JP4308749B2 - プローバ - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル、集積回路等の平板状の検査対象物を、高温下で検査するプローバに関する。

半導体デバイスの製造工程でウェハ表面に形成された多数の半導体デバイスは、プローバによって検査される。ウェハ表面の多数の半導体デバイスの各電極パッドにプローバのプローブカードの探針を接触させて、試験信号を印加し、それによる出力信号を検出して、正常に動作するか否かを検査する。

このプローバは、真空吸着等によりウェハを保持するチャック機構と、このチャック機構の上方に配設されて半導体デバイスの電極パッドに対応した数の探針を備えたプローブカードとを備えている。上記チャック機構はＸＹＺθステージで支持されており、このＸＹＺθステージでチャックをＸＹＺ方向に適宜移動させ、また適宜回転させて、チャック機構に保持されたウェハの半導体デバイスの各電極とプローブカードの探針とを位置合わせする。次いで、これらを互いに接触させて、上記検査が行われる。

上記検査においては、半導体デバイスの耐久試験等の必要性から、上記ウェハの半導体デバイスを、例えば１５０℃に加熱した状態で、試験、測定されることがある。上記ウェハの半導体デバイスの加熱は、上記チャック機構内に備えられた加熱装置によって行われる。

このようなプローバでは、上記チャック機構に対向して配置されたプローブカードが、上記加熱装置によって加熱されたチャック機構からの輻射熱により熱膨張を起こす。これにより、周囲をカード保持具で固定された上記プローブカードは、全体が反るように変形してしまう。このため、プローブカードの探針の位置がずれて接触不良を起こして精度の良い試験測定が行えなかったり、逆に探針と電極パッドとが強く接触し過ぎて電極パッドが損傷したりする等の問題がある。

この問題を解決する手段として、プローブカード側にヒーターを設けたものが提案されている。特許文献１は、プローブカードを保持するカード保持具にヒーターを埋め込んだものである。特許文献２は、プローブカードの上側面に温度制御ユニットを設けたものである。
特開２００１−３１９９５３号公報 特開平０６−５３２９４号公報

特許文献１のプローバでは、カード保持具にヒーターを設けているが、この場合は、カード保持具が重点的に加熱され、プローブカード自体はあまり効率的に加熱されることはない。このため、測定中においても、カード保持具側からの熱やチャック機構からの熱でプローブカードの変形が進行して、測定精度の悪化、電極パッドの損傷を招くおそれがある。

また、１つのウェハの検査終了後に新しいウェハと入れ替えるときに、プローブカードの温度が僅かに低下してしまうが、この場合はプローブカードを速やかに元の温度まで加熱する必要がある。しかし、特許文献１では元の温度まで加熱するのに時間がかかり、検査作業の効率化を図ることができない。

また、特許文献２のプローバでは、プローブカードの上側面に温度制御ユニットを設けるが、この場合も上述の場合と同様に、温度制御ユニットで発する熱が、下側のプローブカードだけでなく、上側へ伝わるため、検査作業中に温度が下がったプローブカードを元の温度まで加熱するのに時間がかかり、検査作業の効率化を図ることができない。

本発明は、検査中のプローブカードの変形を抑えて、検査作業の効率化を図ったものである。このため、本発明に係るプローブユニットは、検査対象物に接触して検査を行うプローブ針を備えたプローブカードを有し、検査対象物を加熱して検査するプローバであって、上記プローブカードを本体側に固定するカードホルダーと、少なくとも上記プローブカードの周縁近傍の温度を監視する温度センサとを備え、上記プローブカード及びカードホルダーの間に加熱装置を備え、当該加熱装置が、ドーナツ状に形成されると共にその両面から発熱する構造を有し、上記プローブカードの周囲から中心側へ熱を供給して上記プローブカードを加熱すると共に、上記プローブカード及びカードホルダーの両方に熱を伝えて加熱し、上記温度センサでの温度監視により上記プローブカードを設定温度に保つことを特徴とする。

上記構成により、上記加熱装置からの熱が上記プローブカード及びカードホルダーに伝わって、プローブカード及びカードホルダーを効率的に設定温度まで加熱して、プローブカードがそれ以上変形しない状態にすることができる。

