフランジ部２５ａをなしている。このフランジ部２５ａ上には、例えば直径が４４０ｍｍ程度の円形のプローブカード２６を内部に支持したカードホルダー２９が着脱自在に固定されている。尚、図４はこのカードホルダー２９（プローブカード２６）を装着している状態、図５はカードホルダー２９を取り外した状態を示している。

また、このプローブカード２６の下面には、例えば全面に亘ってプローブ例えばプローブ針２７が例えば垂直に形成されており、このプローブ針２７の先端はヘッドプレート２４の下面位置よりも僅かに下側に突出している。尚、プローブ針２７としては、横針タイプのものであっても良い。また、この図４や後述の図７では、このプローブ針２７を略解的に描画している。

このプローブカード２６の上面には、当該プローブカード２６と同心状に、例えばプローブカード２６の変形を抑えるための円板状の補強材２８が設けられており、既述のポゴリング５１は、内径がこの補強材２８の外径よりも僅かに大きく、また外径がプローブカード２６の外径よりも僅かに小さくなるように形成されている。

開口部２５のフランジ部２５ａの外方側には、既述の図５及び図６（ａ）に示すように、ポゴリング５１及び鍔部５２を内部に収納できるようにポゴリング５１と同心に形成されたリング体であるスライドリング６１が設けられている。また、開口部２５の外縁の垂直壁には、スライドリング６１の回転中心側に向いた水平軸の回りに回転自在なローラーである外側カムフォロア６３が周方向に亘って等間隔に例えば８ヶ所に設けられており、この外側カムフォロア６３は、図７に示すように当該外側カムフォロア６３の回転中心から伸びる中心軸６３ａにより当該垂直壁に固定されている。

上記スライドリング６１は、この外側カムフォロア６３により鉛直軸回りに回転自在に構成されている。即ち、スライドリング６１の外周面の上端には、周方向に亘って外方に伸び出すリング面部６１ａが形成されており、図７に示すように、このリング面部６１ａの下面に外側カムフォロア６３が当接することにより、スライドリング６１が回転自在に支持されている。また、このスライドリング６１の外周面の下端には、後述するように、ガススプリング４３の復元力に抗してテストヘッド１２を下降させる時に、当該復元力により外側カムフォロア６３の下側に当接してヘッドプレート２４から浮き上がらないように、リング面部６１ａと同様に周方向に亘って外方に伸び出す固定リング６１ｂが形成されている。尚、このスライドリング６１は、図示を省略するが、リング面部６１ａを含む上方側部材と固定リング６１ｂを含む下方側部材との上下２分割構造となっており、開口部２５内にスライドリング６１の下方側部材を収納した後、外側カムフォロア６３を開口部２５の内壁に固定し、次いで開口部２５内に上方側部材を収納して例えばボルトなどにより下方側部材と上方側部材とを接合して設けられる。

また、図５及び図７に示すように、このスライドリング６１の内周側には、鍔部５２間の隙間５２ａの配置に対応するように、周方向に亘って等間隔に例えば４ヶ所にスライドリング６１の下端側から上方位置まで伸びる爪部６５が埋設されており、この爪部６５の内側におけるスライドリング６１の上面よりも高い高さ位置には、例えばスライドリング６１の回転中心側に向いた水平軸の回りに回転自在なローラなどからなる内側カムフォロア６６が設けられている。この内側カムフォロア６６は、当該内側カムフォロア６６の回転中心から伸びる中心軸６６ａにより爪部６５に固定されている。この爪部６５の上端は、例えば作業者が内側カムフォロア６６に触れないように保護部材としての役割を果たすように内側に屈曲している。この内側カムフォロア６６の下面とプローブカード２６の上面との間の寸法は、例えば３７ｍｍとなっている。また、後述の図１７に示すように、爪部６５の高さ寸法ｈは、例えば５４ｍｍとなっている。尚、これらのカムフォロア６３、６６についてはどちらも同様に水平軸回りに構成されているものであるが、用語を区別するために便宜的に「内側」及び「外側」を付している。

