JP4610289B2

JP4610289B2 - プローブ装置

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Publication number: JP4610289B2
Application number: JP2004294385A
Authority: JP
Inventors: 親臣森
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: JP2006108456A

Description

本発明は、プローブ装置に係り、更に詳しくは、温度調整された検査対象物（例えば半導体ウエハ）にプローブピンを接触させ、当該検査対象物の電気的特性を測定するプローブ装置に関する。

一般に、半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ上に形成された回路の特性をダイシング前に検査するデバイス試験工程が含まれている。このデバイス試験工程では、電気的特性を測定するためのテスター装置に加え、テスター装置の測定端子を半導体ウエハ上の回路に接続するためのプローブ装置が用いられる。

プローブ装置は、半導体ウエハを載置して昇降する検査テーブルが装置筐体内に収容されている。また、多数のプローブピン（探針）を有するプローブカードが、カードホルダを介して筐体天板に取り付けられている。このため、半導体ウエハ及びプローブピンについて水平方向のアライメント（位置合わせ）を行った後、検査テーブルを所定の高さまで上昇させれば、プローブピンを半導体ウエハに接触させることができ、当該プローブピンを介して、半導体ウエハ上の回路とテスター装置とを電気的に接続することができる。

このようなデバイス試験が高温下で行われる場合、検査テーブルにヒータが取り付けられたプローブ装置が用いられ、半導体ウエハの加熱を行っている。この様なプローブ装置では、検査テーブルを上昇させることにより、熱源である半導体ウエハが近づき、プローブカードや、プローブカードを支持しているカードホルダ及び筐体天板に熱変形が生じる。その結果、プローブピンの垂直方向の位置が変化する「Ｚ変位」が発生し、プローブピン及び半導体ウエハの相対的な高さが変化する。

半導体ウエハに対し、プローブピンを良好に接触させた状態でデバイス試験を行うためには、上記Ｚ変位が安定した後にプローブピンを接触させなければならない。ところが、プローブカード、カードホルダ及び筐体天板は、デバイス試験前には比較的常温に近い温度であることから、デバイス試験時に検査テーブルを上昇させた場合、急激な温度変化によって、これらの部材内部に温度勾配が生じる。つまり、プローブピンの接触後もプローブピンのＺ変位が発生し、プローブピンを良好に接触させた状態でデバイス試験を行うことができないという問題があった。

このため、従来のプローブ装置では、予備加熱（プレヒート）が行われていた（例えば、特許文献１）。予備加熱とは、デバイス試験前に、プローブピンが半導体ウエハに接触しない高さまで検査テーブルを一旦上昇させ、高温の半導体ウエハからの輻射熱によって、プローブカード、カードホルダ及び筐体天板などを予め加熱しておく方法である。このような予備加熱を行うことによって、Ｚ変位の安定後に、プローブピンを半導体ウエハに接触させて、デバイス試験を開始することができる。

図１０は、高温試験時におけるＺ変位と予備加熱についての説明図であり、（ａ）には予備加熱前、（ｂ）には予備加熱中におけるプローブ装置内部の様子が示されている。検査テーブル１０を上昇させると、その輻射熱によってカードホルダ２２が熱変形する。ここでは、カードホルダ２２の端部が上方に反り、プローブピン２１の位置が下がるＺ変位が発生している。

このため、従来のプローブ装置では、プローブピン２１が半導体ウエハ１に接触しない程度の高さまで検査テーブル１０を上昇させた（ｂ）の状態で、検査テーブル１０を停止させて、Ｚ変位が安定するまで予備加熱を行っていた。

図１１は、低温試験時におけるＺ変位と予備冷却についての説明図であり、予備冷却中におけるプローブ装置内部の様子が示されている。低温試験の場合も、検査テーブル１０を上昇させると、その輻射冷却によってカードホルダ２２が熱変形し、Ｚ変位の問題が発生する。ここでは、高温試験時とは逆に、カードホルダ２２の端部が下方に反り、プローブピン２１の位置が上がるＺ変位が発生している。このため、低温試験の場合にも、高温試験と全く同様にして、プローブピン２１が半導体ウエハ１に接触しない程度の高さまで検査テーブル１０を一旦上昇させて予備冷却が行われていた。

