JP2010210465A - 荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブカードの印加荷重を測定することができる荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法を提供する。
【解決手段】荷重検出ウェーハセンサ１０は、上板１１と、基板１２と、ロードセル２０と、配線と、を備える。ロードセル２０は、ピエゾチップ１４とその上に載置した硬球１５を含み、ピエゾチップ１４のフレームが凹部１３の周縁部で支持された構造である。ピエゾチップ１４は、基板１２に形成された凹部１３を覆うように設置される。硬球１５は、ピエゾチップ１４の上に置かれ、全ての硬球１５に接するように、硬球１５の上に上板１１が載置される。荷重検出ウェーハセンサ１０は、基板１２に複数のロードセル２０を備え、上板１１に掛かる荷重を測定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法に関する。

半導体製造工程において、半導体ウェーハ上に形成されたＩＣやＬＳＩなどの複数のチップ（ダイ）は、プローブカードを備えるプローブ装置で電気的特性検査を行う。この電気的特性検査は、プローブカードのプローブと、ウェーハの電極を接触させ、電気信号を伝達した結果をプローブカードに接続したテスターを用いて解析することにより行う。

ウェーハの電気的特性を適正に検査するためには、プローブと電極との間の接触を確実に行い、かつ、充分に小さい電気抵抗で行う必要がある。そのため、プローブの先端を電極に接触させた後に、プローブカードをウェーハに近づけて、プローブを電極に押し付ける（以下、オーバードライブという）。

特許文献１において、荷重に応じて電気的特性の変化する素子をウェーハ一括型測定検査用プローブカードに備え、プローブカード上の電極がウェーハの各部を均等に押圧しているか否かを電気的に検知する技術が記載されている。また、特許文献２では、プローブカードに配列された多数のバンプの高さが所定の高さの範囲内にあるか否かを簡単に検知できるバンプ検査方法について記載されている。

特開平１１−１２１５５６号公報 特開平１１−１２１５６２号公報

特許文献１においては、ウェーハ（ウェーハ一括型測定検査用プローブカード）上に荷重を検出するための素子を作り込んでおり、そのウェーハについてしか、荷重を検出することができない。また、規格公差内ではあるが、素子の検出性能に差があるおそれがある。さらに、特許文献２においては、プローブカードに備えたバンプ高さについて検査しているが、実際にプローブカードをプローブ装置に設置していない。プローブ装置に備えた場合と比較すると、状態が異なるおそれがあり、再現性は高くない。

また、数千本のプローブを備えたプローブカードでは、数十Ｎ（ニュートン）〜数百Ｎの荷重となるため、荷重に耐えられる構造を備える検出装置が必要である。さらに、プローブと電極とを接触させるためのオーバードライブを行う際に、針圧過多によるプローブの変形や破損を引き起こすことや、針圧不足による検査不良が発生することがあった。適切なオーバードライブを行うために、プローブカードがウェーハに掛ける適切な印加荷重を知る必要があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、プローブカードの印加荷重を測定することができる荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る荷重検出センサは、
被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置の、該被検査体を設置する台上に設置可能なセンサであって、
基板と、
前記基板に配設された少なくとも３つの荷重検出素子と、
前記荷重検出素子の上に配置する上板と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記被検査体はウェーハであって、前記荷重検出センサは該ウェーハを設置する台上に設置可能な前記荷重検出センサであることを特徴とする。

好ましくは、前記基板は前記荷重検出素子を配設する側の面に凹部が形成され、
前記荷重検出素子は前記凹部の周縁部に支持されたピエゾ素子を含む部材と、
前記ピエゾ素子を含む部材と前記上板の間に配置され、該ピエゾ素子を含む部材と該上板のそれぞれの一部分と接する当接部材と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記当接部材は球体の形状であることを特徴とする。