この爪部６５の外周側における側方位置には操作部をなす操作レバー６０が突出しており、スライドリング６１はこの操作レバー６０により回転するように構成されている。
また、テストヘッド１２が腕部３４において水平位置（上位置）に位置している時の鍔部５２の傾斜面５６の下側の高さ位置は、この内側カムフォロア６６の下端の高さ位置よりも低くなっている。この内側カムフォロア６６は、後で詳述するように、スライドリング６１の回転に伴って既述の案内路５５を登っていくことにより、テストヘッド１２が検査位置に位置するように、ガススプリング４３の復元力に抗してポゴリング５１（テストヘッド１２）を下側に押し下げる役目を果たす。尚、既述の図１〜図３においては、鍔部５２やスライドリング６１の記載を省略している。

既述の図４に示すように、プローバ本体１１の筐体２０内には、表面に多数の被検査チップが配列された基板である例えば半導体ウェハ（以下、ウェハという）Ｗを載置する載置台７１と、この載置台７１をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させ、また鉛直方向軸回りに回転させるための移動機構７２が設けられている。同図において、７３はＸ方向移動部、７４はＹ方向移動部、７５はＺ方向移動部である。このＺ方向移動部７５には、既述のプローブ針２７を撮像するためのカメラ（図示せず）が設けられ、また筐体２０内の上方には、ウェハＷの表面を撮像するためのカメラ（図示せず）が水平方向に移動自在に設置されており、これらのカメラによりアライメントが行われるように構成されている。
プローバ本体１１の右側には、ローダ部１３が接続されており、このローダ部１３は、外装体をなす筐体８１を備えている。この筐体８１内の奥側は、区画壁８２によって上方領域８３と下方領域８４とに区画されている。この上方領域８３には、ウェハＷが例えば２５枚収納された密閉型の搬送容器であるＦＯＵＰ２が載置される載置台８５が設置されている。ＦＯＵＰ２の右側における筐体８１は開口部８６をなし、この開口部８６を介して図示しない搬送手段と載置台８５との間でＦＯＵＰ２の受け渡しが行われる。

筐体８１の手前側の領域には、鉛直軸回りに回転自在、昇降自在及び水平方向に伸縮自在の搬送アーム８７が設けられており、上方領域８３におけるＦＯＵＰ２と、プローバ本体１１の載置台７１と、の間において、プローバ本体１１とローダ部１３との間に形成された開口部８８を介してウェハＷの受け渡しが行われるように構成されている。

このプローブ装置には、図２に示すように、例えばコンピュータからなる制御部５が設けられており、この制御部５は、プログラム格納部、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。このプログラム格納部に格納されるプログラムは、ヘッドプレート２４上へのテストヘッド１２の脱着を実施するためのステップ群、ウェハＷの搬送や位置合わせ等を行うステップ群及びウェハＷに対して所定の検査を行うためのステップ群を備えている。また、例えばメモリには、移動機構７２の移動ステップ、あるいは移動量等の処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプローブ装置の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ハードディスクなどの記憶部６に格納されて制御部５にインストールされる。

次に、本発明のプローブ装置を用いたプローブ方法について説明する。この時、テストヘッド１２を上方側に回動させて、開口部２５に装着されているプローブカード２６を交換する作業が終わっているものとする。先ず、作業者が把手３９を持って図８（ａ）に示す退避位置から下側に向けてテストヘッド１２を回動させる。これによりテストヘッド１２は、図８（ｂ）に示すように水平姿勢となる。この水平位置において、既述のようにポゴリング５１の側周面に形成された鍔部５２が内側カムフォロア６６、６６間に入り込み、図９に示すように当該鍔部５２の傾斜面５６の下端位置が内側カムフォロア６６の下面よりも低い高さ位置となる。

そして、この図９に示すようにロックピン４８を貫通孔４７ａ、４７ｂから引き抜き、テストヘッド１２のロックを解除する。次いで、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、作業者により操作レバー６０を時計回りに回転させていくと、既述のように内側カムフォロア６６が鍔部５２の案内路５５の傾斜面５６に案内されて当該傾斜面５６を相対的に登っていく。これにより、図１１（ａ）、（ｂ）に示すようにガススプリング４３の復元力に抗してポゴリング５１及びテストヘッド１２がガイド部材４５に案内されながら垂直に押し下げられていく。

