JP2013106009A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブと検査対象物との確実な接触が可能であって、プローブおよび検査対象物への衝撃を緩和するとともに、適正な荷重をかけやすくする。
【解決手段】プローブカード１０において、プローブ２７が半導体チップと接触することでプローブ基板４９が軸方向に移動する量が第１閾値未満では、第２コイルバネ４８が軸方向に圧縮され、移動する量が第１閾値以上では、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８の両方が軸方向に圧縮される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体機能試験を検査する検査装置に関する。詳細には、ウエハ状態の半導体チップ（半導体素子）と電気的に接続することで、半導体チップの電気的機能を検査する装置に関する。

半導体ウエハ上に形成されたデバイスなどの検査対象物の電気的特性を検査する装置が従来技術として知られている。例えば、特許文献１には、図７に示されるように、メイン基板１１０と、上記メイン基１１０から上下動自在に吊り下げられたコンタクトユニット１０２とを備え、上記コンタクトユニット１０２は、少なくともコンタクト基板１２０を有し、上記コンタクト基板１２０は、表面の面上に複数のプローブ１２１が形成され、裏面を上記メイン基板１１０の下面に対向させ、上記コンタクトユニット１０２が、所定のオーバードライブの荷重に相当する重量を有することを特徴とするプローブカード１００が記載されている。

特許文献１のプローブカード１００を用いて半導体ウエハ上のデバイスの電気的特性を検査する場合、プローブカード１００をプローブ装置に取り付け、プローブカード１００が備えるプローブ１２１に半導体ウエハ（シリコンウエハ）１４０上の半導体チップを押し付ける。具体的には、半導体ウエハ１４０をプローバステージ１４１に配置し、プローバステージ１４１を上昇させることにより半導体チップをプローブ１２１に押し付ける。これにより、半導体チップの複数の端子それぞれに互いに僅かな高低差があったとしても、半導体チップの端子とプローブ１２１とを確実に接触させることが可能となる。

また、図８に示されるように、メイン基板１１０とコンタクトユニット１０２との隙間の距離以内であれば、プローバステージ１４１を上昇させたとしても、コンタクトユニット１０２の自重以上の荷重が半導体チップにかからない。これにより、過大荷重が半導体チップに加わり、半導体チップが破壊されることを防止できる。

特開２００６−３１７２９４号公報（２００６年１１月２４日公開）

上述のような従来技術において、コンタクトユニット１０２はメイン基板１１０から吊り下げられた構造である。このため、プローバステージ１４１を上昇させてプローブ１２１と半導体チップとが接触するとき、プローブカード１００が接触の衝撃を吸収できず、プローブカード１００が跳ね上がる恐れがある。

また、コンタクトユニット１０２が備えるコンタクト基板１２０は、メイン基板１１０より配線で吊り下げられている状態であるため、コンタクト基板１２０は水平方向に揺れを生じる。コンタクト基板１２０が揺れると、プローブ１２１と半導体チップの端子との間で位置ズレが生じる。これにより、プローブ１２１と半導体チップの端子とを正確に接触させることが困難となる。

さらに、プローブ数を増加させる場合には、コンタクト基板１２０に積載する物体を重くする必要がある。しかしながら、コンタクトユニット１０２とメイン基板１１０との間に、大きな物体を乗せることが可能な空間を確保することが困難である。これにより、積載量が十分でないために、半導体チップへの荷重が十分得られない。したがって、プローブ１２１と半導体チップとを正確に接触させることが困難となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、プローブと検査対象物との確実な接触が可能であって、プローブおよび検査対象物への衝撃を緩和するとともに、適正な荷重をかけやすい検査装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の検査装置は、検査対象物と対向する第１の面にプローブが形成されたプローブ基板と、前記プローブ基板の前記第１の面と反対側の第２の面において、一端が垂直に固定されたシャフトと、前記シャフトを、軸方向に摺動自在に支持するシャフト支持部材と、前記シャフトに固定された第１弾性体支持部材と、前記軸方向の一端が前記第１弾性体支持部材により支持される第１弾性体と、前記第１弾性体における前記軸方向の他端を支持する第２弾性体支持部材と、前記軸方向の一端が前記第２弾性体支持部材により支持される第２弾性体と、前記シャフトの少なくとも一部、前記シャフト支持部材、前記第１弾性体支持部材、前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第２弾性体支持部材および前記第２弾性体を少なくとも収容するベースユニットとを備え、前記第２弾性体は、前記軸方向の他端が前記ベースユニットの上部により支持され、前記プローブが前記検査対象物と接触することで前記プローブ基板が前記軸方向に移動する量が第１閾値未満では、前記第１弾性体および前記第２弾性体の一方が前記軸方向に圧縮され、前記移動する量が前記第１閾値以上では、前記第１弾性体および前記第２弾性体の両方が前記軸方向に圧縮される。

上記の構成によれば、第１弾性体は、第１弾性体支持部材と第２弾性体支持部材とに支持され、第２弾性体は、第２弾性体支持部材とベースユニット上部とに支持される。また、シャフト支持部材は、プローブ基板の第２の面において一端が垂直に固定されたシャフトを摺動自在に支持する。

したがって、プローブ基板に形成されたプローブが検査対象物に接触する際、プローブ基板がシャフトにより固定されているため、水平方向に対する安定性を向上させることができる。これにより、プローブと検査対象物との位置ズレを防ぐことができるので、プローブと検査対象物との接触の安定性を向上させることができる。