好ましくは、前記上板と前記当接部材の間に間隙調整部材を備えることを特徴とする。

さらに好ましくは、前記間隙調整部材は感圧硬化、熱硬化、時間硬化または光硬化の性質を有する接着部材であることを特徴とする。

好ましくは、前記荷重検出素子と前記基板の間に高さ調整部材を備えることを特徴とする。

さらに好ましくは、前記高さ調整部材は熱溶融し、低温硬化の性質を有する部材であることを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る荷重検出センサの製造方法は、
基板に少なくとも３つの荷重検出素子を配設する工程と、
前記荷重検出素子に接するように上板を配置する工程と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記荷重検出素子を配設する工程は、
基板に凹部を形成する工程と、
前記凹部を覆うように支持された、ピエゾ素子を含む部材を配設する工程と、
前記ピエゾ素子を含む部材の上に当接部材を配置する工程と、
を含むことを特徴とする。

好ましくは、前記上板を配置する工程は、
前記基板と前記当接部材との間に間隙調整部材を配設する工程と、
前記間隙調整部材を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする。

好ましくは、前記上板を配置する工程は、
前記ピエゾ素子を含む部材と前記基板との間に高さ調整部材を配設する工程と、
前記基板、前記上板、前記ピエゾ素子を含む部材、前記当接部材および前記高さ調整部材を一体として上下反転させる工程と、
前記高さ調整部材を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法によれば、プローブカードの印加荷重を測定することができる。

本発明の実施の形態に係るプローブ装置の構成概略図である。 本発明の実施の形態に係る荷重検出ウェーハセンサの構成概略図で、プローブを接触させる側から見た平面図である。 本発明の実施の形態１に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図２のＭ−Ｍ線断面を示す。 本発明の実施の形態に係るピエゾチップの構成概略図である。 本実施の形態１に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。 本発明の実施の形態２に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。 本発明の実施の形態３に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。 本実施の形態３に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。 ピエゾチップを載置したロードセルを用いて単一ポイントを測定した、電圧の印加荷重依存性を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るプローブ装置の構成概略図を示す。プローブ装置１は、テスタ２と、プローバ３と、ステージ（チャック）４と、プローブカード５と、パフォーマンスボード６と、テストヘッド７と、アライメントカメラ８と、を備える。

プローバ３は、ステージ４を支持する。ステージ４は、テスト対象物であるウェーハＷを固定する。プローブカード５は、プローブ５ａを備える。パフォーマンスボード６は、プローブカード５を固定し、かつ、プローブカード５とテストヘッド７との間で信号伝送を仲介する役割を有する。ステージ４およびテストヘッド７のいずれかもしくは両方は、水平移動（Ｘ軸、Ｙ軸、θ回転）および昇降（Ｚ軸）が可能で、ウェーハＷをプローブカード５に対向させ、所定の位置に支持できる。

テスタ２は制御部（図示せず）を備える。制御部の指示により、アライメントカメラ８で得られた画像を解析し、プローブカード５のプローブ５ａと、ウェーハＷの電極パッドＰの位置合わせの調整を行う。また、制御部の指示により、プローブ５ａおよび電極パッドＰを介して、電気信号の入出力を行う。電気信号のデータは、数値処理を施され必要な情報データとなり、テスタ２の外部にある機器、例えばパソコンなどを使用して、測定したデータとして利用することができる。数値処理とは、得られたデータを整理してデータの背後に潜む関連や要因を探り易くするための加工を行うことを指す。

プローブ装置１を用いて、ウェーハＷのテストを行う際、水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸）と高さ方向（Ｚ軸）について調整し、プローブ５ａと電極パッドＰの接触を行う。接触した状態から、さらに高さ方向（Ｚ軸）に所定の量を変位させて、プローブ５ａと電極パッドＰを押し付ける。オーバードライブを行うことで、確実な電気的接続の状態を得ることができる。

以下に、プローブ装置１に備えるプローブカード５からの荷重を測定するための、荷重検出ウェーハセンサについて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る荷重検出ウェーハセンサの構成概略図で、プローブを接触させる側から見た平面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図２のＭ−Ｍ線断面を示す図である。図４はピエゾチップの構成概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す図である。

荷重検出ウェーハセンサ１０は、上板１１と、上板１１に対向する位置に置かれた基板１２と、電気的接続を行うための配線１６と、上板１１と基板１２に挟まれたロードセル２０と、を備える。図４に示すように、ピエゾチップ１４は、中心部分の薄膜で形成されたメンブレン１４０と、メンブレン１４０の周縁にあるフレーム１４１と、を備える。