そして、図９の水平位置から例えば３０ｍｍ程度ポゴリング５１を下降させると、図１２（ａ）に示すようにポゴリング５１のポゴピン５１ａとプローブカード２６とが接触する。その後、図１０（ｃ）に示すように内側カムフォロア６６が鍔部５２の案内路５５の上端側の水平面５７に到達するように操作レバー６０を図１０（ａ）の位置から時計回りに７０°回転させると、図１２（ｂ）に示すように更に１．７ｍｍ程度ポゴリング５１が下降し、プローブカード２６には例えば２５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力が加えられて、テストヘッド１２はポゴリング５１とプローブカード２６とが電気的に確実に接触する検査位置に位置することとなる。また、内側カムフォロア６６が鍔部５２の水平面５７に位置しているので、テストヘッド１２は、ガススプリング４３の復元力に抗してこの高さ位置（検査位置）において固定されることとなる。

以上のようにポゴリング５１がスライドリング６１の回転により押し下げられていく様子を概略的に示すと、図１３（ａ）〜（ｃ）のようになる。この図１３（ａ）は内側カムフォロア６６が鍔部５２、５２の間に入り込んでいる状態、図１３（ｂ）はスライドリング６１の回転により内側カムフォロア６６が案内路５５の傾斜面５６を相対的に登っている状態、図１３（ｃ）はこの内側カムフォロア６６が案内路５５の水平面５７に到達してテストヘッド１２が検査位置に位置して高さ位置が固定されている状態を夫々示している。

こうしてプローブカード２６の装着、テストヘッド１２のセッティング（回動及び下降）が終了すると、その後ウェハＷの検査が行われる。具体的には、載置台８５に搬入されたＦＯＵＰ２から搬送アーム８７によりウェハＷを取り出し、プローバ本体１１内の載置台７１に載置する。次いで、既述のように、プローブ針２７とウェハＷとの位置合わせを行い、このウェハＷ上の被検査チップに形成された電極パッドにプローブ針２７を接触させ（図１４）、テストヘッド１２からポゴリング５１、プローブカード２６及びプローブ針２７を介して、この電極パッドに所定の電気信号を供給することにより、電気的特性の検査を行う。

そして、例えばウェハＷの各ロット間において、プローブカード２６を交換する時あるいはテストヘッド１２のメンテナンスを行う時などには、例えば作業者により操作レバー６０を既述の図１０（ａ）に示す位置まで反時計回りに回転させると共に、既述の図８（ａ）に示すように、天板２１の上方の水平位置から離れた退避位置までテストヘッド１２を回動させることとなる。また、プローブカード２６を交換する時には、テストヘッド１２を退避位置に回動させた後、この例ではヘッドプレート２４を手前側に引き出して、爪部６５と干渉しない高さ位置まで作業者がプローブカード２６を上方に持ち上げることとなる。

上述の実施の形態によれば、保持枠３５にテストヘッド１２を上側に付勢するガススプリング４３を設け、テストヘッド１２を水平位置まで回動させた後、ポゴリング５１側の鍔部５２及びヘッドプレート２４側のスライドリング６１の協働作用によりテストヘッド１２を押し下げている。そのため、ポゴリング５１とプローブカード２６とが接触してからプローブカード２６に圧力が加わるまでにテストヘッド１２が下降する高さ寸法（１．７ｍｍ）に対して、スライドリング６１を回転させる角度（７０°）つまり操作レバー６０の回動寸法を大きく取ることができるので、テストヘッド１２を高い寸法精度で下降させることができる。従って、例えばテストヘッド１２が軽いために、あるいはプローブカード２６が大型のために、プローブカード２６に対してポゴリング５１を押しつけるために必要な力（圧力）が大きい場合であっても、ポゴリング５１をプローブカード２６に所定の圧力で押圧した状態で確実な電気的接触を確保することができる。即ち、テストヘッド１２とプローブカード２６とを電気的に確実に且つ簡便に接触させることができる。そして、ポゴリング５１を押し下げる機構は簡素なものであることから、従来のようにプローブカード２６をモータ等を含む駆動機構で上昇させる場合に比べて、機構部分のコストを安くすることができ、そのためプローブ装置を安価に製造することができる。

