JP2012163529A - 接触子及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブ針の針先平面度を高い精度で維持し、負圧による撓みを抑えて正確な検査を行う。
【解決手段】本発明の接触子は、互いに対向して設けられた２つの基板の各電極にそれぞれ接触して各電極間を電気的に接続するポゴピンと、当該ポゴピンの外周を囲繞して設けられ当該ポゴピンを支持すると共に上記２つの基板にそれぞれ当接して各基板間を設定間隔に維持する外側筒とを備えて構成した。また、検査装置の接続ユニットの各ポゴピン挿入穴に、上記接触子を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２つの基板の各電極間を電気的に接続するポゴピンを備えた接触子及び検査装置に関する。

電子デバイス等の電極にプローブ針を接触させて検査する際に真空を利用した、真空吸着タイプの検査装置は一般に知られている。このような検査装置の例としては特許文献１に記載のプロービング装置がある。このプロービング装置を以下に概説する。

プロービング装置１は、図１に示すように、検査ステージ２のチャックトップ３とカード台４に支持されたプローブカード５との間の第１の空間６及びプローブカード５とカード台４に支持されたパフォーマンスボード７との間の第２の空間１０を、それぞれ、第１のシール８及び第２のシール９により外部から気密に維持し、第１の空間６及び第２の空間１０をそれぞれ第１の吸引穴１１及び第２の吸引穴１２を介して排気可能にし、パフォーマンスボード７の下側に配置された中間体１３をプローブカード５及びパフォーマンスボード７の両者に当接させている。

これにより、接触子１４の針先と被検査体１５の電極とが相対的に押圧されたときに、プローブカード５の撓みが防止され、しかも接触子１４に作用する押圧力が中間体１３を介してパフォーマンスボード７に伝達される。これにより、被検査体１５の電極と接触子１４との間に作用する偏荷重が抑制される。

その結果、偏荷重が被検査体１５の電極と接触子１４との間に作用することが防止される。これにより、正確な検査を可能にする。

また、他の例として特許文献２に記載の半導体検査装置もある。この半導体検査装置は、真空吸着タイプではないが、上記中間体１３と同様の機能を有する結合部を備えている。この結合部は、上記中間体１３と同様に、プローブ基板と支持部材との間に設けている。結合部は、プローブ基板に一体的に設けられ、レバー等で支持部材側に固定されて、複数のプローブ針を備えたプローブ基板と、このプローブ基板の撓みを抑える支持部材との間隔が所定の距離に保持される。これにより、プローブ針の針先が所定の平面高さ位置に保持される。

この結果、偏荷重による撓みが抑えられて、正確な検査を可能にする。

特開２００９−２９５６８６号公報 特開２００８−３００４８１号公報

ところで、上記各従来技術では、負圧や針圧による撓みを抑えて正確な検査を行うことが可能であるが、近年は、半導体ウエハ等の検査対象板の大径化、回路の高集積化等により、プローブカードの各プローブ針の針先平面度に対してより高い精度が求められるようになってきた。

このため、大型化に伴い複数の中間体１３等でプローブカードを支持すると、各中間体１３等の間でのプローブカードの撓みが問題になることがある。即ち、各中間体１３等の間でのプローブカードの僅かな撓みも検査精度に影響する可能性がある。この結果、プローブカードの各プローブ針の針先平面度を、高い精度で維持することができないことがあるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、プローブカードの各プローブ針の針先平面度を高い精度で維持することができる接触子及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプローブカードの接触子は、互いに対向して設けられた２つの基板の各電極にそれぞれ接触して各電極間を電気的に接続するポゴピンと、当該ポゴピンの外周を囲繞して設けられ当該ポゴピンを支持すると共に上記２つの基板にそれぞれ当接して各基板間を設定間隔に維持する外側筒とを備えて構成されたことを特徴とする。

本発明に係る検査装置は、テスター側のテストヘッドに取り付けられる接続ユニットと、当該接続ユニットに取り付けられるプローブカードとを備え、当該プローブカードの上記テストヘッド側を真空引きして負圧により上記テストヘッド、接続ユニット及びプローブカードを互いにコンタクトさせる検査装置において、上記接続ユニットが、複数のポゴピンが挿入されて支持されるポゴピン挿入穴を複数有し、上記各ポゴピン挿入穴に、上記接触子を備えたことを特徴とする。

