JP2012182378A - プローブカードの位置決め機構及び検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】検査装置のインサートリングまたはヘッドプレートに対してプローブカードを位置ズレすることなく所定の位置に正確に装着することができ、特にプローブカードを繰り返し使用する場合でも一度だけプローブアライメントを行えば、その後のプローブアライメントを省略することができるプローブカードの位置決め機構を提供する。
【解決手段】本発明の位置決め機構１９は、プローブカード１２の外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた３箇所の位置決め用のピン１９Ａと、これらのピンに対応してインサートリング１５の内周縁部１５Ａに互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた位置決め用の孔１９Ｂと、を備え、位置決め用の孔１９Ｂは、その向きがプローブカード１２の径方向と実質的に一致する長孔として形成され、且つ、長孔１９Ｂの内周面全面がピン１９Ａの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面１９Ｂ１として形成されている
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の電気的特性検査に用いられる、プローブカードの位置決め機構及び検査装置に関し、更に詳しくは、プローブカードを水平方向で位置ズレすることなく検査装置内に装着することができるプローブカードの位置決め機構及び検査装置に関するものである。
従来の検査装置は、例えば図４、図５に示すように、互いに隣接するローダ室Ｌ及びプローバ室Ｐを備えている。ローダ室Ｌは、複数枚の半導体ウエハＷをカセット単位で収納するカセット収納部と、カセットから半導体ウエハＷを一枚ずつ搬出入するウエハ搬送機構と、ウエハ搬送機構によって半導体ウエハＷを搬送する間に半導体ウエハＷをプリアライメントするプリアライメント機構と、を備えている。プローバ室Ｐは、半導体ウエハＷが保持されるＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能な載置台（ウエハチャック）１と、このウエハチャック１上の半導体ウエハＷに形成された複数の電極パッドに接触する複数のプローブ２Ａを有するプローブカード２と、このプローブカード２をカードホルダ３（図５参照）を介してクランプするクランプ機構４（図５参照）と、プローブカード２を装着するインサートリング５と、インサートリング５が固定されたヘッドプレート６と、制御装置と、を備えている。プローブカード２にはテストヘッドＴが接続リング８を介して電気的に接続されている。尚、図４において、７はウエハチャック１と協働して半導体ウエハＷとプローブカード２とのアライメントを行うアライメント機構で、７Ａは上カメラ、７Ｂは下カメラである。
半導体ウエハＷの検査を行う場合には、制御装置の制御下で、ローダ室Ｌからプローバ室Ｐ内のウエハチャック１上に半導体ウエハＷを載置し、ウエハチャック１とアライメント機構７が協働して半導体ウエハＷの複数の電極パッドと複数のプローブ２Ａとのアライメントを行った後、複数の電極パッドと複数のプローブ２Ａとを電気的に接触させて半導体ウエハＷに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行なう。
而して、プローブカード２は、例えば図５に示すように、位置決め機構９を介してヘッドプレート６に対して所定の向きに位置決めされている。この位置決め機構９は、図５に示すように、プローブカード２の外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた３箇所の位置決め用のピン９Ａと、これらのピン９Ａに対応してインサートリング５に設けられた３箇所の位置決め用の孔９Ｂと、を備えている。位置決め用の孔９Ｂは、いずれもピン９Ａの外径より大径の円形孔として形成され、３箇所のピン９Ａが対応する３箇所の孔９Ｂに遊嵌するようになっている。位置決め用の孔９Ｂをピン９Ａより大径に形成することにより、プローブカード２あるいはインサートリング５が熱膨張していても、あるいはプローブカード２とインサートリング５が多少位置ズレしていてもピン９Ａが孔９Ｂ内に確実に挿入されるようになっている。
