JP5443791B2 - Load detection sensor and method of manufacturing load detection sensor - Google Patents

Load detection sensor and method of manufacturing load detection sensor Download PDF

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Description

本発明は、荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a load detection sensor and a method for manufacturing the load detection sensor.
半導体製造工程において、半導体ウェーハ上に形成されたICやLSIなどの複数のチップ(ダイ)は、プローブカードを備えるプローブ装置で電気的特性検査を行う。この電気的特性検査は、プローブカードのプローブと、ウェーハの電極を接触させ、電気信号を伝達した結果をプローブカードに接続したテスターを用いて解析することにより行う。   In a semiconductor manufacturing process, a plurality of chips (dies) such as ICs and LSIs formed on a semiconductor wafer are inspected for electrical characteristics by a probe device including a probe card. This electrical characteristic inspection is performed by bringing the probe of the probe card and the electrode of the wafer into contact with each other and analyzing the result of transmitting the electrical signal using a tester connected to the probe card.
ウェーハの電気的特性を適正に検査するためには、プローブと電極との間の接触を確実に行い、かつ、充分に小さい電気抵抗で行う必要がある。そのため、プローブの先端を電極に接触させた後に、プローブカードをウェーハに近づけて、プローブを電極に押し付ける(以下、オーバードライブという)。   In order to properly inspect the electrical characteristics of the wafer, it is necessary to ensure contact between the probe and the electrode and to have a sufficiently small electrical resistance. For this reason, after bringing the probe tip into contact with the electrode, the probe card is brought close to the wafer and the probe is pressed against the electrode (hereinafter referred to as overdrive).
特許文献1において、荷重に応じて電気的特性の変化する素子をウェーハ一括型測定検査用プローブカードに備え、プローブカード上の電極がウェーハの各部を均等に押圧しているか否かを電気的に検知する技術が記載されている。また、特許文献2では、プローブカードに配列された多数のバンプの高さが所定の高さの範囲内にあるか否かを簡単に検知できるバンプ検査方法について記載されている。   In Patent Literature 1, an element whose electrical characteristics change according to a load is provided in a wafer batch type measurement / inspection probe card, and whether or not the electrodes on the probe card press each part of the wafer evenly is electrically checked. The technology to detect is described. Further, Patent Document 2 describes a bump inspection method that can easily detect whether or not the height of a large number of bumps arranged on a probe card is within a predetermined height range.
特開平11−121556号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-121556 特開平11−121562号公報JP-A-11-121562
特許文献1においては、ウェーハ(ウェーハ一括型測定検査用プローブカード)上に荷重を検出するための素子を作り込んでおり、そのウェーハについてしか、荷重を検出することができない。また、規格公差内ではあるが、素子の検出性能に差があるおそれがある。さらに、特許文献2においては、プローブカードに備えたバンプ高さについて検査しているが、実際にプローブカードをプローブ装置に設置していない。プローブ装置に備えた場合と比較すると、状態が異なるおそれがあり、再現性は高くない。   In Patent Document 1, an element for detecting a load is formed on a wafer (wafer batch type measurement / inspection probe card), and the load can be detected only for the wafer. In addition, although it is within the standard tolerance, there is a possibility that there is a difference in detection performance of the element. Further, in Patent Document 2, the bump height provided in the probe card is inspected, but the probe card is not actually installed in the probe device. Compared to the case where the probe device is provided, the state may be different and the reproducibility is not high.
