JP5306192B2 - プローブカードの固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路素子等の各種電子部品（以下、代表的にＩＣデバイスとも称する。）の試験に用いられるプローブカードをホルダに固定する固定装置に関する。

ＩＣデバイス等の電子部品の製造過程においては、半導体ウェハ上に造り込まれた状態やパッケージングされた状態でＩＣデバイスの性能や機能を試験するために電子部品試験装置が用いられている。

被試験半導体ウェハＷに造り込まれたＩＣデバイスの電気的特性を試験する装置として、図６に示すように、プローバ９０によりウェハＷをプローブカード５０に押し付けて、プローブカード５０のプローブ針５１をＩＣデバイスの電極に電気的に接触させた状態で、プローブカード５０及びテストヘッド１０を介してテスタ（不図示）によりＩＣデバイスの電気的特性を試験するものが従来から知られている。

プローバ９０内には熱源９４が設けられており、この熱源９４により被試験半導体ウェハＷを加熱又は冷却して、半導体ウェハＷに所定の熱ストレスを印加した状態で、ＩＣデバイスの試験を実行している。

一方、プローブカード５０は、その外周部でビス５５等を用いてホルダ７０に強固に固定されている。そのため、半導体ウェハＷの温度変化に伴ってプローブカード５０に熱膨張又は熱収縮が生じると、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、プローブカード５０が垂直方向に変動し、プローブ針５１の先端の高さが変動してしまう。このため、被試験半導体ウェハＷ上の電極にプローブ針５１を突き当てる際の針圧が変化して、高精度な試験を実施できない場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、プローブ針の先端の高さの変動が少ないプローブカードの固定装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウェハに形成された被試験電子部品の試験に用いられるプローブカードを、ホルダに固定する固定装置であって、前記プローブカードの主面に対して実質的に直交する方向において前記プローブカードを前記ホルダに拘束する拘束手段と、前記プローブカードの主面に実質的に平行な方向において前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する許容手段と、を備え、前記拘束手段は、前記ホルダに固定されており、前記許容手段は、前記拘束手段と前記プローブカードとの間に介装され、前記平行方向における前記拘束手段に対する前記プローブカードの伸縮を許容する第１のベアリング部材と、前記プローブカードと前記ホルダとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する第２のベアリング部材と、を含むことを特徴とする固定装置が提供される（請求項１参照）。

上記発明においては特に限定されないが、前記拘束手段は、前記プローブカードのスティフナに形成された貫通孔を介して、前記ホルダに固定されているネジ部材を含むことを特徴とすることが好ましい（請求項２参照）。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウェハに形成された被試験電子部品の試験に用いられるプローブカードを、ホルダに固定する固定装置であって、前記プローブカードの主面に対して実質的に直交する方向において前記プローブカードを前記ホルダに拘束する拘束手段と、前記プローブカードの主面に実質的に平行な方向において前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する許容手段と、を備え、前記拘束手段は、前記プローブカードに固定されており、前記許容手段は、前記拘束手段と前記ホルダとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記拘束手段の微少移動を許容する第１のベアリング部材と、前記ホルダと前記プローブカードとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する第２のベアリング部材と、を含むことを特徴とする固定装置が提供される（請求項３参照）。

上記発明においては特に限定されないが、前記拘束手段は、前記ホルダに形成された貫通孔を介して、前記プローブカードのスティフナに固定されているネジ部材を含むことを特徴とすることが好ましい（請求項４参照）。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウェハに形成された被試験電子部品のテストを行う試験装置本体と、前記被試験電子部品と前記試験装置本体との間の電気的な接続を確立するプローブカードと、前記プローブカードを前記半導体ウェハに押し付けるプローバと、前記プローブカードを前記プローバに固定するホルダと、を備えた電子部品試験装置であって、上記の固定装置を用いて、前記プローブカードを前記ホルダに固定したことを特徴とする電子部品試験装置が提供される（請求項５参照）。