プローブカード２をインサートリング５に装着する場合には、プローブカード２を所定の向きに調整してインサートリング５の真下に配置し、この位置からプローブカード２を持ち上げてインサートリング５に近づけると、図５に示すように位置決め用のピン９Ａがインサートリング５の位置決め用の孔９Ｂ内に挿入され、ピン９Ａが孔９Ｂ内に遊嵌し、プローブカード２の外周縁部とインサートリング５の内周縁部が接触する。この状態でクランプ機構４がカードホルダ３をクランプし、プローブカード２をインサートリング５に装着、固定する。
その後、半導体ウエハＷの検査に先立って、アライメント機構７の下カメラ７Ｂを用いてプローブカード２の複数のプローブ２Ａの針先位置をＸＹＺ座標値として検出し、プローブアライメントを行う。
しかしながら、従来の検査装置の場合には、プローブカード２をインサートリング５に装着する時には位置決め機構９によってインサートリング５に対するプローブカード２の位置決めが行われるが、位置決め機構９として機能するピン９Ａと円形状の孔９Ｂはそれぞれの間に隙間を持って遊嵌する構造になっているため、プローブカード２を装着する度に図５に示すようにピン９Ａの軸心が孔９Ｂの軸心から水平方向に位置ズレしてプローブ２Ａの針先位置がプローブカード２の装着の度に位置ズレする。そのため、プローブカード２を繰り返し使用する場合でもプローブカード２を装着する度にプローブアライメントを行わなくてはならないという課題があった。また、ウエハチャック１の温度を変更する場合にも同様の問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、検査装置のインサートリングまたはヘッドプレートに対してプローブカードを位置ズレすることなく所定の位置に正確に装着することができ、特にプローブカードを繰り返し使用する場合でも一度だけプローブアライメントを行えば、その後のプローブアライメントを省略することができるプローブカードの位置決め機構及び検査装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項１に記載のプローブカードの位置決め機構は、被検査体の電気的特性検査を行うためのプローブカードを、検査装置のヘッドプレートまたは上記ヘッドプレートに固定されたインサートリングに対して着脱可能に装着する際に、上記プローブカードの外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた少なくとも３箇所の位置決め用のピンを、上記少なくとも３箇所のピンに対応させて上記ヘッドプレートまたは上記インサートリングに設けられた少なくとも３箇所の位置決め用の孔に対してそれぞれ挿入して上記ヘッドプレートまたは上記インサートリングに対して上記プローブカードを所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、上記位置決め用の孔は、その向きが上記プローブカードの径方向と実質的に一致する長孔として形成され、且つ、上記長孔の内周面全面が上記ピンの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面として形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの位置決め機構は、請求項１に記載の発明において、上記長孔の縮小端では短軸が上記ピンの直径より短く形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載のプローブカードの位置決め機構は、請求項２に記載の発明において、上記ピンの先端が球面状に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載の検査装置は、被検査体の電気的特性検査を行うためのプローブカードと、上記プローブカードを支持するインサートリング及びヘッドプレートと、を備え、上記インサートリングの所定位置または上記ヘッドプレートの所定位置に対して上記プローブカードを位置決めする位置決め機構として、上記プローブカードの外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて少なくとも３箇所の位置決め用のピンを設けると共に、上記３箇所のピンに対応する少なくとも３箇所の位置決め用の孔を、上記インサートリングまたは上記ヘッドプレートに設けて構成された検査装置であって、上記位置決め用の孔はその向きが上記プローブカードの径方向と実質的に一致する長孔として形成され、且つ、上記長孔の内周面全面が上記ピンの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面として形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５に記載の検査装置は、請求