図３にロードセル２０を示している。ロードセル２０は、ピエゾチップ１４とその上に載置した硬球１５を含む。ロードセル２０は、ピエゾチップ１４のフレーム１４１が凹部１３の周縁部で支持された構造である。硬球１５を載せた部分のピエゾチップ１４のメンブレン１４０は、凹部１３があるため、基板１２と直接に接することがない。図３において、ピエゾチップ１４を配置する部分にザグリ１８を形成し、ザグリ１８の中に凹部１３を形成した構造となっているが、ザグリ１８の有無は影響しない。

荷重検出ウェーハセンサ１０の面内に、直線上にない少なくとも３箇所のロードセル２０を備えることで、荷重検出ウェーハセンサ１０に掛かる荷重を検出することができる。このときロードセル２０を設置する数を増やすことで、１つのロードセル２０へ印加される荷重を軽減できる。

ロードセル２０での荷重検出の際、ピエゾチップ１４での抵抗値の変化が電気信号の形で、ピエゾチップ１４に接続した表面配線１６ａから配線１６を介してデータロガー１７に伝送される。データロガー１７では、各ロードセル２０で検知したデータを計測したり、保存したりすることができる。

上板１１は、プローブカード５に対向する側の面は平坦である。上板１１は、その板の硬さが、使用する荷重の範囲内において、たわみや変形を起こさない硬さの場合であれば、荷重検出により、総荷重とプローブカード５の傾きについて測定することが可能である。また、上板１１は、その板の硬さが、使用する荷重の範囲内において、弾性変形し、常に全ての硬球１５と接触した状態を保つ硬さの場合であれば、荷重検出により、総荷重と、上板１１にかかる荷重の分布について測定することが可能である。総荷重とは、各ロードセル２０で求めた荷重の和である。上板１１にかかる荷重の分布は、ロードセル２０の配置をもとに上板１１を複数のエリアに分けたときに、それぞれのエリアにかかる荷重を検出することにより求めることができる。

ピエゾチップ１４は、加えられたひずみによってその抵抗値が変化する性質（ピエゾ抵抗効果）を有しており、引っ張り歪みの場合は抵抗値が増加し、圧縮歪みの場合は抵抗値が減少する。ホイートストンブリッジ回路を用いて、抵抗値を電圧として変換して算出し、結果として抵抗値の変化を計算することができる。

ピエゾチップ１４の抵抗値の変化を検出しやすくするために、ピエゾチップ１４を設ける箇所の基板１２に、凹部１３を備える。ピエゾチップ１４のフレーム１４１が、凹部１３の周縁部に支持された状態を維持できるようにすることで、荷重を受けたときに、メンブレン１４０は基板１２に直接支持されずに、自由に撓むことができる。すなわち、凹部１３により、ピエゾチップ１４のメンブレン１４０の撓みを大きくでき、抵抗値の変化量を大きくすることができる。

凹部１３の大きさは、メンブレン１４０より大きくフレーム１４１より小さくする。メンブレン１４０より大きくするのは、メンブレン１４０が変位する（撓む）ときの、自由な変位を妨げないためであり、抵抗値の変化量を大きくすることができるからである。凹部１３の深さは、メンブレン１４０に荷重をかけたときの最大撓み量をもとに設定する。メンブレン１４０の撓み量よりも深ければよく、凹部１３は基板１２を貫通していてもかまわない。

硬球１５は、ピエゾチップ１４の上に置かれる。上板１１に加えられた荷重は、硬球１５を介してメンブレン１４０の変位量（撓み量）として検出される。全ての硬球１５の上端の高さは一定で、上板１１と等しく接する状態であることが望ましい。より正確に荷重を検出するために、硬球１５は、測定のために荷重を加えられてもほとんど変形しない硬さであり、かつ、精密な球形であることが好ましい。

次に、荷重検出ウェーハセンサ１０を用いて、プローブカード５の荷重検出について説明する。図１の被対象物であるウェーハＷの代わりに、図２および図３に示す荷重検出ウェーハセンサ１０をプローブ装置１に装着する。