また、従来のプローブ装置には、プローブカード上に加熱又は冷却手段が設けられたものがあった（例えば、特許文献２）。特許文献２に開示されたプローブ装置は、プローブピンを予め加熱又は冷却しておくことにより、接触前のプローブピンの温度を半導体ウエハの温度に近づけて、接触時の熱膨張によるコンタクトずれを防止するものであった。
特開平１１−１２１５５８号公報特開２００３−２１５１６２号公報

特許文献１のプローブ装置は、予備加熱を行うことにより、デバイス試験前に、プローブカードやその支持部材の温度を半導体ウエハの温度に予め近づけておくことができる。しかしながら、輻射熱によって加熱する予備加熱には時間がかかるため、デバイス試験のスループットを低下させているという問題があった。

また、特許文献２のプローブ装置は、カードホルダや筐体天板の熱変形によるＺ変位を安定化させることができるものではない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高温試験又は低温試験時におけるプローブピンのＺ変位を早期に安定させ、プローブ装置を用いたデバイス試験のスループットを向上させることを目的とする。特に、プローブカードを支持しているプローブカード支持部の熱膨張又は熱収縮によるプローブピンのＺ変位を早期に安定させることを目的とする。

第１の本発明によるプローブ装置は、検査対象物が載置され、昇降駆動される検査テーブルと、上記検査テーブルの上方に配置され、多数のプローブピンを有するプローブカードと、上記プローブカードを着脱可能に支持するプローブカード支持部と、上記検査テーブルに設けられ、上記検査対象物を加熱又は冷却する第１の温調素子と、上記第１の温調素子を制御し、上記プローブピンの上記検査対象物への接触前に、上記検査テーブルを加熱又は冷却する温度制御装置とを備え、上記プローブカード支持部が、検査用開口部を有する筐体天板と、この筐体天板に取り付けられ、上記プローブカードの周辺端部を着脱可能に支持し、当該プローブカードを上記検査用開口部に配置するカードホルダと、当該カードホルダに設けられ、当該カードホルダを加熱又は冷却する第２の温調素子と、上記筐体天板に設けられ、当該筐体天板を加熱又は冷却する第３の温調素子とを有し、上記温度制御装置が、上記第２及び第３の温調素子を制御し、上記プローブピンの上記検査対象物への接触前に、上記カードホルダ及び上記筐体天板を加熱又は冷却するように構成される。

この様な構成により、第１の温調素子を用いて検査対象物を加熱又は冷却して高温試験や低温試験が行われる際、プローブピンを検査対象物へ接触させる前に、第２の温調素子を用いてプローブカード支持部を急速に加熱又は冷却し、プローブピンのＺ変位を早期に安定化させることができる。このため、Ｚ変位の安定後に、プローブピンを検査対象物に接触させて試験を開始する場合に、当該試験工程のスループットを向上させることができる。なお、温調素子とは、ヒータなどの発熱素子やペルチェ素子などの冷却素子を指している。

特に、試験開始前に、カードホルダを加熱又は冷却し、カードホルダの熱変形に起因するＺ変位を早期に安定化させることができる。

また、試験開始前に、筐体天板を加熱又は冷却し、筐体天板の熱変形に起因するＺ変位を早期に安定化させることができる。

本発明によれば、高温試験又は低温試験時におけるプローブピンのＺ変位を早期に安定させ、プローブ装置を用いたデバイス試験のスループットを向上させることができる。特に、プローブカードを支持しているプローブカード支持部の熱膨張又は熱収縮によるプローブピンのＺ変位を早期に安定させることができる。