項４に記載の発明において、上記長孔の縮小端では短軸が上記ピンの直径より短く形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項６に記載の検査装置は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記ピンの先端が球面状に形成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、検査装置のインサートリングまたはヘッドプレートに対してプローブカードを位置ズレすることなく所定の位置に正確に装着することができ、特にプローブカードを繰り返し使用する場合でも一度だけプローブアライメントを行えば、その後のプローブアライメントを省略することができるプローブカードの位置決め機構及び検査装置を提供することができる。
本発明の検査装置の一実施形態の要部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示す検査装置に用いられる位置決め機構を示す図で、（ａ）は位置決め機構のピンを含むプローブカードを示す平面図、（ｂ）は位置決め機構の長孔を含むインサートリング及びヘッドプレートを示す平面図、（ｃ）は（ｂ）に示す長孔部分を拡大して示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す検査装置に用いられる位置決め機構を拡大して示す図で、（ａ）はインサートリングの周方向の断面を示す断面図、（ｂ）はプローブカード及びインサートリングの径方向の断面を示す断面図である。 従来の検査装置のプローバ室の一部を破断して示す正面図である。 図４に示す検査装置に用いられる位置決め機構を示す図３の（ａ）に相当する断面図である。
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本実施形態の検査装置は、従来の検査装置とプローブカードの位置決め機構を異にする以外は、従来の検査装置に準じて構成されている。そこで、本実施形態の特徴部分を中心に以下説明する。
本実施形態の検査装置１０は、図１に示すように、ウエハチャック１１、プローブカード１２、クランプ機構１４、インサートリング１５、ヘッドプレート１６、アライメント機構（図示せず）、接続リング１８及び位置決め機構１９を備え、位置決め機構１９以外は従来の検査装置に準じて構成されている。インサートリング１５は、図１に示すように、例えば内周縁部１５Ａと外周縁部１５Ｂとの間に段差があり、内周縁部１５Ａが外周縁部から落ち込んで形成されている。このインサートリング１５は、内周縁部１５Ａがヘッドプレート１６の上方から装着孔内に挿入され、外周縁部１５Ｂがヘッドプレート１６の上面に接合されている。クランプ機構１４は、インサートリング１５の外周縁部１５Ｂの下面に取り付けられている。
本実施形態の位置決め機構１９は、図１に示すように、プローブカード１２の外周縁部とインサートリング１５の内周縁部１５Ａに配置されている。この位置決め機構１９は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、プローブカード１２の外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた３箇所の位置決め用のピン（以下、単に「ピン」と称す。）１９Ａと、これらのピン１９Ａに対応してインサートリング１５の内周縁部１５Ａに互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた位置決め用の長孔１９Ｂと、を備え、３箇所のピン１９Ａと３箇所の長孔１９Ｂが嵌合するように構成されている。３箇所のピン１９Ａはいずれもプローブカード１２で形成される同一円上に配置され、３箇所の孔１９Ｂはインサートリング１５の内周縁部１５Ａで形成される同一円上に配置されている。
３箇所のピン１９Ａは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、いずれも先端が球面状に形成されており、それぞれに対応する３箇所の長孔１９Ｂ内に挿入されて嵌合し、プローブカード１２の外周縁部とインサートリング１５の内周縁部１５Ａが全周面に渡って均等に接触するようになっている。