上記加熱装置は、当該加熱装置から上記プローブカードの中心側へ供給してプローブカードを設定温度に加熱するのに必要な熱量と、上記加熱装置から上記カードホルダー側へ供給してカードホルダーを設定温度に加熱するのに必要な熱量とが均衡する熱量均衡位置に設けることが望ましい。さらには、上記熱量均衡位置を、上記プローブカード及びカードホルダーを設定温度に加熱するのに必要な熱量と共に、設定温度まで加熱するのに必要な時間が均衡する位置であることが望ましい。

これにより、プローブカード及びカードホルダーを短時間で効率的に設定温度まで加熱して、プローブカードがそれ以上変形しない状態にすることができる。

以上のように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

プローブカード及びカードホルダーを短時間で効率的に設定温度まで加熱して、プローブカードがそれ以上変形しない状態にすることで、検査作業の開始時や、検査対象物の入れ替え時等に、プローブカード及びカードホルダーを速やかに設定温度に加熱してプローブカードの変形を抑えるため、熱による影響を最小限に抑えてプローブ針の位置が正確になり、検査作業の効率化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態に係るプローバについて、添付図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係るプローバの全体構成を示す概略正面図、図２は本実施形態に係るプローバを示す平面図、図３は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面断面図（図２のIII−III線矢視断面図）、図４は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す裏面図、図５は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面図、図６は本実施形態に係るプローバのプローブカードの熱膨張による撓みを示す模式図である。

本実施形態のプローバ１は、図１に示すように主に、本体２と、ＸＹＺθステージ３と、チャック４と、プローブカード５と、カードホルダー６とから構成されている。

本体２は、ＸＹＺθステージ３、プローブカード５等を支持するための部材であり、主に下部ベース７と、上部ベース８と、これら下部ベース７及び上部ベース８の間を支持する支柱９とを備えて構成されている。上部ベース８の中央には円形の開口８Ａが設けられている。この開口８Ａの内周縁の上側には、カードホルダー６を取り付けるための嵌合凹部８Ｂが設けられている。

ＸＹＺθステージ３は、チャック４のＸＹＺ軸方向への移動と、回転とを制御するためのステージである。このＸＹＺθステージ３は、検査時等の種々の条件に応じて、チャック４をＸＹＺ軸方向に移動させ、設定角度だけ回転させる。

チャック４は、ウェハ１１を真空吸着等の手段で保持するための機構である。チャック４の内部には加熱装置 (図示せず)が設けられている。このチャック４は、ウェハ１１を支持した状態で、上記ＸＹＺθステージ３によってＸＹＺ軸方向及び回転方向に適宜動かされる。

プローブカード５は、プローブ針１２を支持するための部材である。プローブカード５は、図１〜図５に示すように、円盤状の配線基板１３と、円盤状のセラミック基板１４とから構成されている。

配線基板１３は、プローブ針１２の信号線等を配設すると共に、カードホルダー６に取り付けられてプローブカード５全体を支持するための部材である。配線基板１３には、複数の温度センサ１６が設けられている。この温度センサ１６は、配線基板１３の上側面のうち周縁近傍に等間隔に４つと、中央に１つの合計５つ設けられている。配線基板１３の下側面には、周縁近傍に等間隔に４つの温度センサ１６が設けられている。さらに、配線基板１３の周縁部には、等間隔に４つのネジ穴１７が設けられている。このネジ穴１７によって、配線基板１３がカードホルダー６に固定される。配線基板１３には、テスターランド１８も適宜設けられている。

セラミック基板１４は、プローブ針１２を支持するための部材である。セラミック基板１４は、その上側面が配線基板１３の下側面に一体的に設けられている。セラミック基板１４の下側面には、多数のプローブ針１２が取り付けられている。このプローブ針１２は、ウェハ１１上に形成された半導体デバイスの電極パッド(図示せず)に対応した位置に設けられている。このプローブ針１２が、ＸＹＺθステージ３で制御されたチャック４の上側面に載置されたウェハ１１に接触して、検査を行う。セラミック基板１４の下側面の中央には温度センサ１９が設けられている。

カードホルダー６は、プローブカード５を本体２側に固定するための部材である。カードホルダー６は、ドーナツ状に形成され、ベース側フランジ部２１と、カード側フランジ部２２と、連結筒部２３とから構成されている。