また、第１弾性体は、プローブが検査対象物と接触することでプローブ基板が軸方向に圧縮される。このため、第１弾性体は、プローブと検査対象物とが接触するときにおいてプローブ基板が受ける力を吸収することができる。これにより、プローブと検査対象物とが接触するときの衝撃を緩和することができる。

さらに第２弾性体は、移動する量が第１閾値以上で圧縮される。このため、第２弾性体は、第１弾性体では吸収できない力を第２弾性体支持部材を介して受け、圧縮するので、プローブと検査対象物とが大きな力で接触したときに生じる、プローブおよび検査対象物への荷重を抑えることができる。これにより、過荷重によるプローブの破損および検査対象物の破壊を防ぐことができる。

また、第１弾性体および第２弾性体それぞれによる反発力が、プローブ基板が移動する方向と反対の方向に加えられるので、プローブと検査対象物との接触の安定性を向上させることができる。

したがって、プローブと検査対象物との確実な接触が可能であって、プローブおよび検査対象物への衝撃を緩和するとともに、プローブおよび検査対象物への過荷重を制限することが可能な検査装置を提供することができる。また、軸方向の変位に余裕が出来るため、温度変位の吸収が可能である。

また、本発明の検査装置において、前記第１弾性体および第２弾性体は、コイルバネが好適である。

また、本発明の検査装置において、前記第１弾性体支持部材は、上部が閉じられた筒状の第１筒部と、前記第１筒部の下端の外周面に形成された第１フランジとを有し、前記第２弾性体支持部材は、上部が閉じられた筒状の第２筒部と、前記第２筒部の下端の外周面に形成された第２フランジとを有し、前記第１筒部が前記第１弾性体であるコイルバネの内側に嵌め入れられ、前記第２筒部の内側に、前記第１弾性体および前記第１弾性体支持部材が収容され、前記第１弾性体の前記軸方向の一端が前記第１フランジにより支持されるとともに、前記第１弾性体の前記軸方向の他端が前記第２筒部の上部の内面により支持され、前記第２筒部が前記第２弾性体であるコイルバネの内側に嵌め入れられ、前記第２弾性体の前記軸方向の一端が前記第２フランジにより支持される構成である。

また、本発明の検査装置において、前記第２弾性体であるコイルバネは、所定量だけ圧縮された状態で、前記ベースユニットに収容されている。

上記の構成によれば、プローブ基板が軸方向に移動する量が第１閾値未満では、第１弾性体の一方が軸方向に圧縮され、移動する量が第１閾値以上では、第１弾性体および第２弾性体の両方が軸方向に圧縮される。

また、本発明の検査装置において、前記第２弾性体支持部材が前記ベースユニットの下部と接触しているときの前記第２フランジから前記ベースユニットの上部までの距離は、前記第２弾性体であるコイルバネの自然長よりも短い。

上記の構成によれば、第２弾性体は、ベースユニットと第２弾性体支持部材のフランジ部分との間で圧縮して配置されるので、第２弾性体支持部材を付勢する。

また、本発明の検査装置において、前記ベースユニットの上部は、固定部材により固定された蓋が配置されており、前記蓋は、取り外しが可能であり、前記第１弾性体および前記第２弾性体の交換が可能である。

上記の構成によれば、プローブ基板の移動量に応じた弾性体に交換することができる。

また、本発明の検査装置は、前記第２弾性体支持部材の移動を、前記シャフトの軸方向に規制する移動規制部材がさらに設けられている。

上記の構成によれば、第２弾性体がシャフトの軸方向からズレた状態で歪むことを防止することができる。これにより、プローブ基板にかかる圧力を均等にすることができる。

本発明は、プローブと検査対象物との確実な接触が可能であって、プローブおよび検査対象物への衝撃を緩和するとともに、適正な荷重をかけやすいという効果を奏する。

本実施形態のプローブ装置の一構成例を示す側面図である。 プローバステージが上昇していく様子の一例を示した図である。 ベースユニットの分解図である。 センターシャフトおよび外筒の詳細な構成を示す。 センターシャフトおよび外筒の断面図である。 本実施形態のプローブ装置を動作させたときのオーバードライブ量とプローブへの荷重との関係を示すグラフである。 プローブ装置に取り付けられた、従来技術としてのプローブカードを示した図である。 従来技術としてのプローブ装置を動作させたときのオーバードライブ荷重とオーバードライブ量との関係の一例を示した図である。

図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

（プローブ装置の構成）
図１は、本実施形態のプローブ装置の一構成例を示す側面図である。プローブ装置は、プローバステージ６０上に配置されたウエハ５０に形成された半導体チップの電気的特性を測定し、良品および不良品を選別するテストにおいて使用される装置である。ここでは、図１を参照して、プローブ装置の構成について説明する。

ウエハ５０は、複数の半導体チップが形成された面を上にしてプローバステージ６０上に配置される。プローブ装置は、プローバステージ６０を水平面内で移動または回転させることによりプローブカード（検査装置）１０と検査対象物としての半導体チップとの位置合わせを決定した後、プローバステージ６０を上昇させて、プローブカード１０が備えるプローブ２７を半導体チップの端子に接触させることにより半導体チップの電気的特性を測定する。