長孔１９Ｂは、図２の（ｃ）に示すように、長軸がプローブカード１２の径方向（インサートリング１５の径方向）と実質的に一致するように形成されている。上記長孔１９Ｂの向きは実質的にプローブカード１２の径方向に一致しておれば、厳密に一致していなくても良い。長孔１９Ｂの内周面は、プローブカード１２側の開口端が最も大きく形成され、ピン１９Ａの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面１９Ｂ１として形成されている。長孔１９Ｂのプローブカード１２側の開口端は、短軸がピン１９Ａの直径より長く形成されている。また、長孔１９Ｂの縮小端の開口は、短軸がピン１９Ａの直径より短く形成され、長軸がピン１９Ａの直径より長く形成されている。そのため、３箇所のピン１９Ａは、いずれも長孔１９内に挿入されると、それぞれの先端の球面が長軸方向の一対のテーパ面１９Ｂ１に同時に点接触すると共に、プローブカード１２の外周縁部とインサートリング１５の内周縁部１５Ａとが均一に接触する。この時、短軸方向の一対のテーパ面１９Ｂ１は、同図の（ｂ）に示すようにピン１９Ａ先端の球面との間に隙間が形成される。つまり、３箇所のピン１９Ａは、それぞれが対応する長孔１９Ｂ内に挿入されてそれぞれの先端の球面が３箇所の長孔１９Ｂ内で長軸方向の一対のテーパ面１９Ｂ１とそれぞれ点接触して拘束され、それぞれの長孔１９Ｂ内で位置ズレすることなく嵌合する。
従って、プローブカード１２は、位置決め機構１９を介してインサートリング１５に対して位置決めされると所定の位置に拘束されて、Ｘ、Ｙ及びθ方向へ位置ズレすることなく装着され、プローブカード１２の中心とインサートリング１５の中心が常に一致した状態でヘッドプレート１６下面のクランプ機構１４によってクランプされる。つまり、プローブカード１２は、インサートリング１５に対して常に一定の位置に再現性良く正確に装着される。
同一プローブカード１２は、検査装置１０に着脱して繰り返し使用される。そのため、プローブカード１２にはバーコード等の識別記号が付設されている。また、検査装置１０には識別記号を読み取る読取装置（図示せず）が付設されており、読取装置で読み取った情報は制御装置の記憶部に格納されるようになっている。プローブカード１２を繰り返し使用する場合には、そのプローブカード１２をインサートリング１５に装着する前に、プローブカード１２の識別記号を予め読み取り、その読取情報を記憶部に格納する。そのプローブカード１２をインサートリング１５に装着した後、そのプローブカード１２のプローブアライメントを行い、その検出結果をプローブカード１２の識別記号に対応させて記憶装置に記憶させておく。これにより、プローブカード１２を繰り返し使用する場合には、そのプローブカード１２の識別記号を読取装置によって読み取るだけで、読取情報に対応するプローブアライメントによる検出結果を繰り返し使用することができ、二度目以降のプローブアライメントを省略することができる。ウエハチャック１１の温度が変更される場合であっても記憶部に記憶されたプローブカード１２に関する上記の各情報を使用することができる。
次に、プローブカード１２のインサートリング１５への装着について説明する。
まず、プローブカード１２の識別記号を読取装置によって読み取り、その読取情報を記憶部に格納する。その後、位置決め機構１９の３箇所のピン１９Ａをこれらに対応する長孔１９Ｂに向きを合わせた後、例えばプローバ室内のウエハチャック１１へプローブカード１２を載置し、ウエハチャック１１によりプローブカード１２をインサートリング１５の真下まで搬送する。その位置からウエハチャック１１が上昇してプローブカード１２の３箇所のピン１９Ａをインサートリング１５の３箇所の長孔１９Ｂ内に挿入する。
この際、長孔１９Ｂの開口端がピン１９Ａの直径より大きく、しかも長孔１９Ｂの内周面がテーパ面１９Ｂ１になっているため、３箇所のピン１９Ａはそれぞれが対応する長孔１９Ｂ内に円滑に挿入される。ウエハチャック１１が上昇端に達すると、プローブカード１２の外周縁部がインサートリング１５の内周縁部１５Ａと接触する。この時、３箇所のピン１９Ａは、それぞれの先端の球面が対応する３箇所の長孔１９Ｂ内で長軸方向の一対のテーパ面１９Ｂ１と同時に点接触し、プローブカード１２の水平方向の動きが拘束されるため、プローブカード１２は水平方向に位置ズレすることがなく、インサートリング１５に装着されると共に、カードホルダ１３を介してクランプ機構１４にクランプされてインサートリング１５に対して固定される。
その後、インサートリング１５に装着されたプローブカード１２について従来と同様の手法によりプローブアライメントを行い、その検出結果を、プローブカード１２の識別記号に対応させて記憶装置に記憶させる。その後は、従来と同様の手順で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。
