JP2531043Y2 - プローブヘッドの先端構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、半導体ウェーハ上に複数形成された各半導
体素子の電気特性や性能等の各種特性測定を行なう際に
使用されるプローブヘッドの先端構造に関するものであ
る。

［従来の技術］ 各種電子機器等の回路基板に実装されるLSIやIC等の
半導体素子は、１枚の半導体ウェーハ上に多数個区画形
成されており、これら半導体素子は半導体ウェーハの状
態で各々特性測定が行なわれた後、区画通りに細分化さ
れて良品のみが次工程に供給されるようになっている。

半導体ウェーハ上における各半導体素子の測定は、半
導体ウェーハを可動テーブル上に固定して移送し、半導
体ウェーハが測定ポジションに達した状態で可動テーブ
ルを上昇させて半導体ウェーハとの接触状態を検出した
後、予め定位置に配設された測定用プローブに各半導体
素子の表面電極を導通接触させて行なわれ、その特性結
果が不良と判定された半導体素子には、表面に傷等の不
良マークが付けられていた。

第４図（ａ），（ｂ）は上述した測定において、半導
体ウェーハとの接触状態を検出するタッチセンサを備え
たプローブヘッドの一構成例を示している。

このプローブヘッドはヘッド本体11の後端部下面に板
バネ12を介して揺動自在に支持された可動板13と、可動
板の先端部に固着された取付ブロック14に対し下方に向
けて半導体素子の１つの表面電極と対応するように取付
けられた導電性測子（以下、ニードルと言う）15と、表
面電極との接触状態を検出して判別するタッチセンサ16
を備えて構成されている。

タッチセンサ16は可動板13の下面に設けられた可動接
点16aと、ヘッド本体11の中間部下面に２本のロッド17
を介して支持されて可動板13の下方に水平に配置された
固定板18の上面に可動板13の可動接点16aと対向して設
けられた固定接点16bを有し、非接触時はコイルバネ19
の弾力により可動接点16aが固定接点16bと接触状態にあ
る。また、ヘッド本体11の先端部にはコイルバネ19の弾
力を調整する加圧調整ネジ20が螺挿されている。

そして、上述したプローブヘッドにおいて、半導体ウ
ェーハＷとの接触・非接触の判別は、タッチセンサ16の
可動接点16aと固定接点16bの接触状態で行なわれる。す
なわち、ニードル15の先端が半導体ウェーハＷに接触す
ると、可動接点16aがコイルバネ19の弾力に抗して板バ
ネ12により上方に反返って変形するので、タッチセンサ
16の可動接点16aと固定接点16bとが非接触状態となって
電流が流れなくなり、半導体ウェーハＷがニードル15に
接触したと判別される。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来のプローブヘッドは、半導体
ウェーハＷの接触検出がなされた後に各半導体素子の表
面電極と導通接触して特性測定を行なう測定用プローブ
とともに装置基盤に配設されるようになっている。

しかしながら、上述したプローブヘッドでは、プロー
ブヘッド自身の大きさが幅広く、例えば３〜4mm程度の
スペースを占有するため、スペースファクタが悪く、半
導体素子の表面電極に対応して複数設けられた測定用プ
ローブ等の他プローブの邪魔になるという問題があっ
た。このため、ニードル15の針先部分を突き出させ、測
定用プローブ間の隙間を利用して装着基盤に配設してい
た。

ところが、可動板13の支点13aとニードル15の針先と
の間の長さをＬ′、タッチセッサ16とニードル15の針先
との間の長さをａ′とした場合、上述したプローブで
は、Ｌ′に対するａ′の長さが大きい、すなわち、ニー
ドル15とタッチセンサ16との間の距離が長いため、半導
体ウェーハＷがニードル15に接触した際に、この接触に
よるニードル15の変位量がすぐにタッチセンサ16に伝達
されず、検出応答に遅れが生じてタッチセンサ16の検出
感度の低下を招くという問題があった。

そこで、本考案に上述した問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、測定用プローブ等の他のプロ
ーブの邪魔になることなく配設スペースを小さくできる
とともに、被測定物に対する接触状態の検出感度の向上
が図れるプローブヘッドの先端構造を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本考案による請求項１のプ
ローブヘッドの先端構造は、被測定物Ｗの表面Waに対し
て垂直に上下位置に並んで一平面状に縦列配置され、か
つそれぞれが移動方向と直交する水平方向にスリット７
を有する絶縁部材５に対して前記スリットを境に離れて
取り付けられ、前記スリットの根元を支点1aaとして弾
性変形可能とされ、電気信号が供給される２枚の板状導
体1a,1bと、 該板状導体における一方の板状導体の変位に伴って前
記被測定物と接離する第１の接点３と、 該第１の接点の接離に伴って前記板状導体の何れかと
接離する第２の接点４とを備えており、 前記第１の接点は、前記支点からの距離Ｌが、前記第
２の接点と前記支点との間の距離と同一又は設定されて
配置されていることを特徴としている。

