JP2796310B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、プローブ装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体ウエハ（以下、ウエハと略記する）を測定する
装置としてプローブ装置がある。

上記プローブ装置はウエハに形成された多数のチップ
毎に順次進歩させて、ウエハテスタと電気的に接続した
プローブ針と称するプローブ端子電極を接触させて測定
するものである。

上記測定において、ウエハのチップの電極パッドにプ
ローブ針を適正位置に接触させるプロービング工程があ
る。

このプロービング工程の前工程として、チップの電極
パッド領域内にプローブ針の先端が含まれるように位置
合わせしたのちに、上記電極パッドに接触されてプロー
ビングしている。

上記位置合わせは、Ｘ軸,Y軸,Z軸方向に駆動可能なポ
ジショナ（別名、マニュプレータ）が、ウエハ面上方に
設けられたリングインサート（別名、ポジショナ固定
台）の上面に設けて行われている。

上記ポジショナを用いてウエハを測定するプローブ装
置の公知例特開昭57−93541号及び特公昭61−14659号公
報に記載された技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記プローブ装置は、第６図に示すように、ウエハ
（１）が載置された載置面（２）と間隔を設けて平行に
設けられたリングインサート（３）にポジショナを磁力
を用いて支持して、プローブ針（４）をウエハに接触し
てプロービングする構成になっている。

即ち、上記ポジショナ（５）に支持された支持棒等
（６）を介して、プローブ針（４）の先端部（4a）がウ
エハ（１）面に斜交するように配置された状態にある。

この状態で、上記プローブ針（４）の先端部（4a）に
ウエハ（１）を接触させた後、さらにオーバドライブと
称する一定加圧状態でチップを測定するように構成され
ている。

この時に、上記ウエハ（１）に接触しているプローブ
針（４）に、さらにオーバドライブの針圧を加圧する
と、このプローブ針（４）を支持しているポジショナ
（５）が上記加圧力によって移動しないことが適正な測
定を実施するものである。

しかしながら、上記ポジショナ（５）とこのポジショ
ナ（５）を取付けるリングインサート（３）の取付け機
構は、上記リングインサート（３）の上面には、上記ポ
ジショナ（５）の取付支持面（７）が磁力吸引して面密
着する如く、磁性体（８）をビス等で固着している。

この磁性体（８）の磁性面（９）と、上記ポジショナ
（５）の取付支持面（７）とが着脱自在に完全密着させ
ることは、製作上困難である。たとえ製作したとしても
時経変化等により、ソリ等が発生して、上記双方の接触
面、例えば上記取付支持面（７）と上記リングインサー
ト（３）側に固定した磁性体（８）の磁性面（９）の凹
凸が生じガタが発生する。

また上記接触面の間にゴミ等が付着して、凹凸状態に
なり、同様にガタが生じることが判った。

上記磁性面（９）に上記ポジショナ（５）の取付面
（７）を支持した時に、生じるガタによって、ウエハ
（１）の電極チップ面に対するプローブ針（４）の加圧
力が、設定値圧力にさせることが困難である。従って、
接触抵抗の異なった測定をすることになり、測定が不能
になるという問題があった。

本発明の目的とするところは、上記問題点について鑑
みなされたもので、プローブ端子電極を支持している移
動機の移動を防止したプローブ装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の請求項１は、テスタに電気的に接続されたプ
ローブ端子と試料体の電極とを接触させて電気的特性を
測定するプローブ装置において、前記試料体を載置しＸ
軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びθ方向に移動可能な載
置体と、前記載置体の周辺部に設けられた取付け台と、
前記取付け台に取り付けられる取付け支持面と、前記取
付け支持面内において互いに離間して配置され、かつ取
付け支持面に対して突出する少なくとも３つの接触面が
同一面上に設けられた移動機構と、前記移動機構の接触
面間の空間部に配置され、移動機構を前記取付け台に磁
気吸着させる永久磁石と、前記移動機構に設けられ前記
載置体に対向する位置で少なくともXY方向に移動可能に
支持されたプローブ端子とを具備したことを特徴とす
る。

（作用効果） 本発明の請求項１によれば、移動機構の取付け支持面
に、該取付け支持面内において互いに離間して配置され
た少なくとも３つの接触面が同一面上に設けられ、取付
け台に磁気吸着されるため、取付け支持面に反りが生じ
ても、３点支持で確実に固定でき、位置ずれ、ガタを防
止できるという効果がある。

