JP2013029410A - 半導体試験装置のベースユニット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体試験装置のベースユニットにおいて、プローブカードが、高温測定時の熱等の影響によって被試験デバイス方向に変形することを防ぐ。
【解決手段】ベースユニット本体と、ベースユニット本体の下方向に配置され、ベースユニット本体に対する傾きを変更可能な、プローブカードを固着するユニットの上部に設けられ、下面の両側に斜面が形成されたテーパブロックと、ベースユニットの下部において、テーパブロックの傾斜方向に設けられたガイド沿って直線移動可能であり、テーパブロックを挟んで配置された１対の下部プレートとを備え、１対の下部プレートは弾性手段により互いに連結され、それぞれの下部プレートは、ガイドに対する停止手段と、テーパブロックの斜面と接触する位置に設けられ、移動方向に回転する回転手段とを備えているベースユニット。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体試験装置のベースユニットに係り、特にプローブカードおよびプローブカードを固着するユニットが、高温測定時の熱等の影響によって被試験デバイス方向に変形することを防ぐ機構に関する。

半導体デバイスの製造工程において、半導体デバイスの性能・機能等を試験するために半導体試験装置が用いられている。半導体試験装置では、テストヘッドに実装されたベースユニットを、プローバに実装されたプローブカードに接続して被試験デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）の試験を行なう。

図４は、従来のベースユニットの構成を模式的に示す図である。本図において、ベースユニット本体３００は、本図上方向に位置する図示しないテストヘッドによって保持され、トッププレート３１０は、本図下方向に位置する図示しないプローバにより保持されている。

リング３２０は、着脱可能なプローブカード２００を固着するユニットであり、トッププレート３１０に固定されている。リング３２０の上面には、本図左右方向に斜面が形成されたテーパブロック３３０が設けられている。

ベースユニット本体３００の下面には、シリンダ３４０によってベースユニット本体とテーパブロック３３０との間を左右に移動するくさび３５０が備えられている。シリンダ３４０およびくさび３５０は、テーパブロック３３０の斜面に対応して１対備えられており、シリンダ３４０の動作は、外部のシーケンサ等からの制御信号に基づいて駆動制御部３６０により行なわれる。

図４に示すように、シリンダ３４０によりくさび３５０が中央方向に位置しているときには、くさび３５０がテーパブロック３３０およびベースユニット本体３００に接触することにより、被試験デバイスとの接触時にプローブカード２００にかかるコンタクト荷重をベースユニット本体３００でも支えることができるようになる。この機構がないと、図５に示すように、コンタクト荷重を受けたときに、プローブカード２００が上方に撓むように変形してしまい、プローブカード２００のコンタクト高さにバラツキが生じ、プローブカード２００と被試験デバイスとが正常にコンタクトできなくなってしまう。

一方、プローブカード２００のオートレベリング時には、トッププレート３１０の傾きを変化可能とするために、図６に示すように、シリンダ３４０によりくさび３５０を外側方向に移動させる。これにより、くさび３５０とテーパブロック３３０との接触状態が解除され、トッププレート３１０が動けるようになって、傾きを調整することができるようになる。ここで、オートレベリングは、図７に示すように、ウエハチャック２１１に搭載された被試験デバイス２１２と、プローブカード２００とを平行にするために、トッププレート３１０の傾きをプローバが調整する動作である。

特開２０１０−５０４３７号公報

ところで、半導体試験装置では、高温測定を行なう場合、ウエハチャック２１１側から被試験デバイス２１２に熱が加えられる。この熱が、トッププレート３１０、リング３２０、プローブカード２００に伝わると、トッププレート３１０、リング３２０、プローブカード２００は膨張して変形してしまう。

上述のように、トッププレート３１０、リング３２０、プローブカード２００は、上面に斜面が形成されたテーパブロック３３０とくさび３５０によって上方向への変形が抑えられているが、下方向については、トッププレート３１０の外周が図示しないプローバによって支えられているのみである。