実施の形態１．
図１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明によるプローブ装置の一例を示した外観図である。このプローブ装置は、筐体本体３０、筐体天板３１及びローダーボックス３２からなる。筐体本体３０の上面に設けられた開口部３０ｈは、筐体天板３１によって覆われ、メンテナンスなどを行う際には、この筐体天板３１が取り外され、上記開口部３０ｈが開放される。ローダーボックス３２は、検査対象物である半導体ウエハの搬入口であり、ウエハカセットに収納された半導体ウエハがセットされる。

図２は、本発明の実施の形態１によるプローブ装置の内部構成例を示した図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ切断線による断面図である。検査テーブル１０は、半導体ウエハ１を吸着保持するウエハチャックを備え、ローダーボックス３２から移送された半導体ウエハ１が、検査テーブル１０上に載置される。この検査テーブル１０は、駆動シャフト１１を介して駆動装置１２に連結され、水平方向（ＸＹ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に移動することができる。検出装置１３は、アライメント用のカメラ又はセンサであり、駆動シャフト１１に取り付けられ、検査テーブル１０とともに移動する。駆動装置１２は、当該検出装置１３の出力に基づいて検査テーブル１０を駆動している。

筐体本体３０内には、検査テーブル１０が収納され、筐体天板３１には、多数のプローブピン２１を有するプローブカード２０が取り付けられている。プローブカード２０は、プローブピン２１を検査テーブル１０の載置面に対向させた状態で配置されており、検査テーブル１０を所定の高さまで上昇させることによって、半導体ウエハ１にプローブピン２１を接触させることができる。

筐体天板３１は検査用開口部３１ｈを有し、この検査用開口部３１ｈにカードホルダ２２が取り付けられており、このカードホルダ２２によって、上記プローブカード２０は筐体天板３１に着脱可能に取り付けられている。プローブカード２０は概ね円板形状からなり、その中央付近にプローブピン２１が設けられている。カードホルダ２２は、プローブピン２１が配置されるプローブ用開口部２２ｈを有する概ねリング形状からなり、カードホルダ２２の外周端部が、係止ネジ２３により筐体天板３１上の検査用開口部３１ｈの周辺に固定され、カードホルダ２２の内周端が、プローブカード２０の外周端部を支持している。

インターフェースボード２４は、プローブカード２０上に配置され、プローブカード２０とテストヘッド４０とを電気的に接続している。インターフェースボード２４には、多数のスプリングピン２６が設けられており、プローブピン２１と導通するプローブカード２０上の電極にこれらのスプリングピン２６を接触させて、プローブピン２１をテストヘッド４０に電気的に接続している。なお、テストヘッド４０は、図示しないテスター装置の一部である。

温調ユニット５０は、検査テーブル１０に取り付けられ、検査テーブル１０上に載置された半導体ウエハ１の温度調節を行っている。温調ユニット５１は、カードホルダ２２の下面側に取り付けられ、カードホルダ２２の温度調節を行っている。温調ユニット５２は、筐体天板３１の下面側に取り付けられ、筐体天板３１の温度調節を行っている。つまり、検査テーブル１０に加えて、カードホルダ２２及び筐体天板３１にも温調ユニットを設けることにより、半導体ウエハ１だけでなく、カードホルダ２２及び筐体天板３１についても温度調整を行うことができる。なお、温度調整を効果的に行うためには、温調ユニット５０〜５２が検査テーブル１０、カードホルダ２２、筐体天板３１にそれぞれ内蔵されていることが望ましく、図２では、このような場合の一例が示されている。

図３は、図２のプローブ装置が採用している温調システムの一構成例を示した図である。図中の温調ユニット５０〜５２、温度制御装置５３及び温調データ記憶部５４は、いずれもプローブ装置内に設けられている。