上記接触子及び検査装置により、プローブカードの各プローブ針の針先平面度を高い精度で維持することが可能になる。

従来の検査装置の要部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る検査装置の要部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る検査装置のプローブカードを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る検査装置のポゴピンブロックの接触子を示す要部拡大断面図である。 図４の真空引きによる負圧で接触子のポゴピンが押し縮められた状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の変形例を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る接触子及び検査装置について、添付図面を参照しながら説明する。本発明に係る接触子が組み込まれる検査装置は、真空吸着タイプのプローブカードを備えた検査装置である。本発明は、既存の真空吸着タイプのプローブカードを備えた検査装置すべてに用いることができる。このため、以下では、既存の真空吸着タイプのプローブカードを中心に説明する。既存の真空吸着タイプのプローブカードを備えた検査装置には種々の構成があり、それに取り付けられるプローブカードも種々の構成があるが、本発明はこれらすべてのプローブカードに適用することができるものである。以下本実施形態では、上記種々のプローブカードのうちの一例をその周辺技術と共に説明し、そのプローブカードに用いる接触子を説明する。

テスター側のテストヘッド２１には、図２に示すように、接続ユニット２２と、プローブカード２３とが取り付けられている。

接続ユニット２２は、後述するプローブカード２３の各プローブ針４２と、テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５の各電極５４(図４参照)とを電気的に接続するための部材である。接続ユニット２２は、ポゴピンブロック２６と、ポゴピンブロック支持部２７とを備えて構成されている。

ポゴピンブロック２６は、後述する複数の接触子２８を支持するための部材である。ポゴピンブロック２６は、肉厚の円盤状に形成され、複数の接触子挿入穴２９を備えている。各接触子挿入穴２９は、プローブカード２３のプローブカード配線基板４３の上側面の電極５５(図４参照) の位置に合わせて設けられている。接触子挿入穴２９は、ポゴピンブロック２６の上下に貫通して設けられている。接触子２８は、この接触子挿入穴２９に装着されることで、その上下端がポゴピンブロック２６の上下に突出するようになっている。ポゴピンブロック２６の周囲にはフランジ部２６Ａが設けられている。フランジ部２６Ａは、ポゴピンブロック支持部２７と一体的に結合するための部分である。

ポゴピンブロック２６の下側面には、後述するプローブカード２３のアンカー４５に当接するアンカー当接部３０が設けられている。アンカー当接部３０は、ポゴピンブロック２６の下側面に凹状に形成して設けられたり、平坦面状に形成して設けられたりする。アンカー当接部３０は、ポゴピンブロック２６の下側面全面に複数設けられている。これらのアンカー当接部３０は、荷重が分散してプローブカード２３の撓みを抑えるように配置されている。プローブカード２３のアンカー４５に直接当接するアンカー当接部３０の当接面３０Ａは、高い平面度に維持されている。例えば、すべてのアンカー当接部３０の当接面３０Ａの高さが、互いに５μｍ以内に収まるように、高い平面度で仕上げられている。

ポゴピンブロック支持部２７は、テスター側のテストヘッド２１にテストヘッド配線基板２５を介して気密に取り付けられて上記ポゴピンブロック２６をその周囲から支持するための部材である。ポゴピンブロック支持部２７は、テストヘッド２１に支持されてテストヘッド配線基板２５に気密に結合される。ポゴピンブロック支持部２７の上側面には環状溝３２が設けられている。この環状溝３２にＯリング３３が取り付けられている。これにより、ポゴピンブロック支持部２７がテストヘッド２１に一体的に結合されたときに、ポゴピンブロック支持部２７とテストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５との間を気密に保つようになっている。

プローブカード２３は、検査対象板である半導体ウエハ(図示せず)の各回路の電極にテスターからの検査信号を印加するための装置である。プローブカード２３は、図２〜４に示すように、その下側面に複数のプローブ針４２を備えて構成されている。各プローブ針４２は、半導体ウエハの各回路の電極にそれぞれ整合する位置に設けられて、互いに接触するようになっている。プローブカード２３は、プローブカード配線基板４３と、配線基板支持部４４と、アンカー４５とを備えて構成されている。

プローブカード配線基板４３は、複数のプローブ針４２を支持して、各プローブ針４２を半導体ウエハの各回路の電極に接触させるための部材である。プローブカード配線基板４３は、肉厚の円盤状に形成され、その下側面に複数のプローブ針４２が直接装着され、その上側面に各プローブ針４２の電極５５が設けられている。この各電極５５が上記各接触子２８のポゴピン５０にそれぞれ電気的に接続されて、各プローブ針４２と各接触子２８のポゴピン５０とがそれぞれ電気的に接続される。