ベース側フランジ部２１は、本体２の上部ベース８の嵌合凹部８Ｂに嵌合するための部分である。このベース側フランジ部２１は嵌合凹部８Ｂに嵌合した状態で、上部ベース８と一体的に固定されている。

カード側フランジ部２２は、プローブカード５を支持するための部分である。このカード側フランジ部２２は、その上側面でプローブカード５を固定、支持する。カード側フランジ部２２の周縁部（連結筒部１８の近傍）のうち、上記プローブカード５のネジ穴１７に整合する位置にはネジ穴２５が設けられている。このプローブカード５側のネジ穴１７とカード側フランジ部２２のネジ穴２５とを整合させて、固定ネジ２６をねじ込むことで、プローブカード５がカードホルダー６に固定される。

カード側フランジ部２２の上側面には、その内周縁から外周縁のネジ穴２５近傍までほぼ全面に嵌合凹部２７が設けられている。嵌合凹部２７は、ヒーター２８を設けるための切り欠き部分である。この嵌合凹部２７は、ヒーター２８が嵌合された状態で、カード側フランジ部２２の上側面とヒーター２８の上側面とがほぼ面一になるように設定されている。これにより、カード側フランジ部２２にプローブカード５の配線基板１３が固定されたとき、カード側フランジ部２２と配線基板１３とで挟まれて、配線基板１３の下側面がヒーター２８の上面に密着するようになっている。

ヒーター２８は、プローブカード５及びカードホルダー６を加熱するための加熱装置である。このヒーター２８は、薄いドーナツ状に形成され、上下両面が発熱する構造となっている。このヒーター２８としては、セラミックヒーター、電熱線等の種々のヒーターを用いることができる。この上下両面が発熱するヒーター２８により、カード側フランジ部２２とプローブカード５の配線基板１３とを同様に加熱するようになっている。

ヒーター２８の取り付け位置は、このヒーター２８からプローブカード５の中心側へ供給してプローブカード５を設定温度に加熱するのに必要な熱量と、ヒーター２８からカードホルダー６側へ供給してカードホルダー６を設定温度に加熱するのに必要な熱量とが均衡する位置（熱量均衡位置）に設けられている。これにより、ヒーター２８から発する熱が、プローブカード５側とカードホルダー６側とにそれぞれ伝達して、プローブカード５とカードホルダー６とを同様に加熱し、全体をほぼ同時にかつ迅速に設定温度まで上昇させるようになっている。

この場合において、配線基板１３とセラミック基板１４とは、その材質が異なり、設定温度まで加熱するのに必要な時間も異なるため、単純に熱量だけでなく、この点も考慮して、全体を最短の時間で設定温度まで加熱するのに必要な位置を特定する。この位置は、ヒーター２８の位置を少しずつずらしながら実験を行う等の手段によって特定する。このため、上記熱量均衡位置は、ヒーター２８の出力（単位時間あたりの発熱量）、プローブカード５及びカードホルダー６の熱伝導率（単位時間あたりに伝達する熱量）、プローブカード５及びカードホルダー６を設定温度まで加熱するのに必要な熱量を考慮して、最短の時間でプローブカード５及びカードホルダー６を同時に又はほぼ同時に設定温度まで加熱することができる位置である。特に、ヒーター２８の出力は、熱伝導率等との兼ね合いを考慮して、なるべく大きく設定する。これにより、加熱時間を極力短縮する。

連結筒部１８は、ベース側フランジ部２１とカード側フランジ部２２とを一体的に連結するための筒部である。連結筒部１８の外径は上部ベース８の開口８Ａの内径とほぼ同じ径に形成されて、カードホルダー６が上部ベース８の開口８Ａに嵌合した状態で、カードホルダー６ががたつかないようになっている。

以上のように構成されたプローバ１では、次のようにしてウェハ１１の検査を行う。

まず、プローブカード５及びカードホルダー６をヒーター２８で加熱する。このヒーター２８は、最初から最大出力でプローブカード５及びカードホルダー６を加熱する。これにより、ヒーター２８の熱は、上記熱量均衡位置からプローブカード５の外周縁の下側面を介してプローブカード５内にその中央へ向けて伝達して、プローブカード５全体を加熱する。また、ヒーター２８の熱は、上記熱量均衡位置からカード側フランジ部２２の内周縁の上側面を介してカードホルダー６内にその周縁へ向けて伝達して、カードホルダー６全体を加熱する。これにより、プローブカード５及びカードホルダー６を短時間でほぼ同時に設定温度（例えば１５０℃）まで加熱する。プローブカード５は、設定温度まで加熱することで、図６の通常時の状態から仮想線で示す撓み時の状態に変形する。これにより、プローブカード５が設定温度に保たれる限り、チャック４側からの熱でこれ以上変形することはなく、プローブ針１２が正確な位置に支持される。なお、チャック４も設定温度に加熱されている。