温調ユニット５０は、半導体ウエハ１を加熱するためのヒータ５０Ｈと、半導体ウエハ１の温度を測定するための温度センサ５０Ｓからなる。同様にして、温調ユニット５１は、カードホルダ２２を加熱するためのヒータ５１Ｈと、カードホルダ２２の温度を測定するための温度センサ５１Ｓからなる。また、温調ユニット５２は、筐体天板３１を加熱するためのヒータ５２Ｈと、筐体天板３１の温度を測定するための温度センサ５２Ｓからなる。なお、ヒータ５０Ｈ〜５２Ｈは、発熱素子の一例であり、供給電力に応じて発熱する。

図４は、ヒーター５１Ｈ，５２Ｈ及び温度センサ５１Ｓ，５２Ｓの配置例を示した図であり、筐体天板３１を下側から見た様子を示した図１（ｂ）のＢ矢視図である。ヒーター５１Ｈ，５２Ｈ及び温度センサ５１Ｓ，５２Ｓは、デバイス測定時の半導体ウエハ１に対し、均等に配置されることが望ましい。また、ヒーター５１Ｈ，５２Ｈは、半導体ウエハ１に近い位置に配置されることが望ましい。つまり、ヒーター５１Ｈは、リング形状のカードホルダ２２上に均等に配置されていることが望ましく、また、中央寄りに配置されていることが望ましい。ここでは、ヒータ５１Ｈが、カードホルダ２２の内側端部に、ほぼ全周にわたって設けられている例が示されている。また、ヒーター５２Ｈは、検査用開口部３１ｈに沿って均等に配置されていることが望ましく、また、中央寄りに配置されていることが望ましい。ここでは、ヒータ５２Ｈが、検査用開口部３１ｈの周辺端部に、ほぼ全周にわたって設けられている例が示されている。

温調データ記憶部５４には、温調ユニット５０〜５２を制御する際に、温度制御装置５３が用いる温調データ５４Ｄが記憶されている。この温調データ５４Ｄは、温調対象の制御目標値、つまり、半導体ウエハ１、カードホルダ２２及び筐体天板３１の各目標温度Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１からなる。例えば、デバイス試験時における温度センサ５０Ｓ〜５２Ｓでの温度を予め測定しておき、これらを目標温度Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１とする温調データ５４Ｄを記憶している。

また、温調データ５４Ｄは、プローブカード２０やカードホルダ２２に対応づけられており、温調データ記憶部５４には、複数の温調データ５４Ｄが格納されている。プローブカード２０及びカードホルダ２２は交換可能であり、これらの材質、構造、形状、取り付け位置などによって、温調ユニット５１，５２の目標温度も異なる。このため、プローブカード２０及びカードホルダ２２の組み合わせごとに異なる温調データ５４Ｄが使用される。なお、デバイス試験時の温度条件、すなわち、温調ユニット５０の目標温度Ｔ_１が異なる場合には、温調ユニット５１，５２の目標温度Ｔ_２２，Ｔ_３１も異なり、異なる温調データ５４Ｄが必要になることは言うまでもない。

温度制御装置５３は、各温度センサ５０Ｓ〜５２Ｓで測定された温度と、温調データ記憶部５４から読み出された温調データ５４Ｄとに基づいて、ヒータ５０Ｈ〜５２Ｈへの供給電力を制御し、半導体ウエハ１、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度を制御している。例えば、温度センサ５０Ｓ〜５２Ｓでの測定温度と、温調データ記憶部５４から読み出した各目標温度Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１との差をそれぞれ求め、この温度差に基づいて、ヒータ５０Ｈ〜５２Ｈへの通電をオン又はオフし、あるいは、印加電圧を制御している。

本実施の形態によるプローブ装置では、このような温調システムを用いて、高温試験のための予備加熱が行われる。つまり、デバイス試験の開始前に、温調ユニット５０〜５２を用いた温度制御が開始される。この予備加熱の手順について更に説明する。

温度制御装置５３は、まず、温調データ記憶部５４内のいずれかの温調データ５４Ｄを読み出す。温調データ５４Ｄの選択は、ユーザの操作入力に基づいて行ってもよいし、当該プローブ装置に取り付けられているプローブカード２０やカードホルダ２２を自動判別し、その判別結果に基づいて行ってもよい。