荷重検出ウェーハセンサ１０を、プローブ装置１のステージ４に水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸、θ回転）を合わせて設置する。荷重検出ウェーハセンサ１０の設置方法は、荷重検出ウェーハセンサ１０とデータロガー１７との間の配線などの有無により異なる。

荷重検出ウェーハセンサ１０が有線の場合、荷重検出ウェーハセンサ１０のノッチ１９ａを目印に、手置きで設置する。ノッチ１９ａを備えていない場合であっても、荷重検出ウェーハセンサ１０の形状などにより、ステージ４に対する荷重検出ウェーハセンサ１０の向きを、水平方向において合わせることができればよい。荷重検出ウェーハセンサ１０が無線の場合、予め荷重検出ウェーハセンサ１０の上板１１に形成しておいたアライメントマーク１９ｂを目印に、アライメントカメラ８の映像解析を行いながら、ステージ４に対する荷重検出ウェーハセンサ１０の向きを、水平方向において調整する。

このとき、ノッチ１９ａもしくは荷重検出ウェーハセンサ１０荷重検出ウェーハセンサ１０の中心位置をテスタ２で記憶しておくことで、測定した印加荷重のデータの位置を、正確に把握することができる。

荷重検出ウェーハセンサ１０の垂直方向については、水平方向の調整を終えてから、プローブ装置１のステージ４およびテストヘッド７のいずれかもしくは両方を、昇降（Ｚ軸）させて調整を行う。アライメントカメラ８での映像解析を元に、荷重検出ウェーハセンサ１０とプローブ５ａの接触を確認する。そして、ステージ４およびテストヘッド７のいずれかを昇降（Ｚ軸）し所定の距離の分だけ近づけてオーバードライブを行う。このとき、プローブ５ａは、対向する荷重検出ウェーハセンサ１０に押し付けられる。

プローブ５ａが上板１１を押し、硬球１５を介して、その荷重はピエゾチップ１４にかかり、データロガー１７を通じてその荷重を測定することができる。例えばデータロガー１７では、ピエゾチップ１４のピエゾ抵抗の変化を、ホイートストンブリッジで構成された電気回路を用いて電圧や電流を測定し、電圧や電流の変化量より抵抗値の変化量のデータに換算しておく。予め、抵抗値の変化量と印加荷重の関係を求めておくことで、抵抗値の変化量のデータから、荷重を求めることができる。

以下、荷重検出ウェーハセンサ１０の製造方法について図５を参照しながら説明する。ロードセル２０の数について、少なくとも直線上にはない３箇所を設けることで、平面を支えることができ、荷重検出ウェーハセンサ１０の上板１１を支持することができる。好ましくは等間隔で複数配置することで、例えば、直径３００ｍｍの基板１２に１６個前後のロードセル２０を配置する。

基板１２上に、ロードセル２０の数の分のザグリ１８を形成する（図５（ａ））。ザグリ１８の大きさは、ピエゾチップ１４が間隙なく入り、かつ、ピエゾチップ１４のフレーム１４１の最も高い部分が基板１２と同じ高さであることが望ましい。ザグリ１８は、ピエゾチップ１４の位置を安定して配置するだけでなく、ピエゾチップ１４の表面高さと基板１２の高さが等しくなるので、配線１６の形成が行いやすくなる。

ザグリ１８の中心部分に、さらに凹部１３を形成する（図５（ｂ））。凹部１３は、ピエゾチップ１４のメンブレン１４０が変位したときの、メンブレン１４０が撓むのを妨げないためのスペースの確保のために形成される。凹部１３の大きさは、メンブレン１４０より大きくフレーム１４１より小さくする。凹部１３の大きさをメンブレン１４０より大きくするのは、メンブレン１４０が変位する（撓む）ときの、自由な変位を妨げないためであり、抵抗値の変化量を大きくすることができるからである。凹部１３の深さは、メンブレン１４０に荷重をかけたときの最大撓み量をもとに設定する。メンブレン１４０の撓み量よりも深ければよく、凹部１３は基板１２を貫通していてもかまわない。