また、数千本のプローブを備えたプローブカードでは、数十N(ニュートン)〜数百Nの荷重となるため、荷重に耐えられる構造を備える検出装置が必要である。さらに、プローブと電極とを接触させるためのオーバードライブを行う際に、針圧過多によるプローブの変形や破損を引き起こすことや、針圧不足による検査不良が発生することがあった。適切なオーバードライブを行うために、プローブカードがウェーハに掛ける適切な印加荷重を知る必要があった。   In addition, since a probe card having several thousand probes has a load of several tens N (Newton) to several hundred N, a detection device having a structure capable of withstanding the load is required. Furthermore, when performing overdrive for bringing the probe into contact with the electrode, the probe may be deformed or damaged due to excessive needle pressure, or inspection failure may occur due to insufficient needle pressure. In order to perform proper overdrive, it was necessary to know the appropriate applied load that the probe card would apply to the wafer.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、プローブカードの印加荷重を測定することができる荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the manufacturing method of a load detection sensor which can measure the applied load of a probe card, and a load detection sensor.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る荷重検出センサは、
被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置の、該被検査体を設置する台上に設置可能なセンサであって、
基板と、
前記基板に配設された少なくとも3つの荷重検出素子と、
前記荷重検出素子の上に配置する上板とを備え
前記基板は前記荷重検出素子を配設する側の面に凹部が形成され、
前記荷重検出素子は前記凹部の周縁部に支持されたピエゾ素子を含む部材と、
前記ピエゾ素子を含む部材と前記上板の間に配置され、該ピエゾ素子を含む部材と該上板のそれぞれの一部分と接する当接部材とを備え、
前記当接部材は球体の形状であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a load detection sensor according to the first aspect of the present invention includes:
A probe device for inspecting electrical characteristics of an object to be inspected, a sensor that can be installed on a table on which the object to be inspected is installed
A substrate,
At least three load detection elements disposed on the substrate;
And a top plate disposed on the load detection element,
The substrate has a recess formed on a surface on which the load detection element is disposed,
The load detection element is a member including a piezo element supported on the peripheral edge of the recess,
A member including the piezo element and the upper plate, and a member including the piezo element and a contact member in contact with each part of the upper plate;
The contact member has a spherical shape .
好ましくは、前記被検査体はウェーハであって、前記荷重検出センサは該ウェーハを設置する台上に設置可能な前記荷重検出センサであることを特徴とする。   Preferably, the object to be inspected is a wafer, and the load detection sensor is the load detection sensor that can be placed on a table on which the wafer is placed.
好ましくは、前記上板と前記当接部材の間に間隙調整部材を備えることを特徴とする。   Preferably, a gap adjusting member is provided between the upper plate and the contact member.
さらに好ましくは、前記間隙調整部材は感圧硬化、熱硬化、時間硬化または光硬化の性質を有する接着部材であることを特徴とする。   More preferably, the gap adjusting member is an adhesive member having properties of pressure-sensitive curing, heat curing, time curing, or photocuring.
好ましくは、前記荷重検出素子と前記基板の間に高さ調整部材を備えることを特徴とする。   Preferably, a height adjusting member is provided between the load detecting element and the substrate.
さらに好ましくは、前記高さ調整部材は熱溶融し、低温硬化の性質を有する部材であることを特徴とする。   More preferably, the height adjusting member is a member that is melted by heat and has a property of low-temperature curing.
本発明の第2の観点に係る荷重検出センサの製造方法は、
基板に少なくとも3つの荷重検出素子を配設する工程と、
前記荷重検出素子に接するように上板を配置する工程とを備え
前記荷重検出素子を配設する工程は、
基板に凹部を形成する工程と、
前記凹部を覆うように支持された、ピエゾ素子を含む部材を配設する工程と、
前記ピエゾ素子を含む部材の上に球体の形状の当接部材を配置する工程と、
を含むことを特徴とする。
A method of manufacturing a load detection sensor according to the second aspect of the present invention includes:
Disposing at least three load detecting elements on the substrate;
And a step of arranging the upper plate so as to be in contact with the load detection element,
The step of disposing the load detection element includes:
Forming a recess in the substrate;
Disposing a member including a piezo element supported so as to cover the concave portion;
Arranging a spherical contact member on the member including the piezoelectric element;
It is characterized by including .
好ましくは、前記上板を配置する工程は、
前記板と前記当接部材との間に間隙調整部材を配設する工程と、
前記間隙調整部材を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする。
Preferably, the step of arranging the upper plate includes:
A step of disposing the shim between the abutment member and the upper plate,
Curing the gap adjusting member;
It is characterized by including.
好ましくは、前記上板を配置する工程は、
前記ピエゾ素子を含む部材と前記基板との間に高さ調整部材を配設する工程と、
前記基板、前記上板、前記ピエゾ素子を含む部材、前記当接部材および前記高さ調整部材を一体として上下反転させる工程と、
前記高さ調整部材を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする。
Preferably, the step of arranging the upper plate includes:
Disposing a height adjusting member between the member including the piezoelectric element and the substrate;
Reversing the substrate, the upper plate, the member including the piezoelectric element, the contact member and the height adjusting member as a unit,
Curing the height adjusting member;
It is characterized by including.
本発明の荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法によれば、プローブカードの印加荷重を測定することができる。   According to the load detection sensor and the manufacturing method of the load detection sensor of the present invention, the applied load of the probe card can be measured.