次に、半導体ウエハ１、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度が、温調データ５４Ｄに示された目標温度Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１となるように、ヒータ５０Ｈ〜５２Ｈを制御する。このとき、各温調対象はヒータ５０Ｈ〜５２Ｈにより直接的に加熱され、また、温度センサ５０Ｓ〜５２Ｓの出力に基づいて、各温調対象物ごとに独立して制御されている。このため、目標温度Ｔ_２２，Ｔ_３１になるまで、カードホルダ２２及び筐体天板３１を急速に加熱することができる。

その後、プローブピン２１のＺ変位が安定すれば、デバイス試験が開始される。例えば、各温調対象が目標温度Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１に到達した時点、あるいは、この到達時から更に所定時間が経過した時点で、検査テーブル１０を上昇させ、プローブピン２１を半導体ウエハ１に接触させて、デバイス試験を開始する。

プローブピン２１のコンタクト後は、ヒータ５１Ｈ、５２Ｈへの通電は行われない。すなわち、温調ユニット５０による半導体ウエハ１の温度調整は、デバイス試験中も継続されるが、温調ユニット５１，５２による温度調整はデバイス試験中には行われない。ただし、プローブピン２１のコンタクト後も、温調ユニット５１及び５２による温度調整を継続させることにより、コンタクト後におけるＺ変位を抑制することもできる。

本実施の形態によれば、プローブカード２０を支持しているカードホルダ２２及び筐体天板３１にヒータ５１Ｈ，５２Ｈを設け、予備加熱時に、カードホルダ２２及び筐体天板３１を直接的に加熱している。このため、半導体ウエハ１からの輻射熱を利用する従来の予備加熱に比べて、これらの部材を急速に加熱し、部材内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

また、本実施の形態によれば、プローブカード２０を支持しているカードホルダ２２及び筐体天板３１に温度センサ５１Ｓ，５２Ｓを設け、予備加熱時に、それぞれの測定温度に基づいて温度制御を行っている。つまり、半導体ウエハ１、カードホルダ２２及び筐体天板３１について独立して温度制御を行っている。このため、半導体ウエハ１からの輻射熱を利用する従来の予備加熱に比べて、これらの部材を急速に加熱し、部材内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

また、本実施の形態によれば、温調データ記憶部５４が、複数の温調データ５４Ｄを記憶し、交換可能なプローブカード２０及びカードホルダ２２の組み合わせに対応する温調データ５４Ｄを用いて、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度制御を行っている。このため、これらの部材を急速に加熱し、内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、デバイス試験前に、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度をデバイス試験時の温度と同じにすることができる。このため、プローブピン２１を半導体ウエハ１に接触させる際のＺ変位を効果的に抑制することができる。

なお、一般に、Ｚ変位は、プローブカード２０と、これを支持しているカードホルダ２２及び筐体天板３１などのプローブカード支持部の熱変形によって生ずる。例えば、これらの部材が、異なる材料からなる多層構造を有する場合、温度変化を与えることにより、各層の熱膨張係数の違いに起因して反りが発生する。

このような熱変形がプローブカード２０に発生した場合には、プローブピン２１の高さのバラツキとなる。ところが、プローブピン２１は、半導体ウエハ１の主面に対して斜めに配置された板バネ形状の金属材料からなるため、プローブピン２１の高さがばらつくと半導体ウエハ１上での接触位置がずれてしまう。また、半導体ウエハ１に近接させ過ぎて、プローブピン２１に過剰なストロークが加えられた場合、弾性限界を超えて塑性変形してしまう。このため、プローブカード２０は、熱変形が生じにくい構造のものを採用することが望ましい。