本発明では、プローブカードの熱膨張又は熱収縮による変動量を水平方向に逃がすことができるので、垂直方向への変動が減少し、プローブ針の先端の高さの変動が少なくなる。

図１は、本発明の第１実施形態における電子部品試験装置の構成を示す概略断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態における固定装置を示す概略断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態において、プローブカードが熱膨張した場合の固定装置を示す断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態における固定装置を示す概略断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態における固定装置を示す概略断面図である。 図６は、従来の電子部品試験装置の構成を示す概略断面図である。 図７Ａは、熱膨張によるプローブカードの変形を示す図である。 図７Ｂは、熱膨張によるプローブカードの変形を示す図である。 図７Ｃは、熱膨張によるプローブカードの変形を示す図である。

符号の説明

１０…テストヘッド
５０…プローブカード
５１…プローブ針
５４…スティフナ
６０Ａ〜６０Ｃ…固定装置
６１…ビス
６２…第１のベアリング部材
６３…第２のベアリング部材
６４…ビス
６５…第１のベアリング部材
６６…第２のベアリング部材
６７…リニアガイド
７０…ホルダ
８０…アダプタ
９０…プローバ
Ｗ…被試験半導体ウェハ

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態における電子部品試験装置の構成を示す概略断面図、図２は本発明の第１実施形態における固定装置を示す概略断面図、図３は本発明の第１実施形態においてプローブカードが熱膨張した場合の固定装置を示す断面図である。

本発明の第１実施形態における電子部品試験装置１は、被試験半導体ウェハＷに造り込まれたＩＣデバイスの電気的特性を試験するための装置である。この電子部品試験装置１は、図１に示すように、ＩＣデバイスの試験を行うテスタ（不図示）にケーブルを介して電気的に接続されたテストヘッド１０と、被試験半導体ウェハＷ上のＩＣデバイスとテストヘッド１０との間の電気的な接続を確立するためのプローブカード５０と、被試験半導体ウェハＷをプローブカード５０に押し付けるプローバ９０と、を備えている。

プローブカード５０は、図１に示すように、ハイフィックス１１を介してテストヘッド１０に電気的に接続されている。このプローブカード５０は、被試験半導体ウェハＷに造り込まれたＩＣデバイスの電極に電気的に接触する多数のプローブ針５１と、このプローブ針５１が実装されたプリント基板５２と、プローブカード５０をハイフィックス１１側のコネクタ１２に電気的に接続するための多数のコネクタ５３と、プローブカード５０を補強するためのスティフナ５４と、から構成されている。

同図に示すように、プローブ針５１は、プリント基板５２の一方の主面の略中央部分に設けられており、被試験半導体ウェハＷに造り込まれたＩＣデバイスの電極に対応するように配置されている。一方、コネクタ５３及びスティフナ５４は、プリント基板５２の他方の主面に設けられており、各プローブ針５１は、プリント基板５２内に形成された配線パターンを介してコネクタ５３に電気的に接続されている。

このプローブカード５０は、プローブ針５１が中央開口７１を介して下方を臨むような姿勢で、環状のホルダ７０に保持されている。プローブカード５０は、その外周部の数箇所において、固定装置６０Ａによりホルダ７０に固定されている。

各固定装置６０Ａは、図２に示すように、ビス６１及び２つのベアリング部材６２，６３から構成されている。

ビス６１は、プローブカード５０のスティフナ５４に形成された貫通孔５４ｂを介して、ホルダ７０に形成された取付孔７２にネジ部６１ｂで固定されている。ビス６１の頭部６１ａは、スティフナ５４の貫通孔５４ｂの内径より大きな外径を有しているため、ビス６１をホルダ７０に固定することで、ビス６１によりプローブカード５０がホルダ７０に対して鉛直方向に拘束されている。なお、ビス６１に対してプローブカード５０の水平方向の伸縮を許容するために、スティフナ５４の貫通孔５４ｂはビス６１のネジ部６１ｂの直径よりも若干大きく形成されている。また、ビス６１の頭部６１ａは、スティフナ５４の凹部５４ａに入り込んでいる。

第１のベアリング部材６２は、環状に配置された複数のベアリングが樹脂枠に回転自在に保持されて構成されている。第１のベアリング部材６２の内孔にビス６１のネジ部６１ｂが挿入され、第１のベアリング部材６２は、ビス６１の頭部６１ａとスティフナ５４との間に介装されている。この第１のベアリング部材６２により、水平方向におけるビス６１に対するプローブカード５０の伸縮が許容される。