次に、ピエゾチップ１４をザグリ１８に挿入し（図５（ｃ））、配線１６を形成する（図５（ｄ））。配線により、ピエゾチップ１４からデータロガー１７へ電気的接続が可能となり、各ロードセル２０で検知したデータを計測したり、保存したりすることができる。基板１２上の配線１６とピエゾチップ１４上の表面配線１６ａは連続しており、これら配線１６および表面配線１６ａの形成には、公知の薄膜堆積技術とパターニング技術を用いることができる。例えば、銅などの導電性薄膜をスパッタリング法などにより基板１２上に堆積した後、フォトリソグラフィおよびエッチング工程で導電性薄膜をパターニングすれば、任意のパターンを持った配線１６を形成することができる。

ピエゾチップ１４上に、高い剛性を有する部材で形成された、精密な球形である硬球１５を配置し、その硬球１５の上に、上板１１を載置する（図５（ｅ））。硬球１５はピエゾチップ１４と接し、かつ、上板１１と接することで、上板１１に掛かる荷重をそのままピエゾチップ１４に掛けることができる。ピエゾチップ１４のメンブレン１４０は、上板１１に掛かる荷重の向きと同方向に荷重を受けて変位する。このとき用いる上板１１は、プローブカード５に対向する面側は平坦で、かつ、上板１１のどの部分においても等しい厚みであることが望ましい。

上板１１に掛ける荷重に偏りが生じている場合、ピエゾチップ１４に掛かる荷重も場所により異なる。ピエゾチップ１４で検出した抵抗値の変化をもとに、荷重を検出することで、荷重の偏りが分かる。また、形成したロードセル２０の場所の全てにおいて、検出荷重の総和を取ることにより、荷重検出ウェーハセンサ１０への印加荷重を評価することができる。さらに、上板１１が弾力性を備える場合、すなわち荷重を受けて撓みを生じる場合は、プローブカード５が上板１１に掛ける場所の荷重に合わせて上板１１が撓む。そのため、荷重の総和による印加荷重だけでなく、形成したロードセル２０の場所毎に掛かる荷重を検出し、荷重の分布を求めることができる。

図６は、本発明の実施の形態１の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図２のＭ−Ｍ線断面を示す図である。図３では、凹部１３を覆うようにしてザグリ１８を設けて、ピエゾチップ１４を載置しているが、図６はザグリ１８を設けていない場合である。基板１２側に基板パッド１２ａを備える。また、基板パッド１２ａの一部は表面配線１６ａを兼ねる。

ザグリ１８を形成する場合よりも、荷重検出ウェーハセンサ１０の全体厚みが、若干、大きくなるおそれがあるが、ザグリ加工でのザグリ１８深さの違いによる、それぞれのロードセル２０の高さの不均一がなくなる。ピエゾチップ１４の高さが揃いやすくなり、硬球１５の先端高さが一定となるので、印加荷重の検出精度を高くすることができる。また、基板１２上に配線１６と、基板パッド１２ａと、表面配線１６ａを、導電性薄膜を用いてパターニング形成するので、配線１６の形成が容易であり、ピエゾチップ１４と配線１６の接続不良が発生しにくい。

実施の形態１および実施の形態１の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサ１０を用いることで、プローブ装置１を使用して電気的検査を行うときの、プローブカード５の印加荷重を測定することが可能となる。再現性が高く、適切なコンタクト圧を印加するためのオーバードライブ量が分かり、ウェーハＷおよびプローブカード５のプローブ５ａにかける負担を最小限にすることができる。また、電気的検査のテスト不良を低減させることも可能である。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図２のＭ−Ｍ線断面を示す。荷重検出ウェーハセンサの構成を示す、プローブをあてる側から見た平面図は、図２に示すものと同じである。荷重検出ウェーハセンサ１０の基本的な構造については実施の形態１と同じであり、ザグリ１８を形成したタイプのものである。実施の形態２では、荷重検出ウェーハセンサ１０の、上板１１と硬球１５の間に、間隙調整部材２１を備える。

荷重検出ウェーハセンサ１０を構成する各々の部材には、部材の製造時などの規格寸法内での公差を有する。例えば、上板１１および基板１２の平滑性やピエゾチップ１４の大きさ、硬球１５の大きさなど、規格範囲内での公差を有していることが充分に考えられる。荷重検出ウェーハセンサ１０において、硬球１５全てが等しく上板１１に均一に接することが理想であるが精密には均一とならず、構成する部材に若干のばらつきが発生するため、荷重検出の結果に影響を及ぼすおそれがある。