これにより、各プローブ針４２は、接続ユニット２２の複数の接触子２８のポゴピン５０を介してテスター側と電気的に接続される。プローブカード配線基板４３の周囲にはフランジ部４３Ａが設けられている。フランジ部４３Ａは、配線基板支持部４４と一体的に結合するための部分である。

配線基板支持部４４は、プローブカード配線基板４３を気密に且つ一体的に支持すると共に、プローブカード配線基板４３のポゴピンブロック２６側（上側）の空間を負圧に保つための部材である。配線基板支持部４４は、リング状に形成されてプローブカード配線基板４３をその外周から支持する。配線基板支持部４４の上側面には環状溝４７が設けられている。この環状溝４７にＯリング４８が取り付けられている。これにより、配線基板支持部４４がポゴピンブロック支持部２７に一体的に結合されたときに、これら配線基板支持部４４とポゴピンブロック支持部２７との間を気密に保つようになっている。これにより、配線基板支持部４４は、ポゴピンブロック支持部２７に気密に取り付けられ、プローブカード配線基板４３を気密に支持して、プローブカード配線基板４３のポゴピンブロック２６側の空間（アンカー４５の周囲の空間）を負圧に保つようになっている。

アンカー４５は、負圧に抗してプローブカード配線基板４３を支持するための部材である。アンカー４５は、プローブカード配線基板４３の上側面に、ポゴピンブロック２６に面して取り付けられている。アンカー４５は、上記ポゴピンブロック２６のアンカー当接部３０に対応する位置に配置されている。この配置により、プローブカード配線基板４３をポゴピンブロック２６側に反らせるように加わる、負圧による荷重を分散して支持するようになっている。具体的には、ポゴピンブロック２６に反力を得た各アンカー４５が、負圧に抗してプローブカード配線基板４３をポゴピンブロック２６側に反らないように支持している。

すべてのアンカー４５の上側面（上記ポゴピンブロック２６のアンカー当接部３０の当接面３０Ａに当接する当接面）を含む平面は、高い平面度で仕上げられている。さらに、すべてのアンカー４５の上側面を含む平面と、プローブカード配線基板４３の下側の各プローブ針４２の針先平面との平行度が保証された状態で、プローブカード２３が仕上げられている。これにより、高い平面度で仕上げられたポゴピンブロック２６のすべてのアンカー当接部３０の当接面３０Ａによって、各プローブ針４２の針先平面度が高い精度で維持される。即ち、接続ユニット２２にプローブカード２３が取り付けられて、各アンカー４５の上側面が各アンカー当接部３０の当接面３０Ａにそれぞれ当接することにより、各プローブ針４２の針先平面（すべてのアンカー４５の上側面との間で平行度が保証された各プローブ針４２の針先平面）が、高い精度で維持されるようになっている。換言すれば、ポゴピンブロック２６のすべてのアンカー当接部３０の当接面３０Ａの高い平面度によって各アンカー４５の上側面の平面度が高い精度で維持され、各アンカー４５の上側面の平面度によって各プローブ針４２の針先平面の平面度が高い精度で維持されるようになっている。

接触子２８は、上記負圧に抗してプローブカード配線基板４３を支持すると共に、複数の信号等を同時に伝達するための部材である。接触子２８は、上記アンカー４５と共に、上記負圧に抗してプローブカード配線基板４３を支持する。

接触子２８は、図４，５に示すように、ポゴピン５０と、中間筒５１と、外側筒５２とから構成されている。

ポゴピン５０は、互いに対向して設けられた２つの基板の各電極（テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５の下側面に設けられた電極５４と、プローブカード配線基板４３の上側面に設けられた電極５５）にそれぞれ接触して、これらの間を電気的に接続するための部材である。ポゴピン５０は、既存のポゴピンを用いることができる。既存のポゴピンには、種々の構成のものがあるが、それらすべてを用いることができる。さらに、ポゴピン５０は、外側筒５２よりも僅かに長く形成されて、その上端部及び下端部が、外側筒５２の上下から僅かに延出している。これにより、外側筒５２が、テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５の下側面と、プローブカード配線基板４３の上側面とに接触する前に、ポゴピン５０の上端部及び下端部が、テストヘッド配線基板２５の下側面の電極５４と、プローブカード配線基板４３の上側面の電極５５にそれぞれ接触するようになっている。