また、テストヘッド１２とプローブカード２６とを電気的に確実に接触させるためにヘッドプレート２４の周囲に設けられる機構はスライドリング６１だけとなる。そのため、テストヘッド１２を退避位置に回動させた後、例えばプローブカード２６を手前側に引き出して交換する時に、この交換作業の障害となる可能性のある部材はこのスライドリング６１だけとなるので、プローブカード２６を交換する時に干渉するおそれのある部材の点数を最小限に留めることができ、従って上記のようにプローブカード２６を作業者によりマニュアル作業で交換する時においても、当該プローブカード２６やプローブ針２７の損傷を抑えることができる。そのため、このように作業者により手作業でプローブカード２６を安全に交換できるので、プローブカード２６を交換するための機構や装置が不要になり、プローブ装置を安価に構成できるし、またプローブ装置の小型化を図ることができる。

上記の例では、水平位置から検査位置まで鍔部５２とスライドリング６１とによってテストヘッド１２を正確に垂直に下降させたが、例えばポゴピン５１ａがプローブカード２６に近接する高さ位置までは概ね垂直に下降させ、その位置から検査位置までは上記と同様に鍔部５２とスライドリング６１とにより正確に垂直に下降させるようにしても良い。このような例について、以下に説明する。

図１５及び図１６に示すように、この実施の形態のプローブ装置は、テストヘッド１２の下面（ポゴピン５１ａ）とプローブカード２６の上面とが近接する位置までテストヘッド１２を概ね垂直に下降させる昇降手段９１を備えている。この昇降手段９１は、この図１５に示すように、テストヘッド１２を補強板４２側から見たときの形状が概略Ｚ形状に形成され、テストヘッド１２の側面例えば補強板４２の上位置に設けられた水平回動軸９２を基点として当該補強板４２に平行な鉛直面に沿って回動自在に構成された棒状のレバー９３と、この水平回動軸９２から伸びるレバー９３の折れ曲がり部分９４に接続され、例えば腕部３４の上方位置において腕部３４の長さ方向に沿って設けられたレール９５により当該折れ曲がり部分９４を前後方向に進退自在に設けられたガイド９６と、により構成されている。この折れ曲がり部分９４から手前側に伸びるレバー９３は、水平回動軸９２と当該折れ曲がり部分９４との間の寸法よりも長く形成されており、また先端部が途中から下方に向かって屈曲している。この昇降手段９１はテストヘッド１２の両側に設けられており、テストヘッド１２の両側面のレバー９３、９３は、図１６に示すように手前側において水平に伸びる昇降軸９７によって接続されている。

また、図示を省略しているが、この例においても、ガイド部材４５、ガイドレール４６、鍔部５２及びスライドリング６１などは既述の例と同様に構成されている。ここで、既述のように昇降手段９１によりポゴピン５１ａとプローブカード２６とが近接する位置までポゴリング５１を昇降させるので、鍔部５２とスライドリング６１とによりポゴリング５１を昇降させる高さ寸法は、既述の例よりも短くなる。そのため、図１７に示すように、鍔部５２の高さ寸法Ｈ及びスライドリング６１の爪部６５の高さ寸法ｈは、夫々例えば４ｍｍ、３５ｍｍとなる。また、内側カムフォロア６６の下端位置とプローブカード２６の上面との間の寸法ｄは、１２ｍｍとなる。尚、この図１７においては、便宜上鍔部５２とスライドリング６１とを横方向に離して描画している。

そして、既述のようにテストヘッド１２を退避位置から水平位置まで回動させ、図１８に示すように、例えば作業者がレバー９３の先端部を手前側に引き寄せることにより、折れ曲がり部分９４がレール９５に沿って手前側に後退することになるので、この折れ曲がり部分９４を支点としてテコの原理によりテストヘッド１２が下方側に押し下げられることになる。そして、ポゴピン５１ａとプローブカード２６とが近接して例えば２ｍｍ程度離間する近接位置までテストヘッド１２を下降させると、内側カムフォロア６６の下端位置が鍔部５２の傾斜面５６の下端位置よりも高くなり、その後既述の例と同様に、鍔部５２とスライドリング６１との協働作用により、テストヘッド１２とプローブカード２６とが電気的に接触する検査位置まで当該テストヘッド１２を下降させることとなる。このように、昇降手段９１により概ね垂直にテストヘッド１２を下降させた場合でも、テストヘッド１２とプローブカード２６とが接触する時には鍔部５２とスライドリング６１とによりテストヘッド１２を正確に垂直に下降させているので、例えばプローブカード２６上においてポゴピン５１ａが滑ったり、あるいは位置ずれが起こったりしない。