このため、熱による膨張により、トッププレート３１０、リング３２０、プローブカード２００は、下方向に撓むように変形しがちとなる。この結果、プローブカード２００のコンタクト高さにバラツキが生じ、プローブカード２００と被試験デバイスとが正常にコンタクトできなくなってしまうおそれがある。

そこで、本発明は、半導体試験装置のベースユニットにおいて、プローブカードが、高温測定時の熱等の影響によって被試験デバイス方向に変形することを防ぐ機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体試験装置のベースユニットは、ベースユニット本体と、前記ベースユニット本体の下方向に配置され、前記ベースユニット本体に対する傾きを変更可能な、プローブカードを固着するユニットの上部に設けられ、下面の両側に中央部が厚くなる方向で斜面が形成されたテーパブロックと、前記ベースユニットの下部において、前記テーパブロックの傾斜方向に設けられたガイド沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで配置された１対の下部プレートとを備え、前記１対の下部プレートは弾性手段により互いに連結され、それぞれの下部プレートは、前記ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの下面に形成された斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えていることを特徴とする。

ここで、前記プローブカードを固着するユニットの前記ベースユニット本体に対する傾きを変更する際に、前記停止手段を解除し、傾きの変更終了後に、前記停止手段を作動させる駆動制御部をさらに備えるようにしてもよい。

また、前記テーパブロックは、前記下面両側の斜面に加え、前記下面の直交する両方向にも斜面が形成され、前記ベースユニットの下部において、前記ガイドと直交する方向に設けられた第２ガイドに沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで配置された１対の第２下部プレートをさらに備え、前記１対の第２下部プレートは第２弾性手段により互いに連結され、それぞれの下部プレートは、前記第２ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの下面に形成された前記第２ガイド方向の斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えるようにしてもよい。

また、前記テーパブロックは、前記下面両側の斜面に加え、上面の両側にも中央部が厚くなる方向で斜面が形成され、前記ベースユニットの下部において、前記ガイド沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで前記１対の下部プレートの内側に配置された１対の上部プレートをさらに備え、前記１対の上部プレートは弾性手段により互いに連結され、それぞれの上部プレートは、前記ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの上面に形成された斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えるようにしてもよい。

本発明によれば、半導体試験装置のベースユニットにおいて、プローブカードが、高温測定時の熱等の影響によって被試験デバイス方向に変形することを防ぐ機構が提供される。

本実施形態のベースユニットの構成を模式的に示す図である。 本実施形態のテーパブロックと上部プレートと下部プレートとを模式的に示す斜視図である。 本実施形態のベースユニットのオートレベリング動作時の様子を示す図である。 従来のベースユニットの構成を模式的に示す図である。 シリンダとくさびのよる機構がない場合の問題を説明する図である。 シリンダによりくさびが外側方向に移動した場合を示す図である。 オートレベリング動作を説明するための図である。 高温試験時のプローブカードの変形を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるベースユニットの構成を模式的に示す図である。本図おいて、ベースユニット本体１００は、本図上方向に位置する図示しないテストヘッドによって保持され、トッププレート１１０は、本図下方向に位置する図示しないプローバにより外周部分が保持されている。

リング１２０は、着脱可能なプローブカード２００を固着するユニットであり、トッププレート１１０に固定されている。リング１２０の上面には、上面および下面の左右両側に、中央部が厚くなるような方向で斜面が形成されたテーパブロック１３０が設けられている。なお、テーパブロック１３０のリング１２０に取り付ける支柱部分の形状は任意とすることができる。

ベースユニット本体１００の下面には、リニアガイド１４０がテーパブロック１３０の傾斜方向に設けられており、リニアガイド１４０に沿って本図左右方向に直線移動する１対の上部プレート１５０および１対の下部プレート１６０が備えられている。１対の上部プレート１５０は、１対の下部プレート１６０よりも内側に配置している。

１対の上部プレート１５０は、弾性手段である引っ張りバネ１５４によって連結されており、リニアガイド１４０に沿った移動を行なうためのリニアガイドブロック１５１と、リニアガイド１４０に対して停止する停止手段として機能するブレーキ１５２とを備えている。ブレーキ１５２は、例えば、エア駆動によって作動時にリニアガイド１４０を挟み込む構造とすることができる。