中間筒５１は、上記ポゴピン５０と上記外側筒５２との間に介在してこれらの間を絶縁するための筒体である。中間筒５１は、絶縁性材料で構成されて、ポゴピン５０を囲繞する。中間筒５１は、種々の構成のポゴピン５０に合わせて寸法、形状が設定される。これにより、中間筒５１は、その内側でポゴピン５０を支持して、その外側で上記外側筒５２に支持されている。これにより、ポゴピン５０と上記外側筒５２とが一体的に構成されている。

外側筒５２は、中間筒５１を介してポゴピン５０を伸縮自在に支持すると共に上記２つの基板である、テストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３にそれぞれ当接してこれらテストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３の間を設定間隔に維持するための部材である。さらに、外側筒５２は、上記２つの基板（テストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３）間で上記ポゴピン５０と並列に信号線を構成するための部材である。

外側筒５２は、中間筒５１を介してポゴピン５０の外周を囲繞して設けられている。外側筒５２の全長は、設定間隔（テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５の下側面と、プローブカード配線基板４３の上側面との間の設定間隔）に合わせた長さに形成されている。これにより、真空引きによる負圧で吸着されて、プローブカード配線基板４３が上側に撓もうとする際に、複数の接触子２８の外側筒５２が支持して設定間隔に保つようになっている。即ち、複数の接触子２８の外側筒５２が、プローブカード配線基板４３の上側面の全面に広がって位置し、テストヘッド配線基板２５の下側面に反力を得て、上記負圧に抗してこれの間を設定間隔に保つようになっている。この結果、複数の接触子２８の外側筒５２と各アンカー４５とが協働してプローブカード配線基板４３を支持するようになっている。即ち、複数の接触子２８の外側筒５２がテストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５に反力を得てプローブカード配線基板４３を支持すると共に、各アンカー４５がポゴピンブロック２６に反力を得てプローブカード配線基板４３を支持するようになっている。テストヘッド配線基板２５とポゴピンブロック２６とで、二重にプローブカード配線基板４３を支持することで、負圧に抗してプローブカード配線基板４３をポゴピンブロック２６側に反らないように確実に支持して、プローブカード配線基板４３の下側の各プローブ針４２の針先平面度を高い精度で維持するようになっている。

さらに、外側筒５２は、導電性材料で構成され、上記２つの基板（テストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３）に上記各電極５４，５５と別に設けられたグランドパターン５６，５７にそれぞれ接触するようになっている。これにより、外側筒５２は、ポゴピン５０と並列に、各グランドパターン５６，５７間を電気的に接続するようになっている。

以上のように構成された接触子２８は、ポゴピンブロック２６の各接触子挿入穴２９に挿入される。この接触子２８が挿入されたポゴピンブロック２６は、ポゴピンブロック支持部２７を介してテストヘッド２１側に気密に結合される。

さらに、プローブカード２３のアンカー４５がポゴピンブロック２６のアンカー当接部３０に嵌合した状態で、プローブカード２３の配線基板支持部４４が接続ユニット２２のポゴピンブロック支持部２７に気密に結合される。

これにより、プローブカード２３のプローブカード配線基板４３及び配線基板支持部４４と、接続ユニット２２のポゴピンブロック支持部２７と、テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５とで、密閉空間が形成される。そして、この密閉空間が真空引きされてその内部が負圧に保たれて吸着され、図４の状態から、図５に示すようにプローブカード配線基板４３が上方に押し上げられる。これにより、プローブカード２３のアンカー４５がポゴピンブロック２６のアンカー当接部３０の当接面３０Ａに当接すると共に、接触子２８の外側筒５２の上下端部が、テストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３にそれぞれ当接して、これらテストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３の間を設定間隔に維持する。

これにより、複数の接触子２８の外側筒５２と各アンカー４５とが協働してプローブカード配線基板４３を正確に支持する。即ち、テストヘッド２１側からの支持と、ポゴピンブロック２６側からの支持とが協働して、プローブカード配線基板４３を正確に支持する。具体的には、複数の接触子２８の外側筒５２が、テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５とプローブカード配線基板４３とに接触することで、この外側筒５２が、テストヘッド２１のテストヘッド配線基板２５に反力を得てプローブカード配線基板４３を支持する。さらに、各アンカー４５がポゴピンブロック２６のアンカー当接部３０の当接面３０Ａに当接することで、このアンカー４５が、ポゴピンブロック２６に反力を得てプローブカード配線基板４３を支持する。