請求項２によれば、取付け支持面に対して突出して設
けられた３つの接触面の間のデッドスペースに永久磁石
を配置でき、構造が簡素化できるという効果がある。

（第１実施例） 以下、本発明プローブ装置を半導体ウエハ製造工程に
於ける測定装置に適用した一実施例について図面を参照
して説明する。

上記説明において、従来部品と同一部品は同符号を用
いて説明する。

上記測定装置は、ウエハに形成されたウエハチップを
１チップ毎に順次歩進させて、電気的特性を検査する装
置、例えばウエハプローバがある。

このウエハプローバは、ウエハに形成されたチップの
電極パッドに、ウエハテスタと電気的に接続したプロー
ブ針を接触させて測定するものである。

先ず、上記ウエハプローバの構成を第５図を参照して
説明する。

上記ウエハプローバ（10）は、ローダ部（11）内に配
置されたウエハカセット（12）からウエハ（１）を取り
出し、プリアライメントしたのちに測定部（13）側の載
置体（14）の載置面（２）に回転アーム（15）を介して
載置される。

ここで、上記載置体（14）は、平面方向、例えばＸ
軸,Y軸方向、または、昇降方向、例えばＺ軸方向及び周
方向、例えばθ方向に制御駆動可能になっている。

上記載置面（２）に載置されたウエハ（１）が、測定
中心部（16）に移動される。

上記測定中心部（16）の上方には、上記載置面（２）
と平行にヘッドプレート（17）が設けられている。さら
に、上方にスコープ（16a）がプローブ針（４）と電極
パッドとの位置を目視観察するように設けられている。

上記ヘッドプレート（17）の中空部（17a）に取付け
台としてのリングインサート（３）が内接されている。

上記リングインサート（３）の表面には、第３図に示
すように、磁性体、例えばL20mm×W15mm×t4mm鉄部材に
ニッケルメッキ処理された磁性体（８）がネジ等によっ
て固着されている。

上記磁性体（８）の磁性面（９）には、プローブ電
極、例えば先端がタングステン材で構成されたプローブ
針（４）を支持して、Ｘ−Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動さ
せる移動機構、例えばポジショナ（５）の取付支持面
（７）が支持するようになっている。

上記ポジショナ（５）は上記リングインサート（３）
側の磁性面（９）に磁力によって吸着する本体（18）
と、この本体（18）の側部から、載置面（２）上のウエ
ハ（１）側に伸びる支持棒（６）及びこの支持棒（６）
に着脱自在に連結した長さ調整用の調整棒（6a）と、こ
の調整棒（6a）の先端に取り付けられるプローブ針
（４）とから構成されている。

上記プローブ針（４）の先端部（4a）は、載置面
（２）に仮固定されたウエハ（１）のチップ（1a）の電
極パッド（1b）に対応させる。

ここで、上記プローブ針（４）の先端部（4a）が上記
電極パッド（1b）に対応させるには、先ず、プローブ針
（４）より上方に配置されたスコープ（第４図16a）を
介して、目視観察して、ポジショナ（５）のＺ軸移動ツ
マミ（20）を回転させて、上記電極パッド（1b）面に近
接する。この電極パッド（1b）面に近接したプローブ針
（４）の先端（4a）をポジショナ（５）のＸ軸移動ツマ
ミ（21）及びＹ軸移動ツマミ（22）を回転させて位置合
わせするようになっている。

上記プローブ針（４）の固定端（23）側には、ウエハ
テスタ（24）と電気的に接続し信号線が設けられてい
る。

このようにウエハプローバ（10）において、上記プロ
ーブ針（４）を支持しているポジショナ（５）の取付面
（７）が磁性面（９）に支持する際、ガタが生じないよ
うに支持した状態で、上記プローブ針（４）の先端部
（4a）をウエハ（１）のチップ（1a）の電極パッド（1
b）に適正に接触するようにしなければならない。

本実施例の特徴的構成は、第１図で示すように、ポジ
ショナ（５）の取付面（７）から突出した三ケ所の接触
面（25a,25b,25c）が磁性面（９）に接触して、磁力に
よって、支持されるように構成したことである。

上記三ケ所の接触面（25a,25b,25c）は、第２図で示
すように、上記ポジショナ（５）の取付支持面（７）の
対向辺に沿って、長四角立方磁性体例えば鉄片（26）が
双方に固着されている。

上記双方に設けた鉄片（26）間に永久磁石（27）を二
枚並列および二列形状にして磁界が磁性体（８）に係合
して、吸引する如く配置されている。

上記鉄片（26）を双方に固着した接触面（25）に、磁
性面（９）と吸着する三ケ所に分けられた接触面（25a,
25b,25c）が設けられている。

上記接触面（25a,25b,25c）は、上述した双方のう
ち、一方の鉄片（26a）の長手方向の両端の接触面（25
a,25c）に二ケ所設け、他方の鉄片（26b）の中心に接触
面（25b）が一ケ所設けられた構成になっている。

上記三ケ所の接触面（25a,25b,25c）は、同一面に構
成されている。

次に作用について説明する。

ローダ部（11）のウエハカセット（12）から取出され
たウエハ（１）は、載置面（２）に載置され、測定中心
部（16）に載置体（14）を介してウエハ（１）が移動し
て停止する。