このような熱変形しにくいプローブカード２０を採用した場合、プローブピン２１のＺ変位は、プローブカード支持部の熱変形に起因して発生することになる。特に、半導体ウエハ１からの輻射熱の影響を受けやすいカードホルダ２２及び筐体天板３１の熱変形が、Ｚ変位の主たる原因となる。このため、本実施の形態で詳細に説明した通り、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度を早期に安定化させ、その内部の温度勾配を解消すれば、プローブピン２１のＺ変位を早期に安定化させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では高温試験を行うためのプローブ装置の例について説明したが、本実施の形態では、低温試験を行うためのプローブ装置について説明する。なお、本実施の形態によるプローブ装置の概略構成は、図１及び図２の場合（実施の形態１）と同様である。

図５は、図２のプローブ装置が採用している温調システムの他の構成例を示した図である。図３の場合（実施の形態１）と比較すれば、ヒータ５０Ｈ〜５２Ｈに代えて、ペルチェ素子５０Ｐ〜５２Ｐが用いられている点のみが異なる。すなわち、温調ユニット５０は、半導体ウエハ１を冷却するためのペルチェ素子５０Ｐと、温度センサ５０Ｓからなる。同様にして、温調ユニット５１は、カードホルダ２２を冷却するためのペルチェ素子５１Ｐと、温度センサ５１Ｓからなる。また、温調ユニット５２は、筐体天板３１を冷却するためのペルチェ素子５２Ｐと、温度センサ５２Ｓからなる。なお、ペルチェ素子５０Ｐ〜５２Ｐは、冷却素子の一例であり、ペルチェ効果を利用して供給電力に応じた冷却を行うことができる。

温度制御装置５３及び温調データ記憶部５４の構成及び動作は、実施の形態１の場合と全く同様であり、本実施の形態によるプローブ装置では、このような温調システムを用いて、低温試験のための予備冷却が行われる。なお、予備冷却の手順も、予備加熱の場合と同様であるため、説明を省略する。

本実施の形態によれば、プローブカード２０を支持しているカードホルダ２２及び筐体天板３１にペルチェ素子５１Ｐ，５２Ｐを設け、予備冷却時に、カードホルダ２２及び筐体天板３１を直接的に冷却している。このため、半導体ウエハ１からの輻射冷却を利用する場合に比べ、これらの部材を急速に冷却し、部材内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

また、本実施の形態によれば、プローブカード２０を支持しているカードホルダ２２及び筐体天板３１に温度センサ５１Ｓ，５２Ｓを設け、予備冷却時に、それぞれの測定温度に基づいて温度制御を行っている。このため、半導体ウエハ１からの輻射冷却を利用する場合に比べ、これらの部材を急速に冷却し、部材内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

また、本実施の形態によれば、温調データ記憶部５４が、複数の温調データ５４Ｄを記憶し、交換可能なプローブカード２０及びカードホルダ２２の組み合わせに対応する温調データ５４Ｄを用いて、カードホルダ２２及び筐体天板３１の温度制御を行っている。このため、これらの部材を急速に冷却し、内部の温度勾配を早く解消させることができ、Ｚ変位を早く安定させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、温調ユニット５１を備えたカードホルダ２２の他の構成例について、詳細に説明する。

図６は、本発明の実施の形態３によるプローブ装置の要部の一構成例を示した断面図である。また、図７は、図６のプローブ装置で使用されるカードホルダ２２の一例を示した図であり、図中の（ａ）はカードホルダ２２を上から見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ切断線による断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ切断線による断面図である。

筐体天板３１には、容易に着脱可能となるようにカードホルダ２２が取り付けられている。カードホルダ２２は、リング形状の外周端の一部を遠心方向に突出させて形成された複数の係合ツバ部２２ｋを有し、筐体天板３１は、検査用開口部３１ｈ周辺の下面側にツバ受け部３１ｋが形成されている。このため、筐体天板３１の下面上でカードホルダ２２を所定方向に回転させれば、係合ツバ部２２ｋをツバ受け部３１ｋに係合させ、カードホルダ２２を筐体天板３１に取り付けることができる。また、逆方向に回転させれば、カードホルダ２２を取り外すことができる。