次いで、ウェハ１１を搬送装置（図示せず）によってチャック４上に順次ロードする。チャック４は、ウェハ１１を吸着して固定し、ＸＹＺθステージ３でプローブカード５のプローブ針１２側へ移動される。このとき、チャック４に支持されたウェハ１１は、ＸＹＺθステージ３でＸＹＺ軸方向及び回転方向が微調整されて、ウェハ１１の各電極パッドと各プローブ針１２とが整合されて、互いに接触される。次いで、試験信号が印加され、それによる出力信号が検出されて、正常に動作するか否かが検査される。

検査が終了したウェハ１１は、搬送装置でアンロードされ、新しいウェハ１１がロードされる。

このとき、プローブカード５の周囲の温度が下がってプローブカード５及びカードホルダー６の温度が設定温度よりも下がることがある。このため、温度センサ１６でプローブカード５の温度を設定時間毎に又は常時監視して、プローブカード５の温度が低下した場合は、ヒーター２８を発熱させて、上記熱量均衡位置からプローブカード５及びカードホルダー６へ効率的に熱を伝えて、速やかに設定温度に戻す。

これにより、プローブカード５及びカードホルダー６を短時間で効率的に設定温度まで加熱して、プローブカード５がそれ以上変形しない状態になる。このため、ほとんど待ち時間なしに、次のウェハを検査することができる。

以上により、検査作業の開始時や、ウェハ１１の入れ替え時等に、プローブカード５及びカードホルダー６を速やかに設定温度に加熱してプローブカード５の変形を抑えるため、熱による影響を最小限に抑えてプローブ針１２の位置が正確になり、検査作業の効率化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るプローバの全体構成を示す概略正面図である。 本発明の実施形態に係るプローバを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードの熱膨張による撓みを示す模式図である。

符号の説明

１：プローバ、２：本体、３：ＸＹＺθステージ、４：チャック、５：プローブカード、６：カードホルダー、７：下部ベース、８：上部ベース、９：支柱、１１：ウェハ、１２：プローブ針、１３：配線基板、１４：セラミック基板、１６：温度センサ、１７：ネジ穴、１８：テスターランド、１９：温度センサ、２１：ベース側フランジ部、２２：カード側フランジ部、２３：連結筒部、２５：ネジ穴、２６：固定ネジ、２７：嵌合凹部、２８：ヒーター。

Claims (3)

1. 検査対象物に接触して検査を行うプローブ針を備えたプローブカードを有し、検査対象物を加熱して検査するプローバであって、
   上記プローブカードを本体側に固定するカードホルダーと、少なくとも上記プローブカードの周縁近傍の温度を監視する温度センサとを備え、
   上記プローブカード及びカードホルダーの間に加熱装置を備え、当該加熱装置が、ドーナツ状に形成されると共にその両面から発熱する構造を有し、上記プローブカードの周囲から中心側へ熱を供給して上記プローブカードを加熱すると共に、上記プローブカード及びカードホルダーの両方に熱を伝えて加熱し、上記温度センサでの温度監視により上記プローブカードを設定温度に保つことを特徴とするプローバ。
2. 請求項１に記載のプローバにおいて、
   上記加熱装置が、当該加熱装置から上記プローブカードの中心側へ供給してプローブカードを設定温度に加熱するのに必要な熱量と、上記加熱装置から上記カードホルダー側へ供給してカードホルダーを設定温度に加熱するのに必要な熱量とが均衡する熱量均衡位置に設けられたことを特徴とするプローバ。
3. 請求項２に記載のプローバにおいて、
   上記熱量均衡位置が、上記プローブカード及びカードホルダーを設定温度に加熱するのに必要な熱量と共に、設定温度まで加熱するのに必要な時間が均衡する位置であることを特徴とするプローバ。

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