上記載置体（14）を上昇させて、載置面（２）上のウ
エハ（１）のチップ（1a）の電極パッド（1b）に、プロ
ーブ針（４）の先端部（4a）を対応するようにＸ軸方向
及びＹ軸方向に、各駆動のツマミを回転させて、位置合
わせする。

上記Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置合わせした後、ウエ
ハ（１）面に対するプローブ針（４）の先端部（4a）高
さが、所定高さに調整するためにＺ軸駆動ツマミ（20）
を回転させる。

上記所定高さに設定されたウエハ（１）は、設定量の
昇降値で上昇して、上記プローブ針（４）の先端部（4
a）に上記電極パッド（1b）が接触する。

上記接触された上記電極パッド（1b）にオーバドライ
ブ量（電極パッド（1b）に加圧する一定圧力量）をかけ
るため、さらに設定微量上昇させて測定する。

本実施例の特徴的作用は、上記電極パッド（1b）にプ
ローブ針（４）の先端部（4a）が接触して、さらに、オ
ーバドライブ量上昇させる際、上記プローブ針（４）を
支持固定しているポジショナ（５）が、リングインサー
ト（３）の磁性体（８）の磁性面（９）に三点支持によ
って磁力吸着固定しているので、上記ポジショナ（５）
が揺動移動することなく、測定することが可能となる。

上記実施例において、この磁性体（８）にポジショナ
（５）が三ケ所の接触面（25a,25b,25c）で、磁力吸引
して着脱自在に固定したもので説明したが、上記ポジシ
ョナ（５）のＸ軸,Y軸,Z軸方向に移動される移動片（5
a）は、第１図に示すように、非金属、例えばプラスチ
ックで構成したので支持棒（６）及び調整棒（6a）が金
属の場合、上記移動片（5a）によって、プローブ装置か
らフローティングさせることができ、従来のように絶縁
紙を上記支持棒（６）と移動片（5a）との間に入れる必
要がなくなり作業能率の向上につながる。

（第２実施例） プローブ装置に用いているポジショナの実施例であ
り、このポジショナを除けばすべて第１実施例と同様な
ので、上記ポジショナの構成について説明する。

上記ポジショナは第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照し
て説明する。

上記ポジショナ（28）は、第４図（ａ）（ｂ）に示す
ように、プローブ装置のリングインサート（29）上に設
けられた本体（30）と、この本体（30）側からの手動操
作回動により、図示しないウエハ面に対して、昇降可能
な移動片（32）とから構成されている。ここで、上記移
動片（32）には支持棒（31a）がネジ等で固定され、こ
の支持棒（31）には、図示しないウエハの電極パッドと
接触されるプローブ針（31a）がウエハに向けて設けら
れている。

上記本体（30）には、プローブ針（31a）が図示しな
いウエハ面上を平行に移動されるように２軸移動部、例
えばXY軸方向に摺動機能が形成されている。

さらに、上記摺動機構のＹ軸移動体（33）には昇降す
る方向、例えばプローブ針（31a）がウエハ面と遠ざか
る方向、また近接する方向に摺動駆動される移動片（3
2）が設けられている。

この移動片（31）は、上記Ｙ軸移動体（33）の摺動面
（34）と、摺動駆動するように設けられている。

さらに、この摺動面（34）の近傍には、上記移動片
（32）を上下動させるＺ軸ネジ（35）が昇降方向と同方
向に設けられている。

上記Ｚ軸ネジ（35）の頂端には、回動操作のＺ軸移動
ツマミ（36）が設けられている。このＺ軸移動ツマミ
（36）を回動することにより、上記移動片（32）が上下
方向に昇降移動するように螺合結合されている。

即ち、上記移動片（32）にモールドされたナット（32
a）が上記Ｚ軸ネジ（35）に螺合結合されて、上記移動
片（32）を上下動する構成になっている。このようなポ
ジショナ（28）において、上記摺動面（34）の調整の無
いものが望まれている。

本実施例の特徴的構成は、上記移動片（32）をプラス
チック製の移動片（32）を用いて、調整作業を行わない
でも摺動可能にしたことにある。

上記ポジショナ（28）は、第４図（ｃ）を参照して説
明する。

上記ポジショナ（28）のＹ軸移動体（33）の摺動面
（34）よりＺ軸ネジ（35）を設けた位置の距離Ｌと、上
記移動片（32）の摺動面（37）よりＺ軸ネジ穴を設けた
位置の距離ｌとの比較がＬ＞ｌとなるように構成されて
いる。

また、上記移動片（32）のネジ穴を形成したナットに
は金属、例えば真鍮、またはステンレス製材にネジ溝が
螺刻されたナット（32a）をモールドしている。

さらに、上記移動片（32）の摺動面（37）に亘って、
潤滑油（3a）が塗布されている。この潤滑油（3a）は、
摺動面（37）の気泡部に侵入して平滑する作用がある。