プローブカード１０は、ベースユニット１２と、プリント基板１１と、プローブ基板４９と、プローブ２７とを備える。

プリント基板１１は、ベースユニット１２と水平調整ボルト４２により固定される。また、プリント基板１１は、その形状が円盤状であり、ガラスエポキシからなる基材に配線パターンが形成された基板である。プリント基板１１における配線パターンの一端には、複数の外部端子（図示しない）が形成されている。外部端子は、図示しないテスターの信号端子と導通させるための端子である。

プリント基板１１における配線パターンの他端は、複数の配線（ジャンパ線）２４それぞれの一端が接続され、複数の配線２４それぞれの他端は、プローブ基板４９に接続される。なお、複数の配線２４は、樹脂で形成されたシート内に複数の配線２４それぞれが被覆された構成であってもよい。

プローブ基板４９は、プリント基板１１およびベースユニット１２の下方に配置され、一方の面がプリント基板１１およびベースユニット１２に対向し、他方の面がベースユニット１２上に配置されたウエハ５０の半導体チップが形成された面に対向する。また、ウエハ５０の半導体チップが形成された面に対向するプローブ基板４９の面には、配線パターンが形成される。以下では、プリント基板１１およびベースユニット１２に対向するプローブ基板４９の面を表面とし、配線パターンが形成されているプローブ基板４９の面を裏面とする。

プローブ基板４９は、周縁部においてスルーホール（図示しない）が形成されている。プリント基板１１に接続された複数の配線２４それぞれは、スルーホールを通って、プローブ基板４９の裏面に形成された配線パターンの一端に接続される。これにより、プリント基板１１とプローブ基板４９とが電気的に接続される。

また、プローブ基板４９の裏面に形成された配線パターンの他端には、複数のプローブ２７それぞれの一端が接続される。複数のプローブ２７それぞれの他端は、プローブ基板４９の中央部に位置し、検査対象半導体チップの検査用端子配置に合わせた位置に配列される。複数のプローブ２７は、それぞれの中央部付近が、プローブ基板４９の中央部に固着された固定部材７０に固定されることで片持ち梁状に支持されている。固定部材７０は、樹脂で形成されている。

（ベースユニットの構成）
図３は、ベースユニットの分解斜視図である。図３に示されるように、ベースユニット１２は、センターシャフト（シャフト）３１、ウエハ押圧プレート３２、外筒（シャフト支持部材）３３、第１バネ受けスリーブ（第１弾性体支持部材）３４、第２バネ受けスリーブ（第２弾性体支持部材）４７、第１コイルバネ（第１弾性体）３５、第２コイルバネ（第２弾性体）４８、上蓋３７、台座プレート３８、固定プレート３９、外筒固定ボルト４０、スリーブ固定ネジ４１、水平調整ネジ４２、上蓋固定ボルト４３、プレート固定ネジ４４およびハウジング３６により構成されている。

ハウジング３６は、センターシャフト３１の少なくとも一部と、外筒３３と、第１バネ受けスリーブ３４と、第２バネ受けスリーブ４７と、第１コイルバネ３５と、第２コイルバネ４８とを収容する容器である。ハウジング３６には、その上部および下部において開口が形成されている。ハウジング３６の上部の開口には、上蓋３７が上蓋固定ボルト４３により固定される。これにより、ハウジング３６の上部の開口は覆われる。また、ハウジングの下部の開口には、外筒３３の下端部が嵌め込まれる。

ハウジング３６は、外側面に取付部を有している。取付部が、土台となる台座プレート３８および固定プレート３９に、ベースユニット固定ボルト１６を用いて固定されることにより、ハウジング３６はプリント基板１１の基板表面側に固定されている。台座プレート３８および固定プレート３９はプリント基板１１の開口部２１付近に配置されており、台座プレート３８がプリント基板１１の基板表面に、固定プレート３９がプリント基板１１の基板裏面に、プレート固定ボルト４５を用いて一括して固定されている。

また、ハウジング３６の取付部には、水平調整ボルト４２が取り付けられている。水平調整ボルト４２は、その先端が台座プレート３８に当たるように配置されている。水平調整ボルト４２を調整することにより、プリント基板１１の基板裏面に対する、ウエハ押圧プレート３２が突出する高さおよび角度を調整（微調整）することが可能である。

外筒３３は、貫通孔を有する筒型の形状を有し、下端部側の外周面にフランジが形成されている。このフランジは、外筒３３の下端よりもハウジング３６の底部の厚み分、上方に形成されている。外筒３３の筒部分の外径は、ハウジング３６の下部の開口より小さく設定され、フランジ部分の外径は、ハウジング３６の下部の開口より大きく設定される。

また、外筒３３は、フランジより下方の部分をハウジング３６の下部の開口に嵌め込まれた状態で固定され、ベースユニット１２の中心軸として機能する。具体的には、外筒３３のフランジとハウジング３６の下部の開口を有する底部とが外筒固定ボルト４０により固定される。また、外筒３３の貫通孔には、センターシャフト３１が嵌め入れられる。

センターシャフト３１は、ボールスプライン機構により摺動自在に外筒３３の貫通孔に嵌め入れられる。センターシャフト３１の一方の端部は、ウエハ押圧プレート３２とプレート固定ネジ４４を用いて固定され、他方の端部は、第１バネ受けスリーブ３４とスリーブ固定ネジ４１を用いて固定されている。