第２のベアリング部材６３も同様に、環状に配置された複数のベアリングが樹脂枠に回転自在に保持されて構成されている。第２のベアリング部材６３の内孔にビス６１のネジ部６１ｂが挿入され、第２のベアリング部材６３は、スティフナ５４とホルダ７０との間に挿入されている。この第２のベアリング部材６３により、水平方向におけるホルダ７０に対するプローブカード５０の伸縮が許容される。

図１に戻り、以上のようにプローブカード５０を保持しているホルダ７０は、環状のアダプタ８０に保持されており、さらにこのアダプタ８０は、プローバ９０のトッププレート９１に形成された開口９２に保持されている。このアダプタ８０は、被試験半導体ウェハＷの品種、テストヘッド１０の形状に対応してサイズの異なるプローブカード５０を、プローバ９０の開口９２に適合されるためのものである。プローブカード５０側とハイフィックス１１側とは、図１に示すように、ハイフィックス１１の下部に設けられたフック１３と、アダプタ８０に設けられたフック８１とを係合させることで、機械的に連結されている。

テストヘッド１０の下部にはハイフィックス１１が装着されている。このハイフィックス１１の下面にコネクタ１２が設けられている。このコネクタ１２の一端には、テストヘッド１０に電気的に接続された同軸ケーブルが接続されている。このテストヘッド１０側のコネクタ１２と、プローブカード５０に設けられたコネクタ５３とが連結することにより、テストヘッド１０とプローブカード５０とが電気的に接続されるようになっている。コネクタ１２，５３として、例えばＺＩＦ（Zero Insertion Force）コネクタ等を用いることができる。

プローバ９０は、吸着ステージにより吸着把持している被試験半導体ウェハＷを、ＸＹＺ方向に移動させると共に、Ｚ軸を中心としてθ回転させることが可能な搬送アーム９３を有している。また、この搬送アーム９３の吸着ステージ内には、例えばヒータ等から構成される熱源９４が埋設されており、吸着保持している半導体ウェハＷを加熱することが可能となっている。なお、ＩＣデバイスの試験に際して、被試験半導体ウェハＷを冷却する場合には、搬送アーム９３の吸着ステージ内に冷媒を循環させるようにしてもよい。

試験に際して、搬送アーム９３は、開口９２を介してプローバ９０内に臨んでいるプローブカード５０に半導体ウェハＷを対向させ、半導体ウェハＷをプローブカード５０に押し付ける。この状態で、ウェハＷに造り込まれたＩＣデバイスに対してテスタが試験信号を入出力することにより、ＩＣデバイスの試験が実行される。

この間に熱源９４が被試験ウェハＷを加熱しているので、当該ウェハＷが熱膨張する場合があるが、本実施形態では、被試験半導体ウェハＷが熱膨張すると、図３に示すように、ベアリング部材６２，６３のベアリングが回転して、第１のベアリング部材６２により、ネジ６１に対するプローブカード５０の水平方向への拡張が許容されると共に、第２のベアリング部材６３により、ホルダ７０に対するプローブカード５０の水平方向への拡張が許容されるので、プローブカード５０の熱膨張を水平方向に逃がすことができる。このため、プローブカード５０において垂直方向への変動が減少するので、プローブ針５１の先端の高さの変動が少なくなる。

なお、本発明に係る固定装置は、上記のような構造に特に限定されない。

図４は本発明の第２実施形態における固定装置を示す概略断面図である。本発明の第２実施形態における固定装置６０Ｂは、図４に示すように、第１実施形態と同様に、ビス６４及び２つのベアリング６５，６６から構成されている。しかしながら、ビス６４が、ホルダ７０に形成された貫通孔を介して、スティフナ５４に固定されており、ビス６４の頭部とホルダ７０との間に第１のベアリング６５が介装され、ホルダ７０とスティフナ５４との間に第２のベアリング６６が介装されている点で第１実施形態と相違する。