荷重検出ウェーハセンサ１０の上板１１と、硬球１５との間に、ばらつきをなくすための間隙調整部材２１を備えることで、硬球１５全てが等しく均一な力で上板１１に接することが可能となる。間隙調整部材２１には、感圧硬化型、熱硬化型、時間硬化型または光硬化型などの性質を有する接着剤を用いることができる。これらの接着剤は、硬化した後、塑性変形および弾性変形がほとんどなく、荷重検出の際の負荷が加わった場合に起こる変形は、充分に無視できるほど小さいものを用いる。

荷重検出ウェーハセンサ１０を製造する過程において、上板１１を載せる前の状態まで組み立てておく。硬球１５に接する部分の、対応する上板１１の部分に、硬化する前の、可塑性を有する間隙調整部材２１を付しておく。そして、硬球１５と間隙調整部材２１とが接するように上板１１を載せる。

上板１１の自重により、上板１１と硬球１５の間の間隙調整部材２１は変形する。硬球１５は、間隙調整部材２１を介して、均一な力の状態で上板１１に接することが可能となる。見かけ上、上板１１と全ての硬球１５が等しく接する状態となり、このまま、間隙調整部材２１を硬化させることで、荷重検出ウェーハセンサ１０に発生していたばらつきの影響を取り除くことが可能となる。

間隙調整部材２１を硬化させる際、プローブ装置１のステージ４上に荷重検出ウェーハセンサ１０を載置した状態で行ってもよい。荷重検出ウェーハセンサ１０内だけでなく、凹型や凸型、平面型などのステージ４の形状に合わせることで、プローブ装置１に設置することで生じるおそれのある、ばらつきの影響を低減することができる。その結果、荷重検出の測定の精度が高くなり、再現性のある荷重検出ウェーハセンサ１０を製造することが可能となる。

図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。荷重検出ウェーハセンサ１０の基本的な構造については、実施の形態１の変形例と同じであり、ザグリ１８のないタイプである。実施の形態２と同様に、荷重検出ウェーハセンサ１０の、上板１１と硬球１５の間に、間隙調整部材２１を備える。

荷重検出ウェーハセンサ１０を構成する各々の部材の、規格寸法内での公差から生じるばらつきを、間隙調整部材２１により調整し、ばらつきをなくすことが可能となる。ザグリ１８を形成した荷重検出ウェーハセンサ１０の場合に比べて、もともとのばらつきが小さいので、上板１１と硬球１５の間の間隙調整部材２１の厚みを抑えることが可能となる。また、間隙調整部材２１が硬化するときの部材の変形量を小さくすることで、硬球１５の位置のズレが生じにくくなったり、硬化にかかる時間の短縮など、製造における作業効率などが改善する。

実施の形態２および実施の形態２の変形例において、上板１１と硬球１５の間に、間隙調整部材２１を備えることで、より、検出感度の高い、荷重検出ウェーハセンサ１０とすることができる。上板１１に掛かる荷重を、上板１１の部分毎に対応する硬球１５を介して、ロードセル２０で荷重を検出し測定することで、プローブカード５からの印加荷重を適切に測定することができる。さらに、荷重検出ウェーハセンサ１０の代わりに、実際に検査を行うウェーハＷを用いてプローブ装置１で検査したときの再現性が高く、適切に電気的特性検査を行うことができる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図２のＭ−Ｍ線断面を示す。荷重検出ウェーハセンサの構成を示す、プローブをあてる側から見た平面図は、図２に示すものと同じである。荷重検出ウェーハセンサ１０の基本的な構造については実施の形態１の変形例と同じであり、ザグリ１８のないタイプである。実施の形態３では、荷重検出ウェーハセンサ１０の、基板１２とピエゾチップ１４の間に、高さ調整部材２２を備える。

荷重検出ウェーハセンサ１０を構成する各々の部材には、部材の製造時などの規格寸法内での公差を有する。例えば、上板１１および基板１２の平滑性や、ピエゾチップ１４の大きさ、硬球１５の大きさなど、規格範囲内での公差を有していることが充分に考えられる。荷重検出ウェーハセンサ１０において、硬球１５全てが等しく上板１１に均一に接することが理想であるが精密には均一とならず、構成する部材に若干のばらつきが発生するため、荷重検出の結果に影響を及ぼすおそれがある。