又、請求項２の考案は、前記絶縁部材のスリット間隔
を調整する調整ネジ８を備えたことを特徴としている。

［作用］ ２枚の板状導体1a,1bは、被測定物Ｗの表面Waに対し
て垂直に上下位置に並んで一平面状に縦列配置されいる
ので、板状導体１の配設スペースが板厚の幅のみで済
み、全体の配設スペースを小さくでき、測定用プローブ
等の他プローブの邪魔にならずに被測定物の接触検出を
行なうことができる。そして被測定物Ｗの鉛直方向への
板状導体1aの変位に伴って被測定物Ｗに接離する第１の
接点３は、板状導体1aの支点1aaからの距離Ｌが、第２
の接点４と支点1aaとの間の距離と同一又は短く設定さ
れて配置されるので、第１の接点３が被測定物Ｗに接触
した際の変位量は第２の接点４に即座に伝達され、十分
な検出感度を得ることができる。

［実施例］ 第１図は本考案によるプローブヘッドの一実施例を示
す側面図、第２図は同プローブヘッドの平面図である。

この実施例によるプローブヘッドは、半導体ウェーハ
上に複数形成された各半導体素子の電気特性や性能等の
各種特性測定を行なう際に使用されるものである。

板状導体１は例えば0.2〜0.3mm程度の厚さでエッチン
グにより成形された第１の板状導体1aと第２の板状導体
1bより構成されている。第１の板状導体1aは細長で一端
に折曲部２が形成され、この折曲部２より先端部に向け
て先細に研磨されており、先端部が被測定物としての半
導体ウェーハＷの表面Waと接離する検出子をなす第１の
接点３を形成している。また、第２の板状導体1bは第１
の板状導体1aよりもやや短尺で細長に形成され、先端に
は第１の板状導体1aの一部と接離する第２の接点４が第
１の接点３と近接して設けられている。これら第1,第２
の板状導体1a,1bは上面から見た時に互いに重なるよう
に、つまり、被測定物の鉛直方向に並ぶようにして各板
状導体1a,1bの先端部分に縦列配置された状態で取付台
５を介して装置基盤６に固設されている。

なお、装置基盤６には特に図示はしないが、第２の接
点（タッチセンサ）４による半導体ウェーハＷとの接触
判別後に半導体素子の各表面電極に導通接触して特性を
測定する測定用プローブが各表面電極に対応して複数配
設されている。

絶縁材料からなる取付台５にはスリット７が形成され
ており、各板状導体1a,1bはこのスリット７を境にして
上下の取付片5a,5bに固設されている。また、上部取付
片5aにはスリット７と連通するネジ穴5cが形成されてい
る。このネジ穴5cには装置基盤６を介して調整ネジ８が
螺挿してその端面8aが下部取付片5bに当接しており、調
整ネジ８の締付け度合いを調整して上下動させ、下部取
付片5bの撓みによるスリット７の開口幅7aを変化させる
ことで、第１の板状導体1aに対する第２の接点４の接触
圧が調整できるようになっている。

第２の接点４はタッチセンサをなし、半導体ウェーハ
Ｗとの接触・非接触を検出して判別を行なっている。こ
の第２の接点４は通常状態では第１の板状導体1aの一部
と接触しており、第１の板状導体1aの第１の接点３が半
導体ウェーハＷと接触して押上げられると、第１の板状
導体1aから離れ、非接触状態となってリード線９を通じ
て電流が流れなくなり、第１の接点３と半導体ウェーハ
Ｗとが接触状態にあると判別する。

ここで、さらに第１の接点３と第２の接点４の位置関
係について第３図（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。

第１の接点３と第２の接点４とは板状導体1a,1bの先
端部分で互いに近接して設けられており、第１の板状導
体1aの支点1aaと第１の接点３との間の長さをＬ、第１
の接点３と第２の接点４との間の長さをａ、第１の板状
導体1aにおける先端部の内側傾斜面1cと半導体ウェーハ
Ｗとのなす角をθとした場合、θ≧90度の時には、第３
図（ａ）に示すように（Ｌ−ａ）/L≒１…を満足する
ように第１の板状導体1aと接触した状態に第２の接点４
が配設される。また、θ＞90度の時には、第３図（ｂ）
に示すように（Ｌ＋ａ）/L＞１…を満足するように第
１の板状導体1aと接触した状態に第２の接点４が配設さ
れる。