図４は、センターシャフトおよび外筒の詳細な構成を示す。図５は、センターシャフトおよび外筒の断面図である。なお、図４は、外筒３３のフランジは省略して図示している。

図４に示されるように、センターシャフト３１には、外側面にスプライン溝５１が軸方向と平行に端から端に亘って形成されている。スプライン溝５１は、間隔を有する２本が軸対称に配置されて、計４本形成されている。外筒３３には、貫通孔に保持溝５２が軸対称で環状に形成されている。保持溝５２は、複数の鋼球５３を転動自在に保持している。保持溝５２の一部は、図５に示すように、鋼球５３がスプライン溝５１と保持溝５２との間に嵌まるように形成されている。

このように、センターシャフト３１が外筒３３に対して摺動するとき、スプライン溝５１は鋼球５３に対するレール（ガイド）の役割を有している。また、スプライン溝５１には、保持溝５２に保持された鋼球５３が噛み込んでいることにより、センターシャフト３１は、中心軸に対して回転することができない。

これにより、センターシャフト３１は、軸方向の直線運動のみを行うことが可能となっている。言い換えると、保持溝５２に保持された鋼球５３が、スプライン溝５１に沿って転がる方向にのみセンターシャフト３１の動きが自由となるので、センターシャフト３１は、軸方向の直線運動をずれることなく行うことができる。したがって、センターシャフト３１は、回転が防止された高精度な直線運動を行うことが可能となる。

また、スプライン溝５１に対する鋼球５３の噛合には、与圧を与えることが望ましい。例えば、与圧は、軸に対してマイナス方向に２μｍ〜６μｍであることが好ましく、１μｍ〜１５μｍの範囲であればよい。これにより、鋼球５３によりスプライン溝５１を押さえつけている影響から、センターシャフト３１の中心軸が全くぶれることが無い。この結果、中心軸のズレがゼロなので、さらに高精度な直線動作を行うことが可能となる。

なお、センターシャフト３１を好適に摺動させるために、センターシャフト３１と外筒３３との間には、潤滑用グリス（リチウム石鹸基グリス）が供給されていてもよい。ボールスプライン機構では、スプライン溝５１は、センターシャフト３１の端から端に亘って形成されているので、外筒３３から容易に取り外すことが可能である。それゆえ、ベアリングへの給油を容易に行うことができるので、ボールスプライン機構は優れたメンテナンス性を有している。

図３に戻って、ウエハ押圧プレート３２は、矩形の形状を有し、センターシャフト３１の軸方向に対して垂直にセンターシャフト３１と固定されている。また、ウエハ押圧プレート３２においてセンターシャフト３１が固定されていない面は、重力方向に押圧をプローブ基板４９に与える押圧面である。すなわち、ウエハ押圧プレート３２の押圧面は、プローブ基板４９に固定されている。これにより、ウエハ押圧プレート３２とプローブ２７の一端とがプローブ基板４９を介して固定されることとなる。

第１バネ受けスリーブ３４は、上部が閉じられた有底円筒型の形状を有しており、下部に開口が形成されている。第１バネ受けスリーブ３４の下部の開口は、内径と同じ大きさである。

また、第１バネ受けスリーブ３４は、その下部の開口および内径が外筒３３の外径よりも大きく設定されている。このため、第１バネ受けスリーブ３４は、外筒３３をその内部に嵌め入れることが可能である。また、第１バネ受けスリーブ３４は、その下端部の外側面にフランジ（第１フランジ）が形成されている。

第１コイルバネ３５は、圧縮コイルばねであり、その内径が第１バネ受けスリーブ３４の外径よりも大きく、外径が第１バネ受けスリーブ３４のフランジ部分の外径よりも小さく設定されている。また、第１コイルバネ３５は、第１バネ受けスリーブ３４の外周部に挿入され、下端が第１バネ受けスリーブ３４のフランジにより支持される。

第２バネ受けスリーブ４７は、上部が閉じられた有底円筒型の形状を有し、その内部が第１バネ受けスリーブ全体より大きく設定されている。また、第２バネ受けスリーブ４７は、下端部側の外周面にフランジ（第２フランジ）が形成され、フランジ部分の外径がハウジング３６の内径より小さく設定されている。

また、第２バネ受けスリーブ４７は、その下部において第１バネ受けスリーブ３４のフランジ部分の外径よりも大きな開口が形成されている。第２バネ受けスリーブ４７は、第１バネ受けスリーブ３４および第１コイルバネ３５を、その上方からを覆うように収容する。また、第２バネ受けスリーブ４７は、下端が第１バネ受けスリーブ３４のフランジにより支持された第１コイルバネ３５の上端を天井で支持する。なお、第２バネ受けスリーブ４７の天井には、窪みが形成されている。第１コイルバネ３５の上端は、その窪みに嵌めこまれることにより支持される。

第２バネ受けスリーブ４７の上部には、無給油ブッシュ１３を介して坐屈防止シャフト（移動規制部材）４６の下端が挿入される挿入穴が形成されている。坐屈防止シャフト４６の上端は、上蓋３７において固定されている。また、第２バネ受けスリーブ４７は、その下端部の外側面にフランジが形成されている。

第２コイルバネ４８は、圧縮コイルバネであり、その内径が第２バネ受けスリーブ４７の外径よりも大きく、外径が第２バネ受けスリーブ４７のフランジ部分の外径よりも小さく設定されている。また、第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７に挿入され、下端が第２バネ受けスリーブ４７のフランジにより支持される。