荷重検出ウェーハセンサ１０の基板１２と、ピエゾチップ１４の間に、ばらつきをなくすための高さ調整部材２２を備えることで、硬球１５全てが等しく均一な力で上板１１に接することが可能となる。高さ調整部材２２は、熱融解し、かつ、低温で硬化するクリームはんだを用いる。クリームはんだを使用してリフロー工程を経て、レベリングを行うことにより、ばらつきを調整する。高さ調整部材２２は、基板１２の基板パッド１２ａとピエゾチップ１４の間に置かれるもので、電気的に接続する性質を有する。

図１０は、本実施の形態３に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。図１０（ｄ）の工程の後に完成となり、完成図は図９に示すものと同じである。

図１０（ａ）では、基板１２に公知の半導体プロセス技術により、凹部１３を形成し、さらに、フォトリソグラフィおよびエッチング工程で導電性薄膜をパターニングし、配線１６などを形成した図である。基板パッド１２ａと、表面配線１６ａは、配線１６の形成と同時にパターニングにより形成される。

図１０（ｂ）では、ペースト状のクリームはんだである高さ調整部材２２を、基板パッド１２ａと表面配線１６ａの上に重なるように印刷する。次に、図１０（ｃ）のように、高さ調整部材２２の上に、ピエゾチップ１４を実装する。さらに、ピエゾチップ１４の上に、硬球１５および上板１１も合わせて実装する。

図１０（ｄ）は、全ての部品を実装した状態の荷重検出ウェーハセンサ１０である。高さ調整部材２２は、まだはんだ付けされてない状態のままで、荷重検出ウェーハセンサ１０を上下反転しておく。上下反転することで、全ての硬球１５が等しく上板１１と接する状態となる。各々の部材を重ねて実装することにより生じていた部品高さのばらつきは、硬球１５と上板１１との間に発生していたが、上下反転して置くことで、高さ調整部材２２の近傍へとばらつきの発生場所が移動する。

図１０（ｄ）の状態で、基板１２に熱を加えて高さ調整部材２２であるクリームはんだを溶かし、リフローを行う。リフロー時に、高さ調整部材２２の厚みが変化し、ばらつきが解消すると同時に、はんだ付けは終了し、図１０（ｅ）に示すように荷重検出ウェーハセンサ１０が完成する。図１０（ｅ）は、図９と同じ構成である。同時に、基板１２の基板パッド１２ａとピエゾチップ１４の間を埋め、電気的接続を行うことが可能となる。荷重検出ウェーハセンサ１０の各部材への熱による影響をできるだけ少なくするために、高さ調整部材２２の硬化のための冷却を、自然冷却ではなく、短時間での急激な冷却で行ってもよい。

実施の形態３において、基板１２とピエゾチップ１４の間に、高さ調整部材２２を備えることで、より、検出感度の高い、荷重検出ウェーハセンサ１０とすることができる。全ての硬球１５は等しく上板１１に接し、また、等しくピエゾチップ１４に接することで、より、上板１１に掛かる荷重をロードセル２０で正確に測定することが可能となる。プローブカード５が荷重検出ウェーハセンサ１０に掛ける荷重を適切に測定できることで、実際のウェーハＷの電気的特性検査を適切に行うことが可能となる。

（実施例）
図１１は、ピエゾチップを載置したロードセルを用いて単一ポイントを測定した、電圧の印加荷重依存性を示すグラフである。横軸に印加荷重、縦軸に電圧差をとっている。予め、印加荷重と抵抗値の変化量の関係について求めておく。ピエゾ抵抗の変化は、ピエゾ抵抗を構成要素とするホイートストンブリッジを作成し、電圧差より求める。

実施例より、掛ける荷重を増やすにつれて、電圧値の差が比例して増加していることが分かり、印加荷重依存性が認められることから、荷重検出ウェーハセンサ１０を用いることで、荷重の検出は可能であることがわかる。