次に、作用について説明する。

ローダ部から検査部にウエハを搬送する作用は、第１
実施例と同様なので省略する。そして、プローブ装置の
リングインサート（29）に設けたポジショナ（28）の作
用について説明する。

上記ポジショナ（28）を組立てる時に、本体（30）に
装置されるＺ軸ネジ（35）を移動片（32）側に螺刻され
たネジ穴に挿入するように突き進む。この突き進んだＺ
軸ネジ（35）は、本体（30）側の装着穴を通過させたの
ちに、上記移動片（32）側のネジ穴を通過させている。

さらに、本体（30）側の軸受けに装置している。この
時に、移動片（32）が弾力性のあるプラスチック、例え
ばデルリン（商品名）で設けられているので、微量の伸
びが上記Ｚ軸ネジ（35）の挿入によって強制的に張るこ
とになる。

よって、上記Ｚ軸ネジ（35）は、移動片（35）のネジ
穴を引き寄せるように作用して、ネジ部のバックラッシ
ュを片側、例えば図では摺動面（34）側の右側に寄って
軸着する作用がある。

上記実施例では、ポジショナ（28）の摺動方向をウエ
ハ面に対して近接、離間する方向を昇降するように説明
したが、これに限定されるものではなく、ウエハ面に対
して平行方向に移動する摺動機構に用いてもよい。

上記実施例例について、プローブ針（31a）をＹ軸方
向に移動させることについて説明をしなかったが、この
移動時にＹ軸移動ツマミ（40）を上記本体（30）を中心
にして左右に各個づつ設け、両側で２個設けている。こ
の２個のＹ軸移動ツマミ（40）を設けることによりオペ
レータが両手で均等力で回動させることができる。

上記実施例の効果は、ポジショナ（28）の本体（30）
に対して、移動片（32）の摺動面（37）がデルリン（商
品名）を用いられているので、製作時に生じる極めて微
細な大きめの異容誤差であっても、金属側にデルリン
（商品面）が馴染んで摺動嵌合されてしまう。

さらに、この摺動嵌合された摺動面（34,37）に潤滑
油（3a）が塗布されるので、スムーズに摺動可能にな
る。

従って、従来のように、アリ溝に対して摺動部のコマ
を、ネジで調整することが無くなりメンテナンスが容易
になる。

また、上記摺動面（34,37）が金属とデルリン（商品
名）を密着するように配置されているので、従来の金属
と金属との密着によるリンキングより生ずるアンバラン
ス摺動が無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明プローブ装置の実施例を説明するための
ポジショナ取付機構斜傾説明図、第２図は第１図の三ケ
所接触面を説明するための構造斜視説明図、第３図は第
１図のポジショナの駆動を説明するための測定部斜傾説
明図、第４図（ａ）は第１図のポジショナの他の実施例
を説明するためのポジショナ機構斜傾説明図、第４図
（ｂ）は第４図（ａ）の摺動を説明するための部分拡大
説明図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）の摺動工程の原理
を説明するための原理説明図、第５図は第１図のプロー
ブ装置をウエハプローバに用いた一実施例の主要部を説
明するための説明図、第６図は従来のプローブ装置を説
明するための説明図である。 １……ウエハ、２……載置面、 3,29……リングインサート、 4,31a……プローブ針、4a……先端部、 5,28……ポジショナ、6,31……支持棒、 6a……調整棒、７……取付支持面、 ８……磁性体、９……磁性面、 10……ウエハプローバ、13……測定部、 14……載置台、16……測定中心部、 18,30……本体、20,36……Ｚ軸移動ツマミ、 32……移動片、33……Ｙ軸移動体、 34……摺動面（金属側）、35……Ｚ軸ネジ、 37……摺動面（デルリン側）、 38……バックラッシュ、39……潤滑油、 40……Ｙ軸移動ツマミ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テスタに電気的に接続されたプローブ端子
   と試料体の電極とを接触させて電気的特性を測定するプ
   ローブ装置において、 前記試料体を載置しＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び
   θ方向に移動可能な載置体と、 前記載置体の周辺部に設けられた取付け台と、 前記取付け台に取り付けられる取付け支持面と、 前記取付け支持面内において互いに離間して配置され、
   かつ取付け支持面に対して突出する少なくとも３つの接
   触面が同一面上に設けられた移動機構と、 前記移動機構の接触面間の空間部に配置され、移動機構
   を前記取付け台に磁気吸着させる永久磁石と、 前記移動機構に設けられ前記載置体に対向する位置で少
   なくともXY方向に移動可能に支持されたプローブ端子
   と、 を具備したことを特徴とするプローブ装置。