インターフェースボード２４には、プローブカード２０上の電極に接触させるスプリングピン２６に加えて、カードホルダ２２上の電極に接触させる給電ピン２６Ｈ及び測定ピン２６Ｓが設けられている。給電ピン２６Ｈは、カードホルダ２２上の給電用電極６０，６１に接触させ、カードホルダ２２内のヒータ５１Ｈに電源供給するための給電端子であり、２本のスプリングピンで構成される。測定ピン２６Ｓは、カードホルダ２２上の測定用電極６２，６３に接触させ、カードホルダ２２内の温度センサ５１Ｓの端子を外部に取り出すための測定端子であり、２本のスプリングピンで構成される。

カードホルダ２２上には、ヒータ５１Ｈ及び２個の温度センサ５１Ｓが設けられている。ヒータ５１Ｈは、カードホルダ２２の外周寄りにほぼ全周にわたって配置され、その両端が、コンタクトホール６１ａを介して、カードホルダ２２上面の給電用電極６０，６１に接続されている。２個の温度センサ５１Ｓは、径方向の異なる位置に配置され、コンタクトホール６３ａを介して、カードホルダ２２上面の測定用電極６２，６３にそれぞれ接続されている。なお、コンタクトホール６１ａ，６３ａは、ともに絶縁膜で覆われた導電性部材からなる。

この様な構成により、カードホルダ２２のヒータ５１Ｈ及び温度センサ５１Ｓの端子を、インターフェースボード２４を介してプローブ装置の外部に取り出すことができる。インターフェースボード２４の給電ピン２６Ｈ及び測定ピン２６Ｓは、テストヘッド４０を介して温度制御装置５３に接続してもよいし、テストヘッド４０を介さずに温度制御装置５３に接続してもよい。

また、ヒータ５１Ｈを周方向に配置することにより、カードホルダ２２の周方向について均一に加熱することができる。そして、一方の温度センサ５１Ｓをカードホルダ２２の内側に、他方をカードホルダ２２の外側に配置することにより、熱の伝達方向に２個の温度センサ５１Ｓを配置することができる。従って、温度制御装置５３は、カードホルダ２２の温度分布に基づいてヒータ５１Ｈを制御することができ、より適切な温度調整を行うことができる。

なお、本実施の形態では、カードホルダ２２の周方向に長い形状からなるヒータ５１Ｈを用いる場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。すなわち、ヒータ５１Ｈは、カードホルダ２２の周方向に均等に配置されていることが望ましく、周方向に長い形状はその一例である。例えば、２以上のヒータ５１Ｈを周方向に均等に配置してもよい。

また、２個の温度センサ５１Ｓは、同一半径上に配置されることが望ましいが、ヒータ５１Ｈからの距離が異なっていれば、必ずしも同一半径上に配置しなくてもよい。

実施の形態４．
本実施の形態では、温調ユニット５１を備えたカードホルダ２２について、更に他の構成例を説明する。

図８は、本発明の実施の形態４によるプローブ装置の要部の一構成例を示した断面図である。また、図９は、図８のプローブ装置で使用されるカードホルダ２２の一例を示した図であり、図中の（ａ）はカードホルダ２２を下から見た図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断線による断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断線による断面図である。

このカードホルダ２２は、給電用電極７０，７１及び測定用電極７２，７３が、カードホルダ２２の下面に設けられており、プローブ装置内において温度制御装置５３に接続されている。また、ヒータ５１Ｈは、コンタクトホールを介して、給電用電極７０，７１に接続され、温度センサ５１Ｓは、コンタクトホール７３ａを介して、測定用電極７２，７３にそれぞれ接続されている。

図７の場合（実施の形態３）と比較すれば、インターフェースボード２４に給電ピン２６Ｈ及び測定ピン２６Ｓが設けられていない点で異なる。ヒータ５１Ｈ及び２個の温度センサ５１Ｓの配置は、図７と同様である。