本発明の荷重検出ウェーハセンサおよび荷重検出ウェーハセンサの製造方法によれば、プローブカードの印加荷重を測定することができる。荷重検出ウェーハセンサをウェーハの代わりにプローブ装置に備えて荷重を測定することができるので、より実体に即した荷重の検出が可能となる。

また、検出した荷重の測定値を、電気的特性検査で行うときのオーバードライブの変位量を決定するときのデータとして生かすことができるだけでなく、電気的特性の検査結果の精度が上がる。さらに、検査時のオーバードライブの変位量を最小限にすることができるので、ウェーハ、プローブカードおよびプローブへの負荷を抑えることができる。

なお、実施の形態で説明したプローブ装置、プローブカード、荷重検出ウェーハセンサ、ロードセル（ピエゾチップ含む）などの構成は一例であり、任意に変更及び修正が可能である。例えばプローブ装置およびプローブカードは図１に限定されず、装置の機構やプローブカードの形状など、電気的特性検査を行うウェーハに合わせて適用することができる。

また、間隙調整部材については硬化性のある接着部材を例に挙げて、高さ調整部材についてはクリームはんだを例に挙げて説明したが、同等の効果を有する部材であればよい。高さ調整部材については、電気的接続を可能にする部材であることも必要である。

１ プローブ装置
２ テスタ
３ プローバ
４ ステージ（チャック）
５ プローブカード
５ａ プローブ
１０ 荷重検出ウェーハセンサ
１１ 上板
１２ 基板
１３ 凹部
１４ ピエゾチップ
１５ 硬球
２０ ロードセル
２１ 間隙調整部材
２２ 高さ調整部材
Ｐ 電極パッド
Ｗ ウェーハ

Claims (12)

1. 被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置の、該被検査体を設置する台上に設置可能なセンサであって、
   基板と、
   前記基板に配設された少なくとも３つの荷重検出素子と、
   前記荷重検出素子の上に配置する上板と、
   を備えることを特徴とする荷重検出センサ。
2. 前記被検査体はウェーハであって、前記荷重検出センサは該ウェーハを設置する台上に設置可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載の荷重検出センサ。
3. 前記基板は前記荷重検出素子を配設する側の面に凹部が形成され、
   前記荷重検出素子は前記凹部の周縁部に支持されたピエゾ素子を含む部材と、
   前記ピエゾ素子を含む部材と前記上板の間に配置され、該ピエゾ素子を含む部材と該上板のそれぞれの一部分と接する当接部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の荷重検出センサ。
4. 前記当接部材は球体の形状であることを特徴とする請求項３に記載の荷重検出センサ。
5. 前記上板と前記当接部材の間に間隙調整部材を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の荷重検出センサ。
6. 前記間隙調整部材は感圧硬化、熱硬化、時間硬化または光硬化の性質を有する接着部材であることを特徴とする請求項５に記載の荷重検出センサ。
7. 前記荷重検出素子と前記基板の間に高さ調整部材を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の荷重検出センサ。
8. 前記高さ調整部材は熱溶融し、低温硬化の性質を有する部材であることを特徴とする請求項７に記載の荷重検出センサ。
9. 基板に少なくとも３つの荷重検出素子を配設する工程と、
   前記荷重検出素子に接するように上板を配置する工程と、
   を備えることを特徴とする荷重検出センサの製造方法。
10. 前記荷重検出素子を配設する工程は、
    基板に凹部を形成する工程と、
    前記凹部を覆うように支持された、ピエゾ素子を含む部材を配設する工程と、
    前記ピエゾ素子を含む部材の上に当接部材を配置する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の荷重検出センサの製造方法。
11. 前記上板を配置する工程は、
    前記基板と前記当接部材との間に間隙調整部材を配設する工程と、
    前記間隙調整部材を硬化させる工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の荷重検出センサの製造方法。
12. 前記上板を配置する工程は、
    前記ピエゾ素子を含む部材と前記基板との間に高さ調整部材を配設する工程と、
    前記基板、前記上板、前記ピエゾ素子を含む部材、前記当接部材および前記高さ調整部材を一体として上下反転させる工程と、
    前記高さ調整部材を硬化させる工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の荷重検出センサの製造方法。

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