この実施の形態においても上記の例と同様の効果が得られる。また、上記の例よりも鍔部５２の高さ寸法Ｈ及びスライドリング６１の爪部６５の高さ寸法ｈを低く抑えることができる。そのため、例えば作業者がヘッドプレート２４を手前側に引き出してプローブカード２６を交換する場合に、爪部６５の上端位置がプローブカード２６の上面位置から大きく離間していないため、ヘッドプレート２４からこのプローブカード２６を持ち上げる時に作業者が当該プローブカード２６を上方に上昇させる距離が短くて済む。従って、プローブカード２６やプローブ針２７が爪部６５に干渉しにくくなるので、上記の例よりもプローブカード２６やプローブ針２７の損傷を更に抑えることができる。

また、このような昇降手段９１としては、上記の例以外にも、例えば図１９及び図２０に示す構成であっても良い。この例では、補強板４２の側面には、手前側から奥側に向かってテーパー状に傾斜して高くなるレール１０１が貼設されており、このレール１０１上には当該レール１０１に沿って走行自在な車輪１０２が設けられている。この車輪１０２の回転中心の図示しない回転軸には、例えば棒状のレバー１０３の一端側が回動自在に接続されており、このレバー１０３の他端側は、腕部３４上にレール１０１と平行に設けられた嵌合レール１０４に嵌合して前後方向に走行自在に構成されたガイド１０５を介して、手前側に水平に屈曲して長く伸びている。これらのレール１０１、１０４、車輪１０２、レバー１０３及びガイド１０５は昇降手段９１をなす。また、この昇降手段９１はテストヘッド１２の両側に設けられており、テストヘッド１２の両側のレバー１０３、１０３は、同様に手前側において昇降軸１０６によって接続されている。この例では、図示を省略するが、既述のガイド部材４５及びガイドレール４６はレール１０１とガススプリング４３との間に設けられている。

そして、図２１に示すように、このレバー１０３を奥側に向かって水平に押していくことにより、ガイド１０５がレール１０４に嵌合しているのでレバー１０３の上昇が抑えられた状態で車輪１０２がレール１０１上を相対的に登っていき、従って腕部３４においてテストヘッド１２（ポゴピン５１ａ）がプローブカード２６に近接する位置まで下方側に押し下げられていくことになる。この例においても、その後上記の図１５及び図１６の例と同様に、鍔部５２とスライドリング６１との協働作用によりテストヘッド１２が検査位置まで下降し、ウェハＷの検査が行われて同様の効果が得られる。

上記のように腕部３４においてテストヘッド１２を上側に付勢して保持する機構としては、既述のガススプリング４３以外にも、例えば図２２に示すようにバネ１１０などであっても良い。また、上記の各例においては、重量が６０ｋｇ以下でプローブカード２６上に乗せた時に当該プローブカード２６に加わる圧力が２５０ｋｇ／ｃｍ^２以下となる軽量のテストヘッド１２例えば６０ｋｇ程度のテストヘッド１２を備えたプローブ装置に本発明を適用したが、例えば６００ｋｇ〜７００ｋｇ程度あるいはそれ以上の重量のテストヘッド１２を備えたプローブ装置に本発明を適用しても良い。その場合においても、テストヘッド１２を正確に下降させることができるし、またテストヘッド１２の昇降機構が簡素なものになることから、プローブ装置を安価に製造できる。