次に、上述した構成において、半導体ウェーハＷ上の
各半導体素子の特性測定を行なう際には、まず、半導体
ウェーハＷの搭載された可動テーブルを測定ポジション
まで移送して上昇移動させる。これにより、半導体ウェ
ーハＷが第１の接点３と接触して第１の接点３が押上げ
られると、第２の接点４が第１の板状導体1aから離れて
非接触状態となる。このとき、第１の接点３と第２の接
点４とは互いに近接して設けられているので、検出子を
なす第１の接点３の変位量は即座に第２の接点４に伝達
される。そして、第２の接点４が非接触状態になると、
リード線９を介しての電流の流れが停止されて第１の接
点３が半導体ウェーハＷと接触状態にあると判別する。
この後、半導体ウェーハＷは測定用プローブが各半導体
素子の表面電極と接触するまでさらに上昇移動され、測
定用プローブによって半導体素子の特性測定が行なわれ
る。

また、第２の接点４の押圧調整は、第２の接点４を第
１の板状導体1aと導通接触する限界点に位置させるべ
く、調整ネジ８の締付け量を調整することにより、下部
取付片5bの撓み量を変化させて行なわれる。

従って、上述した実施例のプローブヘッドは、スリッ
ト７を有する取付台５に対してスリット７を境に２枚の
板状導体1a,1bが縦列配置され、上部に位置する板状導
体1aの先端が半導体ウェーハＷと接触する第１の接点３
をなし、下部に位置する板状導体1bの先端には第１の接
点３と半導体ウェーハＷとの接触を検出判別するタッチ
センサをなす第２の接点４が設けられた構成なので、全
体的に構成部品が少なく小型化が図れ、また、接点の先
端にかけてのスペースも導体１の幅のみでよく、他のプ
ローブとして例えば装着基盤６に複数配設された測定用
プローブに対してスペース的な制約を与えることなく、
極めて小スペースで装置基盤６に配設することができ
る。

また、第１の接点３と第２の接点４はエッチングと研
磨による極めて簡単な加工で得ることができ、各接点3,
4は互いに近接して各板状導体1a,1bに設けられているの
で、第１の接点３が半導体ウェーハＷに接触した際の変
位量は即座に第２の接点４に伝達され、従来のプローブ
に比べて検出感度の向上を図ることができる。

さらに、第１の板状導体1aに対する第２の接点４の接
触圧は、調整ネジ８の締付けによる下部取付片5bの撓み
量の変化によって簡単に行なうことができる。

ところで、上述した実施例では、半導体ウェーハＷと
の接触状態を検出判別するタッチセンサとしての第２の
接点４を第２の板状導体1bの先端に設けた構成として説
明したが、上述した，を満足すれば、第１の板状導
体1a側に配置してもよい。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案のプローブヘッドの先端
構造によれば、、被測定物と接離する第１の接点は、被
測定物の鉛直方向に変位する板状導体の支点からの距離
が、第２の接点と支点との間の距離と同一又は短く設定
されて配置されているので、第１の接点が半導体ウェー
ハに接触した際の変位量を即座に第２の接点に伝達する
ことができ、従来のプローブに比べて検出感度の向上を
図ることができる。

また、２枚の板状導体は、被測定物の表面に対して垂
直に上下位置に並んで一平面状に縦列配置されており、
板状導体の配設スペースが板厚の幅のみで済むので、従
来のプローブに比べて配設スペースを小さくでき、測定
用プローブ等の他プローブの邪魔にならずに被測定物の
接触検出を行なうことができる。

更に、取付台に固定される２枚の板状導体間にはスリ
ットが形成され、第1,第２の接点は調整ネジにより接触
状態が調整自在な構成なので、部品点数が少なく構成で
き、かつ効果的に角度が調整できて調整操作を容易に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるプローブヘッドの一実施例を示す
側面図、第２図は同プローブヘッドの平面図、第３図
（ａ），（ｂ）は同プローブヘッドにおける第１の接点
と第２の接点の位置関係を示す図、第４図（ａ），
（ｂ）は従来のプローブヘッドの一構成例を示す図であ
る。 1a……第１の板状導体、1b……第２の板状導体、３……
第１の接点、４……第２の接点、Ｗ……被測定物（半導
体ウェーハ）。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物（Ｗ）の表面（Wa）に対して垂直
   に上下位置に並んで一平面状に縦列配置され、かつそれ
   ぞれが移動方向と直交する水平方向にスリット（７）を
   有する絶縁部材（５）に対して前記スリットを境に離れ
   て取り付けられ、前記スリットの根元を支点（1aa）と
   して弾性変形可能とされ、電気信号が供給される２枚の
   板状導体（1a,1b）と、 該板状導体における一方の板状導体の変位に伴って前記
   被測定物と接離する第１の接点（３）と、 該第１の接点の接離に伴って前記板状導体の何れかと接
   離する第２の接点（４）とを備えており、 前記第１の接点は、前記支点からの距離（Ｌ）が、前記
   第２の接点と前記支点との間の距離と同一又は設定され
   て配置されていることを特徴とするプローブヘッドの先
   端構造。
2. 【請求項２】前記絶縁部材のスリット間隔を調整する調
   整ネジ（８）を備えた請求項１記載のプローブヘッドの
   先端構造。