上記実施の形態３及び４では、ヒータ５１Ｈを有する高温試験のためのプローブ装置の例について説明したが、ヒータ５１Ｈに代えてペルチェ素子５１Ｐを用いれば、全く同様にして、低温試験のためのプローブ装置となることは勿論である。

また、上記の各実施の形態では、検査対象物がダイシング前の半導体ウエハ１である場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。すなわち、温度調整された検査対象物にプローブピンを接触させて、その電気的特性を測定する様々なプローブ装置に適用することができる。例えば、検査対象物は、ガラスや樹脂からなる基板であってもよいし、ダイシング後の半導体チップであってもよい。

また、予備加熱又は予備冷却を行う際、本実施の形態による方法と、輻射熱や輻射冷却を利用する従来の方法とを併用すれば、予備加熱又は予備冷却の時間を更に短縮させ、スループットを更に向上させることができる。すなわち、デバイス試験前に、プローブピンが半導体ウエハに接触しない高さまで検査テーブルを一旦上昇させて停止させた状態で、温調ユニット５１，５２により、カードホルダ２２及び筐体天板３１を加熱又は冷却することがより望ましい。

本発明の実施の形態１によるプローブ装置の一例を示した外観図である。本発明の実施の形態１によるプローブ装置の内部構成例を示した図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ切断線による断面図である。図２のプローブ装置が採用している温調システムの一構成例を示した図である。ヒーター５１Ｈ，５２Ｈ及び温度センサ５１Ｓ，５２Ｓの配置例を示した図であり、図１（ｂ）のＢ矢視図である。図２のプローブ装置が採用している温調システムの他の構成例を示した図である（実施の形態２）。本発明の実施の形態３によるプローブ装置の要部の一構成例を示した断面図である。図６のプローブ装置で使用されるカードホルダ２２の一例を示した図である。本発明の実施の形態４によるプローブ装置の要部の一構成例を示した断面図である。図８のプローブ装置で使用されるカードホルダ２２の一例を示した図である。高温試験時におけるＺ変位と予備加熱についての説明図である。低温試験時におけるＺ変位と予備冷却についての説明図である。

符号の説明

１半導体ウエハ
１０検査テーブル
１１駆動シャフト
１２駆動装置
２０プローブカード
２１プローブピン
２２カードホルダ
３１筐体天板
３１ｈ検査用開口部
５０〜５２温調ユニット
５０Ｈ〜５２Ｈヒータ
５０Ｐ〜５２Ｐペルチェ素子
５０Ｓ〜５２Ｓ温度センサ
５３温度制御装置
５４温調データ記憶部
５４Ｄ温調データ
Ｔ_１，Ｔ_２２，Ｔ_３１目標温度

Claims

検査対象物が載置され、昇降駆動される検査テーブルと、
上記検査テーブルの上方に配置され、多数のプローブピンを有するプローブカードと、
上記プローブカードを着脱可能に支持するプローブカード支持部と、
上記検査テーブルに設けられ、上記検査対象物を加熱又は冷却する第１の温調素子と、
上記第１の温調素子を制御し、上記プローブピンの上記検査対象物への接触前に、上記検査テーブルを加熱又は冷却する温度制御装置とを備え、
上記プローブカード支持部は、検査用開口部を有する筐体天板と、この筐体天板に取り付けられ、上記プローブカードの周辺端部を着脱可能に支持し、当該プローブカードを上記検査用開口部に配置するカードホルダと、当該カードホルダに設けられ、当該カードホルダを加熱又は冷却する第２の温調素子と、上記筐体天板に設けられ、当該筐体天板を加熱又は冷却する第３の温調素子とを有し、
上記温度制御装置が、上記第２及び第３の温調素子を制御し、上記プローブピンの上記検査対象物への接触前に、上記カードホルダ及び上記筐体天板を加熱又は冷却することを特徴とするプローブ装置。