この結果、プローブカード配線基板４３が、テストヘッド配線基板２５とポゴピンブロック２６とで二重に支持されて、真空引きによる負圧に抗してプローブカード配線基板４３をポゴピンブロック２６側に反らないように確実に支持する。これにより、プローブカード配線基板４３の下側の各プローブ針４２の針先平面度を高い精度で維持することができる。この結果、負圧による撓みが抑えられて正確な検査を行うことが可能になる。

また、外側筒５２は、テストヘッド配線基板２５のグランドパターン５６とプローブカード配線基板４３のグランドパターン５７にそれぞれ電気的に接触される。これにより、各グランドパターン５６，５７間の接触手段を特別に設ける必要がなくなり、配線の簡略化を図ることができる。

[変形例]
上記実施形態では、接触子２８の外側筒５２を各グランドパターン５６，５７の接触手段として用いたが、信号線として用いてもよい。具体的には、図６に示すように、テストヘッド配線基板２５の各電極５４の周囲に、外側筒５２の上端部が電気的に接触する環状の電極５８を設け、プローブカード配線基板４３の電極５５の周囲に、外側筒５２の下端部が電気的に接触する環状の電極５９を設ける。これにより、外側筒５２をポゴピン５０と並列に設けた信号線として使用する。

これにより、１つの接触子２８で２つの信号線を確保することができる。この２つの信号線を、両方ともプローブ針４２の信号線として用いる場合、接触子２８の総数を半分にすることができ、ポゴピンブロック２６等の構造を簡素化することができる。これにより、ポゴピンブロック２６等の製造コストの低減を図ることができる。

また、外側筒５２は、全体を導電性材料で構成して１つの信号線として用いたが、絶縁性材料を適宜介在させる等により導電性材料を周方向に複数に分割して、複数の信号線を構成するようにしてもよい。これにより、さらに接触子２８の数を減らすことができ、ポゴピンブロック２６等の構造をさらに簡素化することができる。

また、上記実施形態では、上記アンカー４５を設けたが、このアンカー４５を設けない場合もある。この場合は、複数の接触子２８の外側筒５２だけでプローブカード配線基板４３を支持することになる。この場合も、複数の接触子２８の外側筒５２が、プローブカード配線基板４３の全面を支持して、プローブカード配線基板４３の下側の各プローブ針４２の針先平面度を高い精度で維持することができる。

また、外側筒５２を信号線として使用しない場合は、この外側筒５２を絶縁性材料で構成する等により、中間筒５１を省略してもよい。

２１：テスター側のテストヘッド、２２：接続ユニット、２３：プローブカード、２５：テストヘッド配線基板、２６：ポゴピンブロック、２６Ａ：フランジ部、２７：ポゴピンブロック支持部、２８：接触子、２９：接触子挿入穴、３０：アンカー当接部、３０Ａ：当接面、３２：環状溝、３３：Ｏリング、４２：プローブ針、４３：プローブカード配線基板、４４：配線基板支持部、４５：アンカー、４７：環状溝、４８：Ｏリング、５０：ポゴピン、５１：中間筒、５２：外側筒、５４，５５：電極、５６，５７：グランドパターン、５８，５９：電極。

Claims (3)

1. 互いに対向して設けられた２つの基板の各電極にそれぞれ接触して各電極間を電気的に接続するポゴピンと、
   当該ポゴピンの外周を囲繞して設けられ当該ポゴピンを支持すると共に上記２つの基板にそれぞれ当接して各基板間を設定間隔に維持する外側筒と
   を備えて構成されたことを特徴とする接触子。
2. 請求項１に記載の接触子において、
   上記ポゴピンと上記外側筒との間に介在してこれらの間を絶縁する中間筒がさらに設けられ、
   上記外側筒が、導電性材料で構成され、上記２つの基板に上記各電極と別に設けられた他の電極にそれぞれ接触して、上記ポゴピンと並列に、各電極間を電気的に接続することを特徴とする接触子。
3. テスター側のテストヘッドに取り付けられる接続ユニットと、当該接続ユニットに取り付けられるプローブカードとを備え、当該プローブカードの上記テストヘッド側を真空引きして負圧により上記プローブカードを吸着して上記接続ユニット側にコンタクトさせる検査装置において、
   上記接続ユニットが、複数のポゴピンが挿入されて支持されるポゴピン挿入穴を複数有し、
   上記各ポゴピン挿入穴に、上記請求項１又は２に記載の接触子を備えたことを特徴とする検査装置。

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