上蓋３７は、上述したように、ハウジング３６の上部の開口を覆うように、ハウジング３６に固定される。上蓋３７は、ハウジング３６に固定されている状態において、下端が第２バネ受けスリーブ４７のフランジ部分により支持された第２コイルバネ４８の上端を内面で支持する。なお、上蓋３７の内面には、第２コイルバネ４８の上端が支持される窪みが形成されている。また、上蓋３７は着脱可能であり、上蓋３７を取り外すことで、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８の交換が可能となる。ここで、第２コイルバネ４８として、自然長がハウジング３６の高さより長いものを使用している。したがって、第２コイルバネ４８は、圧縮した状態で第２バネ受けスリーブ４７とハウジング３６の上部に固定された上蓋３７とに支持される。この状態において、第２コイルバネ４８は、自然長から所定量（Δｌ_２）圧縮されている。

なお、センターシャフト３１と、ウエハ押圧プレート３２と、プローブ基板４９と、固定部材７０と、複数のプローブ２７とで、昇降ユニットが構成される。

上述したように、ベースユニット１２においては、第１バネ受けスリーブ３４とセンターシャフト３１の一端とが固定され、ウエハ押圧プレート３２とセンターシャフト３１の他端とが固定され、ウエハ押圧プレート３２とプローブ２７の一端とがプローブ基板４９を介して固定されている。このため、プローブ２７の他端に対して外部から力が加えられると、ウエハ押圧プレート３２が上昇し、それに伴ってセンターシャフト３１が上昇する。これにより、センターシャフト３１と一体となった第１バネ受けスリーブ３４は、プローブ２７に加えられた力を受ける。

第１コイルバネ３５は、一端が第１バネ受けスリーブ３４のフランジ部分により支持され、他端が第２バネ受けスリーブ４７により支持される。このため、第１コイルバネ３５は、第１バネ受けスリーブ３４がプローブ２７から受けた力を受けることにより得た付勢力を第２バネ受けスリーブ４７に加える。また、第２コイルバネ４８は、一端が第２バネ受けスリーブ４７のフランジ部分により支持され、他端が上蓋３７により支持される。

したがって、プローブ２７と半導体チップとが接触し始めた位置よりも高くプローバステージ６０が上昇すると、第１バネ受けスリーブ３４にはプローブ２７から鉛直方向上向きに力が加えられるので、その力を第１コイルバネ３５が受ける。第１バネ受けスリーブ３５から力を受けた第１コイルバネ３５は、圧縮し、受けた力を吸収する。これにより、第１コイルバネ３５は、プローブ２７と半導体チップとが接触するときの衝撃を緩和することができる。

また、第１コイルバネ３５が作用する位置よりもさらに高くプローバステージ６０が上昇すると、第１コイルバネ３５が圧縮するだけでは吸収できず、第１コイルバネ３５の上端が第２バネ受けスリーブ４７を上方に押し上げ、第２バネ受けスリーブ４７に鉛直方向上向きの力が加えられる。

既に圧縮した状態の第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７を付勢する力よりも大きな鉛直方向上向きの力が第１コイルバネ３５から加えられることにより、第２バネ受けスリーブ４７は、鉛直方向上向きに移動する。これにより、第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７のフランジ部分と上蓋３７との間隔が狭まることによりさらに圧縮し、鉛直方向上向きの力を吸収する。これにより、プローブ２７および半導体チップそれぞれへの不要な荷重を抑えることができる。これにより、過荷重によるプローブ２７の破損および半導体チップの破壊を防ぐことができる。

（プローブ装置の動作）
上述したように、プローブ装置は、ウエハ５０の半導体チップが配置されたプローバステージ６０を上昇させる。ここで、プローブ装置は、半導体チップの全端子にプローブ２７が確実に接触する位置までプローバステージ６０を上昇させる必要がある。ウエハ５０の半導体チップにおける複数の端子は、互いに僅かな高低差がある場合が想定されるため、半導体チップとプローブ２７とが大きな力で押し付け合う程度の上昇量が必要となるからである。以下、半導体チップの端子にプローブ２７が接触し始める位置を基準に、プローバステージ６０を上昇させた距離をオーバードライブ量という。

図２（ａ）〜（ｅ）は、プローバステージ６０が上昇していく様子の一例を示した図である。図２（ａ）は、半導体チップの端子にプローブ２７が接触していない状態を示す。この状態からプローブ装置がプローバステージ６０を上昇させると、図２（ｂ）に示す状態となる。

図２（ｂ）は、半導体チップの端子にプローブ２７が接触し始めた状態を示す。この状態においては、半導体チップの端子およびプローブ２７それぞれに荷重が加わっていなく、オーバードライブ量が０の状態である。この状態から、プローブ装置がプローバステージ６０を上昇させると、図２（ｃ）の状態となる。

図２（ｃ）は、昇降ユニットが上昇しない程度のオーバードライブ量でプローバステージ６０を上昇させた状態を示す。この状態においては、プローバステージ６０から押圧力を受けるが、その押圧力により半導体チップと接触するプローブ２７が曲がる。このため、図２（ｃ）に示すようにプローバステージ６０が上昇しても、昇降ユニットは上昇しないので、半導体チップには昇降ユニットの自重が加わる。

図２（ｄ）は、昇降ユニットが上昇し始めた状態を示す。この状態においては、昇降ユニットの上昇に伴って、センターシャフト３１から、第１バネ受けスリーブ３４に鉛直方向上向きの力が第１バネ受けスリーブ３４に加わる。これにより、第１コイルバネ３５は、第１バネ受けスリーブ３４から受けた力で作用し、圧縮し始める。半導体チップとプローブ２７とが接触する時に、鉛直方向上向きに加わる比較的大きな力は、第１コイルバネ３５が作用することで吸収されるので、衝撃を緩和させることができる。