また、それぞれの上部プレート１５０には、テーパブロック１３０の上面の斜面と接触する位置に、上部プレート１５０の移動方向に回転するローラ１５３が備えられている。ローラ１５３は、回転手段として機能する。ローラ１５３は、例えば、車輪型や円筒型とすることができるが、球状等としてもよい。

１対の下部プレート１６０は、弾性手段である引っ張りバネ１６４によって連結されており、リニアガイド１４０に沿った移動を行なうためのリニアガイドブロック１６１と、リニアガイド１４０に対して停止する停止手段として機能するブレーキ１６２とを備えている。ブレーキ１６２は、例えば、エア駆動によって作動時にリニアガイド１４０を挟み込む構造とすることができる。

また、それぞれの下部プレート１６０には、テーパブロック１３０の下面の斜面と接触する位置に、下部プレート１６０の移動方向に回転するローラ１６３が備えられている。ローラ１６３は、回転手段として機能する。ローラ１６３は、例えば、車輪型や円筒型とすることができるが、球状等としてもよい。

図２は、テーパブロック１３０と上部プレート１５０と下部プレート１６０とを模式的に示した斜視図である。なお、両プレートに備えられるリニアガイドとブレーキは省略している。本図の例では、１対の上部プレート１５０を連結する引っ張りバネ１５４は、テーパブロック１３０上方に渡されており、１対の下部プレート１６０を連結する引っ張りバネ１６４は、テーパブロック１３０と干渉しないように、テーパブロック１３０の外側を渡されている。このため、引っ張りバネ１６４は、本図における前後方向２箇所にテーパブロック１３０を挟むように配置している。なお、テーパブロック１３０の支柱部分の前後方向の厚さを薄くすることで、下部プレート１６０の厚さを薄くすることができる。

ブレーキ１５２およびブレーキ１６２の動作は、外部のシーケンサ等からの制御信号に基づいて駆動制御部１７０により行なわれる。オートレベリング時において、駆動制御部１７０は、図２に示すように、ブレーキ１５２およびブレーキ１６２を解除して、上部プレート１５０および下部プレート１６０がリニアガイド１４０に沿って左右に動けるようにする。

１対の上部プレート１５０は、引っ張りバネ１５４により中央方向に寄ろうとするので、両ローラ１５３は、常にテーパブロック１３０の上面に形成された斜面に接することになる。また、１対の下部プレート１６０は、引っ張りバネ１６４により中央方向に寄ろうとするので、両ローラ１６３は、常にテーパブロック１３０の下面に形成された斜面に接することになる。

駆動制御部１７０は、オートレベリングが終了するとブレーキ１５２およびブレーキ１６２を作動させて、上部プレート１５０および下部プレート１６０をリニアガイド１４０に固定し、動かないようにする。ただし、下部プレート１６０のブレーキ１６２は、通常は解除状態にしておき、高温試験等を行なうときに作動させるようにしてもよい。

この状態でプローブカード２００を被試験デバイスと接触させると、プローブカード２００にかかるコンタクト荷重を、テーパブロック１３０の上面に形成された斜面に接触している上部プレート１５０のローラ１５３を介してベースユニット本体１００でも支えることができ、プローブカード２００が上方に撓む変形を防ぐことができる。

また、高温測定を行なうためにウエハチャック側から被試験デバイスに加えられた熱がトッププレート１１０、リング１２０、プローブカード２００に伝わったとしても、下部プレート１６０のローラ１６３が、テーパブロック１３０の下面に形成された斜面を支えるため、トッププレート１１０、リング１２０、プローブカード２００が下方に撓む変形を防ぐことができる。このため、プローブカード２００と被試験デバイスとの安定したコンタクトが可能となる。

本実施形態のベースユニットによれば、ブレーキ１５２およびブレーキ１６２を解除することにより、トッププレート１１０のオートレベリング動作が可能となり、ブレーキ１５２を作動させることにより、プローブカード２００と被試験デバイスとの接触時にコンタクト荷重を支えることができるようになるとともに、ブレーキ１６２を作動させることにより、トッププレート１１０、リング１２０、プローブカード２００が熱により下方に変形することを防ぐことができる。