本実施形態では、被試験半導体ウェハＷが熱膨張すると、ベアリング部材６５，６６のベアリングが回転して、第１のベアリング部材６５により、ホルダ７０に対するネジ６４の水平方向への微少移動が許容されると共に、第２のベアリング部材６６により、ホルダ７０に対するプローブカード５０の水平方向への拡張が許容されるので、プローブカード５０の熱膨張を水平方向に逃がすことができる。このため、プローブカード５０において垂直方向への変動が減少するので、プローブ針５１の先端の高さの変動が少なくなる。

図５は本発明の第３実施形態における固定装置を示す概略断面図である。本発明の第３実施形態における固定装置６０Ｃは、図５に示すように、ホルダ７０の上面に径方向に沿って設けられたガイドレール６７ａと、プローブカード５０の下面にビス６８により固定され、ガイドレール６７ａ上を摺動可能なスライド部材６７ｂと、から構成されるリニアガイド６７を有している。スライド部材６７ｂは、ガイドレール６７ａの側面に形成された溝に係合しており、スライド部材６７ｂはガイドレール６７ａから鉛直方向に取り外れないようになっている。

本実施形態では、被試験半導体ウェハＷが熱膨張すると、ガイドレール６７ａ上をスライド部材６７ｂが摺動するので、プローブカード５０の熱膨張を水平方向に逃がすことができる。このため、プローブカード５０において垂直方向への変動が減少するので、プローブ針５１の先端の高さの変動が少なくなる。なお、ガイドレール６７ａをスティフナ５４の下面に固定し、スライド部材６７ｂをホルダ７０の上面に固定してもよい。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述の第１〜第３実施形態では、プローブカード５０が熱膨張する場合について説明したが、冷却によりプローブカード５０が熱収縮した場合にも、固定装置６０Ａ〜６０Ｃによりその変動量を水平方向に逃すことができる。

Claims (5)

1. 半導体ウェハに形成された被試験電子部品の試験に用いられるプローブカードを、ホルダに固定する固定装置であって、
   前記プローブカードの主面に対して実質的に直交する方向において前記プローブカードを前記ホルダに拘束する拘束手段と、
   前記プローブカードの主面に実質的に平行な方向において前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する許容手段と、を備え、
   前記拘束手段は、前記ホルダに固定されており、
   前記許容手段は、
   前記拘束手段と前記プローブカードとの間に介装され、前記平行方向における前記拘束手段に対する前記プローブカードの伸縮を許容する第１のベアリング部材と、
   前記プローブカードと前記ホルダとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する第２のベアリング部材と、を含むことを特徴とする固定装置。
2. 前記拘束手段は、前記プローブカードのスティフナに形成された貫通孔を介して、前記ホルダに固定されているネジ部材を含むことを特徴とする請求項１記載の固定装置。
3. 半導体ウェハに形成された被試験電子部品の試験に用いられるプローブカードを、ホルダに固定する固定装置であって、
   前記プローブカードの主面に対して実質的に直交する方向において前記プローブカードを前記ホルダに拘束する拘束手段と、
   前記プローブカードの主面に実質的に平行な方向において前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する許容手段と、を備え、
   前記拘束手段は、前記プローブカードに固定されており、
   前記許容手段は、
   前記拘束手段と前記ホルダとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記拘束手段の微少移動を許容する第１のベアリング部材と、
   前記ホルダと前記プローブカードとの間に介装され、前記平行方向における前記ホルダに対する前記プローブカードの伸縮を許容する第２のベアリング部材と、を含むことを特徴とする固定装置。
4. 前記拘束手段は、前記ホルダに形成された貫通孔を介して、前記プローブカードのスティフナに固定されているネジ部材を含むことを特徴とする請求項３記載の固定装置。
5. 半導体ウェハに形成された被試験電子部品のテストを行う試験装置本体と、
   前記被試験電子部品と前記試験装置本体との間の電気的な接続を確立するプローブカードと、
   前記プローブカードを前記半導体ウェハに押し付けるプローバと、
   前記プローブカードを前記プローバに固定するホルダと、を備えた電子部品試験装置であって、
   請求項１〜４の何れかに記載の固定装置を用いて、前記プローブカードを前記ホルダに固定したことを特徴とする電子部品試験装置。

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