図２（ｅ）は、図２（ｄ）の状態より昇降ユニットがさらに上昇した状態を示す。この状態においては、第１コイルバネ３５が圧縮するだけでは吸収できず、第１コイルバネ３５の上端が第２バネ受けスリーブ４７を上方に押し上げ、第２バネ受けスリーブ４７に鉛直方向上向きの力が加えられる。既に圧縮した状態の第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７を付勢する力よりも大きな鉛直方向上向きの力が第１コイルバネ３５から加えられることにより、第２バネ受けスリーブ４７は、鉛直方向上向きに移動する。これにより、第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７のフランジ部分と上蓋との間隔が狭まることにより、既に圧縮した状態からさらに圧縮し、鉛直方向上向きの力を吸収する。これにより、プローブ２７および半導体チップそれぞれへの不要な荷重を抑えることができ、必要なオーバードライブ量を満たす押圧を与えることができる。これにより、過荷重によるプローブ２７の破損および半導体チップの破壊を防ぐことができる。

（オーバードライブ量とプローブへの荷重との関係）
図６は、本実施形態のプローブ装置を動作させたときのオーバードライブ量とプローブへの荷重との関係を示すグラフである。横軸がオーバードライブ量を示し、縦軸がプローブへの荷重を示す。

図６に示されるように、プローブ２７と半導体チップとが接触し始める（図２（ａ）に示す状態）ときオーバードライブ量が０である。このとき、プローブ２７への荷重は０となっている。オーバードライブ量が０のときから、プローバステージ６０をさらに上昇させることにより、オーバードライブ量を増加させると、半導体チップに接触するプローブ２７の数が増加するとともに、半導体チップとプローブ２７との押し付け合いが強くなり、プローブ２７への荷重が大きくなる。このため、グラフは、直線的な連続関数となっている。

より具体的には、グラフには、傾きが変化する箇所が存在する。換言すれば、グラフにおける傾きの変化は、プローブ２７への荷重の増加量が変化する箇所を示している。上述したように、プローブ装置は、プローバステージ６０が上昇することによって加えられる鉛直方向上向きの力を吸収するために第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８を備えている。このため、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８がプローブ２７に加えられる鉛直方向上向きの力を吸収することで、荷重の増加量が小さくなる。したがって、グラフにおいて傾きが変化する箇所は、第１コイルバネ３５または第２コイルバネ４８が作用し始める箇所を示している。

また、プローブ装置は、第１コイルバネ３５が作用した後に、第２コイルバネ４８が作用し始める構成となっている。具体的には、第１コイルバネ３５は、圧縮することにより第２バネ受けスリーブ４７にｋ_１×Δｌ_１（ｋ_１：第１コイルバネ３５のバネ定数、Δｌ_１：第１コイルバネ３５の自然長からの伸び又は縮み）の力を鉛直方向上向きに加えている一方、第２コイルバネ４８は、既に圧縮した状態で、第２バネ受けスリーブ４７に対してｋ_２×Δｌ_２（ｋ_２：第２コイルバネ４８のバネ定数、Δｌ_２：第２コイルバネ４８の自然長からの伸び又は縮み）の力を重力方向に加えている。このため、第１コイルバネ３５が第２バネ受けスリーブ４７に加える力（ｋ_１×Δｌ_１）が、第２コイルバネ４８が第２バネ受けスリーブ４７に加える力（ｋ_２×Δｌ_２）を超えるまでは、第２コイルバネ４８は作用しない。すなわち、オーバードライブ量が Δｌ_１＝ｋ_２×Δｌ_２／ｋ_１ となるまで、第２コイルバネ４８は作用しない。

したがって、グラフでは、オーバードライブ量Ｈ１〜Ｈ４の区間において、第１コイルバネ３５が作用し、オーバードライブ量Ｈ４〜Ｈ５の区間において、第１コイルバネ３５に加えて第２コイルバネ４８が作用していることを示している。すなわち、オーバードライブ量Ｈ４は、Δｌ_１＝ｋ_２×Δｌ_２／ｋ_１ を示している。図では、オーバードライブ量Ｈ１〜Ｈ４の区間を「コイルバネ１作用領域」として示し、オーバードライブ量Ｈ４〜Ｈ５の区間を「コイルバネ１＋コイルバネ２作用領域」として示している。なお、「コイルバネ１」は第１コイルバネ３５を示し、「コイルバネ２」は第２コイルバネ４８を示す。

ここで、オーバードライブ量が０のときからＨ５となるときまでのプローブ装置の状態とグラフとの関係について説明する。オーバードライブ量が０からＨ１の区間「自重領域」においては、プローブ２７は、それに接触する半導体チップから押圧力を受けて曲がる。このため、オーバードライブ量が０からＨ１の範囲でプローバステージ６０が上昇しても、昇降ユニットは上昇しないので、半導体チップには昇降ユニットの自重が加わる。

オーバードライブ量がＨ１〜Ｈ４の区間「コイルバネ１作用領域」においては、昇降ユニットの上昇に伴って、センターシャフト３１から、第１バネ受けスリーブ３４に鉛直方向上向きの力が加わる。これにより、第１コイルバネ３５は、第１バネ受けスリーブ３４から受けた力で作用し、圧縮し始め、鉛直方向上向きの力を吸収する。このため、「コイルバネ１作用領域」における荷重の増加量は、「自重領域」における荷重の増加量よりも小さくなっている。