ブレーキ１５２を解除した状態で、ローラ１５３は引っ張りバネ１５４により常にテーパブロック１３０の上面の斜面に接した状態となり、ブレーキ１６２を解除した状態で、ローラ１６３は引っ張りバネ１６４により常にテーパブロック１３０の下面の斜面に接した状態となるため、トッププレート１１０の動きに追従することができ、また、ベースユニット本体１００とトッププレート１１０とが平行でない状態でも、コンタクト荷重をベースユニット本体１００で支えることができるとともに、プローブカード２００の下方への変形を防ぐことができる。

なお、上記の例では、テーパブロック１３０の上面および下面の左右に斜面を形成し、片面につき２点でテーパブロック１３０を支えるようにしていたが、テーパブロックの上面および下面の左右の斜面に直交する前後方向にも斜面を形成するとともに、リニアガイド１４０に直交する前後方向にもリニアガイドを設け、上部プレート１５０および下部プレート１６０と同様の構成の引っ張りバネにより連結された１対の上部プレートおよび下部プレートを備えるようにしてもよい。これにより、片面につき４点でテーパブロック１３０を支えることができ、より大きな力に対応することができるようになる。もちろん、テーパブロック１３０の上面、下面の一方について前後方向にも斜面を形成して４点で支えるようにしてもよい。

１００…ベースユニット本体、１１０…トッププレート、１２０…リング、１３０…テーパブロック、１４０…リニアガイド、１５０…上部プレート、１５１…リニアガイドブロック、１５２…ブレーキ、１５３…ローラ、１５４…引っ張りバネ、１６０…下部プレート、１６１…リニアガイドブロック、１６２…ブレーキ、１６３…ローラ、１６４…引っ張りバネ、１７０…駆動制御部、２００…プローブカード、２１１…ウエハチャック、２１２…被試験デバイス、３００…ベースユニット本体、３１０…トッププレート、３２０…リング、３３０…テーパブロック、３４０…シリンダ、３６０…駆動制御部

Claims (4)

1. ベースユニット本体と、
   前記ベースユニット本体の下方向に配置され、前記ベースユニット本体に対する傾きを変更可能な、プローブカードを固着するユニットの上部に設けられ、下面の両側に中央部が厚くなる方向で斜面が形成されたテーパブロックと、
   前記ベースユニットの下部において、前記テーパブロックの傾斜方向に設けられたガイド沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで配置された１対の下部プレートとを備え、
   前記１対の下部プレートは弾性手段により互いに連結され、それぞれの下部プレートは、前記ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの下面に形成された斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えていることを特徴とする半導体試験装置のベースユニット。
2. 前記プローブカードを固着するユニットの前記ベースユニット本体に対する傾きを変更する際に、前記停止手段を解除し、傾きの変更終了後に、前記停止手段を作動させる駆動制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置のベースユニット。
3. 前記テーパブロックは、前記下面両側の斜面に加え、前記下面の直交する両方向にも斜面が形成され、
   前記ベースユニットの下部において、前記ガイドと直交する方向に設けられた第２ガイドに沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで配置された１対の第２下部プレートをさらに備え、
   前記１対の第２下部プレートは第２弾性手段により互いに連結され、それぞれの下部プレートは、前記第２ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの下面に形成された前記第２ガイド方向の斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体試験装置のベースユニット。
4. 前記テーパブロックは、前記下面両側の斜面に加え、上面の両側にも中央部が厚くなる方向で斜面が形成され、
   前記ベースユニットの下部において、前記ガイド沿って直線移動可能であり、前記テーパブロックを挟んで前記１対の下部プレートの内側に配置された１対の上部プレートをさらに備え、
   前記１対の上部プレートは弾性手段により互いに連結され、それぞれの上部プレートは、前記ガイドに対する停止手段と、前記テーパブロックの上面に形成された斜面と接触する位置に設けられ、前記移動方向に回転する回転手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体試験装置のベースユニット。