プローブカード１２を再使用する場合には、そのプローブカード１２をインサートリング１５に装着する前に、読取装置で識別記号を読み取り、その識別記号に対応するプローブアライメントによる検出結果を使用することができ、改めてプローブアライメントを行う必要がない。
以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード１２をインサートリング１５に装着する際に、位置決め機構１９の３箇所のピン１９Ａが３箇所の長孔１９Ｂ内に挿入されると、３箇所のピン１９Ａが長孔１９Ｂの長軸方向の一対のテーパ面１９Ｂ１に点接触して水平方向の動きが拘束されるため、プローブカード１２を常にインサートリング１５の一定の位置にＸ、Ｙ及びθ方向へ位置ズレすることなく高精度に装着することができる。従って、同一のプローブカードを繰り返し使用する場合には、そのプローブカード１２を最初に装着する時にプローブアライメントを一度実施しておけば、その後のプローブアライメントを省略することができる。また、ウエハチャック１１の温度が変更されても二度目以降のプローブアライメントを行う必要がない。
また、ピン１９Ａの先端が球面になっているため、ピン１９Ａは長孔１９Ｂのテーパ面１９Ｂ１に従って長孔１９Ｂ内に円滑に挿入され、インサートリング１５に対するプローブカード１２を確実に装着することができる。
尚、上記実施形態では、位置決め機構１９のピン１９Ａ及び長孔１９Ｂを３箇所に設けた場合について説明したが、ピン１９Ａ及び長孔１９Ｂを３箇所以上に設けたものであっても良い。また、上記実施形態では長孔１９Ｂをインサートリング１５に設けているが、プローブカードの取付構造によっては長孔をヘッドプレートに設けることもできる。
１０ 検査装置
１１ ウエハチャック
１２ プローブカード
１２Ａ プローブ
１５ インサートリング
１６ ヘッドプレート
１９ 位置決め機構
１９Ａ ピン
１９Ｂ 長孔
Ｗ 半導体ウエハ（被検査体）

Claims (6)

  1. 被検査体の電気的特性検査を行うためのプローブカードを、検査装置のヘッドプレートまたは上記ヘッドプレートに固定されたインサートリングに対して着脱可能に装着する際に、上記プローブカードの外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて設けられた少なくとも３箇所の位置決め用のピンを、上記少なくとも３箇所のピンに対応させて上記ヘッドプレートまたは上記インサートリングに設けられた少なくとも３箇所の位置決め用の孔に対してそれぞれ挿入して上記ヘッドプレートまたは上記インサートリングに対して上記プローブカードを所定の位置に位置決めする位置決め機構であって、上記位置決め用の孔は、その向きが上記プローブカードの径方向と実質的に一致する長孔として形成され、且つ、上記長孔の内周面全面が上記ピンの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面として形成されていることを特徴とするプローブカードの位置決め機構。
  2. 上記長孔の縮小端では短軸が上記ピンの直径より短く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカードの位置決め機構。
  3. 上記ピンの先端が球面状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブカードの位置決め機構。
  4. 被検査体の電気的特性検査を行うためのプローブカードと、上記プローブカードを支持するインサートリング及びヘッドプレートと、を備え、上記インサートリングの所定位置または上記ヘッドプレートの所定位置に対して上記プローブカードを位置決めする位置決め機構として、上記プローブカードの外周縁部に互いに周方向に所定間隔を空けて少なくとも３箇所の位置決め用のピンを設けると共に、上記３箇所のピンに対応する少なくとも３箇所の位置決め用の孔を、上記インサートリングまたは上記ヘッドプレートに設けて構成された検査装置であって、上記位置決め用の孔はその向きが上記プローブカードの径方向と実質的に一致する長孔として形成され、且つ、上記長孔の内周面全面が上記ピンの挿入方向に向けて徐々に縮小するテーパ面として形成されていることを特徴とする検査装置。
  5. 上記長孔の縮小端では短軸が上記ピンの直径より短く形成されていることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
  6. 上記ピンの先端が球面状に形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の検査装置。
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