一方、第２コイルバネ４８は、オーバードライブ量が０のときからＨ４のときまでにおいて、既に圧縮した状態で、第２バネ受けスリーブ４７に対して力を加えている。このため、オーバードライブ量がＨ１〜Ｈ４において、第１コイルバネ３５が第２バネ受けスリーブ４７に加える力が、第２コイルバネ４８が第２バネ受けスリーブ４７に加える力を超えないため、第２コイルバネ４８は作用しない。

すなわち、オーバードライブ量がＨ１〜Ｈ４では、第１コイルバネ３５のバネ定数ｋ_１に従って、半導体チップからの押圧力を吸収することとなる。

オーバードライブ量がＨ４〜Ｈ５の区間「コイルバネ１＋コイルバネ２作用領域」においては、第１コイルバネ３５が第２バネ受けスリーブ４７に加える力が、第２コイルバネ４８が第２バネ受けスリーブ４７に加える力を超えることにより、第２コイルバネ４８は作用し始め、既に圧縮した状態よりもさらに圧縮し、鉛直方向上向きの力を吸収する。

オーバードライブ量がＨ４〜Ｈ５では、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８の両方が圧縮することとなるため、１／Ｋ＝１／ｋ_１＋１／ｋ_２を満たすバネ定数Ｋに従って、半導体チップからの押圧力を吸収することとなる。このため、「コイルバネ１＋コイルバネ２作用領域」における荷重の増加量は、「コイルバネ１作用領域」における荷重の増加量よりも小さくなっている。

また、荷重Ｆａ〜Ｆｂの範囲は、プローブ２７への荷重が適正な範囲を示す。この範囲に相当するオーバードライブ量の範囲は、オーバードライブ量Ｈ３〜Ｈ５である。ここで、オーバードライブ量Ｈ４〜Ｈ５においては、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８が作用し、鉛直方向上向きに加えられる力を吸収しているので、オーバードライブ量Ｈ１〜Ｈ４の区間よりも荷重の増加量が抑えられている。したがって、プローブ２７への荷重が適正な荷重範囲内に維持されるオーバードライブ量の範囲を広くすることができることが結果として得られた。

以上説明したように、本発明のプローブカード１０は、裏面に複数のプローブ２７が形成されたプローブ基板４９と、プローブ基板４９の表面において、一端が垂直に固定されたセンターシャフト３１と、センターシャフト３１を、軸方向に摺動自在に支持する外筒３３と、センターシャフト３１に固定された第１バネ受けスリーブ３４と、前記軸方向の一端が第１バネ受けスリーブ３４により支持される第１コイルバネ３５と、前記第１コイルバネ３５における軸方向の他端を支持する第２バネ受けスリーブ４７と、前記軸方向の一端が第２バネ受けスリーブ４７により支持される第２コイルバネ４８と、センターシャフト３１の少なくとも一部、外筒３３、第１バネ受けスリーブ３４、第１コイルバネ３５、第２コイルバネ４８、第２バネ受けスリーブ４７および第２コイルバネ４８を少なくとも収容するベースユニット１２とを備え、第２コイルバネ４８は、軸方向の他端がベースユニット１２の上部により支持され、プローブ２７が半導体チップと接触することでプローブ基板４９が軸方向に移動する量が第１閾値未満では、第１コイルバネ３５が軸方向に圧縮され、移動する量が第１閾値以上では、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８の両方が軸方向に圧縮される。

このため、第１コイルバネ３５は、第１バネ受けスリーブ３４と第２バネ受けスリーブ４７とに支持され、第２コイルバネ４８は、第２バネ受けスリーブ４７とベースユニット１２上部とに支持される。また、外筒３３は、プローブ基板４９の表面において一端が垂直に固定されたセンターシャフト３１を摺動自在に支持する。

したがって、プローブ基板２７に形成された複数のプローブ２７が半導体チップに接触する際、プローブ基板４９がセンターシャフト３１により固定されているため、水平方向に対する安定性を向上させることができる。これにより、プローブ２７と半導体チップとの位置ズレを防ぐことができるので、プローブ２７と半導体チップとの接触の安定性を向上させることができる。

また、第１コイルバネ３５は、複数のプローブ２７が半導体チップと接触することで軸方向に圧縮される。このため、第１コイルバネ３５は、複数のプローブ２７と半導体チップとが接触するときにおいてプローブ基板４９が受ける力を吸収することができる。これにより、複数のプローブ２７と半導体チップとが接触するときの衝撃を緩和することができる。

さらに第２コイルバネ４８は、プローブ基板４９が移動する量が第１閾値以上で圧縮される。このため、第２コイルバネ４８は、第１コイルバネ３５では吸収できない力を第２バネ受けスリーブ４７を介して受け、圧縮するので、複数のプローブ２７と半導体チップとが大きな力で接触したときに生じる、複数のプローブ２７および半導体チップへの荷重を抑えることができる。これにより、過荷重による複数のプローブ２７の破損および半導体チップの破壊を防ぐことができる。

また、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８それぞれによる反発力が、プローブ基板４９が移動する方向と反対の方向に加えられるので、プローブ２７と半導体チップとの接触の安定性を向上させることができる。

したがって、プローブ２７と半導体チップとの確実な接触が可能であって、プローブ２７および半導体チップへの衝撃を緩和するとともに、適正な荷重をかけやすくすることができる。