尚、上記の各例では図示を省略しているが、プローブ装置の後端側には、電源部が隣設されており、この電源部はプローブ装置の床面位置からテストヘッド１２の上面位置よりも高い高さ位置にまで亘って設けられている。また、テストヘッド１２は、当該テストヘッド１２の内部の部材を空冷するために、背面側（ヒンジ機構３２側）から手前側（把手３９側）に向かってテストヘッド１２内に大気を通流させるための図示しない空冷機構を備えている。そのため、例えばテストヘッド１２が退避位置に上昇している時においても、テストヘッド１２の内部から排気される排気流が上記の電源部とヘッドプレート２４との間の空間（ヒンジ機構３２や回動アーム３３が設けられた領域）に滞留しないようになっている。また、上記の各例においては、鍔部５２及び内側カムフォロア６６を夫々４ヶ所ずつに設けたが、複数箇所例えば２ヶ所以上であれば良い。更に上記の各例においては１台のプローブ装置について説明したが、複数台例えば２台のプローブ装置が隣接するように配置しても良い。

本発明のプローブ装置の一例を示す斜視図である。上記のプローブ装置を示す平面図である。上記のプローブ装置のテストヘッドを拡大して示す斜視図である。上記のプローブ装置を示す縦断面図である。上記のテストヘッドの下面側のポゴリング、スライドリング及びヘッドプレートを示す分解斜視図である。上記のポゴリング及びスライドリングを示す概略図である。上記のポゴリングを拡大して示す縦断面図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の他の例を示す縦断面図である。上記の他の例のプローブ装置を示す平面図である。上記の他の例のプローブ装置におけるポゴリングを拡大して示す概略図である。上記の他の例のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の他の例を示す縦断面図である。上記の他の例のプローブ装置を示す平面図である。上記の他の例のプローブ装置の作用を示す模式図である。上記のプローブ装置の他の例を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｗウェハ
１１プローバ本体
１２テストヘッド
２４ヘッドプレート
２６プローブカード
３１回動軸
３４腕部
３９把手
４３ガススプリング
５１ポゴリング
５２鍔部
５５案内路
５６傾斜面
５７水平面
６０操作レバー
６１スライドリング
６６内側カムフォロア

Claims

プローブ装置本体の天板に形成された開口部にプローブカードを装着し、このプローブカードの上方にテストヘッドを位置させると共に当該プローブカードの下面に形成されたプローブと基板の被検査チップの電極パッドとを接触させて被検査チップの電気的特性を検査するプローブ装置において、
前記テストヘッドを前記プローブカードの上方にてその下面が水平になる水平位置と前記プローブ装置本体の天板から離れた退避位置との間において、水平な回動軸の周りに回動させるための回動機構と、
前記回動軸に接続され、前記テストヘッドが水平姿勢であるときに当該テストヘッドを上方側に付勢する付勢手段を介して前記テストヘッドを保持する保持枠と、
前記開口部の周縁部に周方向に沿って回転自在に環状に装着されたリング体と、
このリング体の周方向に沿って複数設けられ、各々当該リング体の回転中心側に向いた水平軸の回りに回動自在なカムフォロアと、
前記テストヘッドの下面側に設けられ、当該テストヘッドを前記プローブカードの上面に電気的に接続するための中間接続部材と、
この中間接続部材の外周に周方向に沿って前記カムフォロアと対応させて複数設けられると共に、その上面が前記リング体と同心の円に沿って傾斜し、前記テストヘッドが水平姿勢になったときに前記カムフォロアを案内する案内路として形成された鍔部と、を備え、
前記リング体を回転させて前記カムフォロアが前記案内路の傾斜面を相対的に登ることにより、前記付勢手段の付勢力に抗して前記中間接続部材が押し下げられてプローブカードに圧接されることを特徴とするプローブ装置。
案内路における傾斜面の上端から更に前記円の周方向側には、前記中間接続部材が押し下げられているときに前記カムフォロアが停止する水平面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
前記カムフォロアは、前記テストヘッドが回動して水平姿勢になったときの前記案内路よりも低い位置に設けられ、
前記テストヘッドが回動して水平姿勢になった後に前記カムフォロアが前記案内路に対応する位置まで前記テストヘッドを前記付勢手段の付勢力に抗して下降させるための昇降手段を更に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ装置。
前記リング体は、作業者が回動操作をするための操作部を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプローブ装置。
前記中間接続部材は、その下面からプローブカードの電極に対応して多数のポゴピンが突出しているリング部材であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプローブ装置。