なお、上記の説明では、第２コイルバネ４８が所定量（Δｌ_２）だけ圧縮された状態でベースユニット１２に収容されるものとした。しかしながら、プローブ２７が半導体チップに接触していない状態において、第２コイルバネ４８が自然長でベースユニット１２に収容されていてもよい。この場合、第２コイルバネ４８の代わりに第１コイルバネ３５を所定量（Δｌ_１）圧縮した状態でベースユニット１２に収容すればよい。ただし、第１コイルバネ３５が圧縮された状態を維持するために、第１バネ受けスリーブ３４のフランジの上面と、第２バネ受けスリーブ４８の天井面との距離が、第１コイルバネ３５の自然長よりもΔｌ_１だけ短い距離よりも長くならないように構成される。例えば、第１バネ受けスリーブ３４のフランジの上面と第２バネ受けスリーブ４８の天井面とを、第１コイルバネ３５からの付勢力を受けても延びない紐等で支持すればよい。これにより、プローブ基板４９が軸方向に移動する量が第１閾値未満では、第２コイルバネ４８が軸方向に圧縮され、移動する量が第１閾値以上では、第１コイルバネ３５および第２コイルバネ４８の両方が軸方向に圧縮される。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ プローブカード（検査装置）
１１ プリント基板
１２ ベースユニット
１３ 無給油ブッシュ
２４ 配線
２７ プローブ
３１ センターシャフト（シャフト）
３２ ウエハ押圧プレート
３３ 外筒（シャフト支持部材）
３４ 第１バネ受けスリーブ（第１弾性体支持部材）
３５ 第１コイルバネ（第１弾性体）
３６ ハウジング
３７ 上蓋
３８ 台座プレート
３９ 固定プレート
４０ 外筒固定ボルト
４１ スリーブ固定ネジ
４２ 水平調整ボルト
４３ 上蓋固定ボルト
４４ プレート固定ネジ
４５ プレート固定ボルト
４６ 坐屈防止シャフト（移動規制部材）
４７ 第２バネ受けスリーブ（第２弾性体支持部材）
４８ 第２コイルバネ（第２弾性体）
４９ プローブ基板
５０ ウエハ
５１ スプライン溝
５２ 保持溝
５３ 鋼球
６０ プローバステージ
７０ 固定部材

Claims (7)

1. 検査対象物と対向する第１の面にプローブが形成されたプローブ基板と、
   前記プローブ基板の前記第１の面と反対側の第２の面において、一端が垂直に固定されたシャフトと、
   前記シャフトを、軸方向に摺動自在に支持するシャフト支持部材と、
   前記シャフトに固定された第１弾性体支持部材と、
   前記軸方向の一端が前記第１弾性体支持部材により支持される第１弾性体と、
   前記第１弾性体における前記軸方向の他端を支持する第２弾性体支持部材と、
   前記軸方向の一端が前記第２弾性体支持部材により支持される第２弾性体と、
   前記シャフトの少なくとも一部、前記シャフト支持部材、前記第１弾性体支持部材、前記第１弾性体、前記第２弾性体、前記第２弾性体支持部材および前記第２弾性体を少なくとも収容するベースユニットと、を備え、
   前記第２弾性体は、前記軸方向の他端が前記ベースユニットの上部により支持され、
   前記プローブが前記検査対象物と接触することで前記プローブ基板が前記軸方向に移動する量が第１閾値未満では、前記第１弾性体および前記第２弾性体の一方が前記軸方向に圧縮され、前記移動する量が前記第１閾値以上では、前記第１弾性体および前記第２弾性体の両方が前記軸方向に圧縮されることを特徴とする、検査装置。
2. 前記第１弾性体および第２弾性体は、コイルバネであることを特徴とする、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１弾性体支持部材は、上部が閉じられた筒状の第１筒部と、前記第１筒部の下端の外周面に形成された第１フランジとを有し、
   前記第２弾性体支持部材は、上部が閉じられた筒状の第２筒部と、前記第２筒部の下端の外周面に形成された第２フランジとを有し、
   前記第１筒部が前記第１弾性体であるコイルバネの内側に嵌め入れられ、
   前記第２筒部の内側に、前記第１弾性体および前記第１弾性体支持部材が収容され、
   前記第１弾性体の前記軸方向の一端が前記第１フランジにより支持されるとともに、前記第１弾性体の前記軸方向の他端が前記第２筒部の上部の内面により支持され、
   前記第２筒部が前記第２弾性体であるコイルバネの内側に嵌め入れられ、
   前記第２弾性体の前記軸方向の一端が前記第２フランジにより支持されることを特徴とする、請求項２に記載の検査装置。
4. 前記第２弾性体であるコイルバネは、所定量だけ圧縮された状態で、前記ベースユニットに収容されていることを特徴とする、請求項３に記載の検査装置。
5. 前記第２弾性体支持部材が前記ベースユニットの下部と接触しているときの前記第２フランジから前記ベースユニットの上部までの距離は、前記第２弾性体であるコイルバネの自然長よりも短いことを特徴とする、請求項３に記載の検査装置。
6. 前記ベースユニットの上部は、着脱可能な蓋が配置されており、前記蓋を取り外すことで前記第１弾性体および前記第２弾性体の交換が可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の検査装置。
7. 前記第２弾性体支持部材の移動を、前記シャフトの軸方向に規制する移動規制部材がさらに設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の検査装置。

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