本発明の実施の形態に係るプローブ装置の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a probe apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る荷重検出ウェーハセンサの構成概略図で、プローブを接触させる側から見た平面図である。It is the structure schematic of the load detection wafer sensor which concerns on embodiment of this invention, and is the top view seen from the side which contacts a probe. 本発明の実施の形態1に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図2のM−M線断面を示す。It is sectional drawing of the load detection wafer sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention, and shows the MM sectional view of FIG. 本発明の実施の形態に係るピエゾチップの構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a piezo chip according to an embodiment of the present invention. 本実施の形態1に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mode of the manufacturing method of the load detection wafer sensor which concerns on this Embodiment 1. FIG. 本発明の実施の形態1の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。It is sectional drawing of the load detection wafer sensor which concerns on the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。It is sectional drawing of the load detection wafer sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。It is sectional drawing of the load detection wafer sensor which concerns on the modification of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。It is sectional drawing of the load detection wafer sensor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本実施の形態3に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mode of the manufacturing method of the load detection wafer sensor which concerns on this Embodiment 3. ピエゾチップを載置したロードセルを用いて単一ポイントを測定した、電圧の印加荷重依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the applied load dependence of the voltage which measured the single point using the load cell which mounted the piezo chip | tip.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態に係るプローブ装置の構成概略図を示す。プローブ装置1は、テスタ2と、プローバ3と、ステージ(チャック)4と、プローブカード5と、パフォーマンスボード6と、テストヘッド7と、アライメントカメラ8と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a probe apparatus according to an embodiment of the present invention. The probe device 1 includes a tester 2, a prober 3, a stage (chuck) 4, a probe card 5, a performance board 6, a test head 7, and an alignment camera 8.
プローバ3は、ステージ4を支持する。ステージ4は、テスト対象物であるウェーハWを固定する。プローブカード5は、プローブ5aを備える。パフォーマンスボード6は、プローブカード5を固定し、かつ、プローブカード5とテストヘッド7との間で信号伝送を仲介する役割を有する。ステージ4およびテストヘッド7のいずれかもしくは両方は、水平移動(X軸、Y軸、θ回転)および昇降(Z軸)が可能で、ウェーハWをプローブカード5に対向させ、所定の位置に支持できる。   The prober 3 supports the stage 4. The stage 4 fixes the wafer W that is a test object. The probe card 5 includes a probe 5a. The performance board 6 has a role of fixing the probe card 5 and mediating signal transmission between the probe card 5 and the test head 7. Either or both of the stage 4 and the test head 7 can be moved horizontally (X axis, Y axis, θ rotation) and moved up and down (Z axis), and the wafer W is opposed to the probe card 5 and supported at a predetermined position. it can.
テスタ2は制御部(図示せず)を備える。制御部の指示により、アライメントカメラ8で得られた画像を解析し、プローブカード5のプローブ5aと、ウェーハWの電極パッドPの位置合わせの調整を行う。また、制御部の指示により、プローブ5aおよび電極パッドPを介して、電気信号の入出力を行う。電気信号のデータは、数値処理を施され必要な情報データとなり、テスタ2の外部にある機器、例えばパソコンなどを使用して、測定したデータとして利用することができる。数値処理とは、得られたデータを整理してデータの背後に潜む関連や要因を探り易くするための加工を行うことを指す。   The tester 2 includes a control unit (not shown). According to an instruction from the control unit, the image obtained by the alignment camera 8 is analyzed, and the alignment of the probe 5a of the probe card 5 and the electrode pad P of the wafer W is adjusted. In addition, an electrical signal is input / output via the probe 5a and the electrode pad P in accordance with an instruction from the control unit. The electric signal data is subjected to numerical processing to become necessary information data, and can be used as measured data by using a device outside the tester 2, such as a personal computer. Numerical processing refers to processing the data obtained so as to make it easier to find the relations and factors lurking behind the data.
プローブ装置1を用いて、ウェーハWのテストを行う際、水平方向(X軸、Y軸)と高さ方向(Z軸)について調整し、プローブ5aと電極パッドPの接触を行う。接触した状態から、さらに高さ方向(Z軸)に所定の量を変位させて、プローブ5aと電極パッドPを押し付ける。オーバードライブを行うことで、確実な電気的接続の状態を得ることができる。   When the test of the wafer W is performed using the probe device 1, the horizontal direction (X axis, Y axis) and the height direction (Z axis) are adjusted, and the probe 5a and the electrode pad P are brought into contact with each other. A predetermined amount is further displaced in the height direction (Z axis) from the contacted state, and the probe 5a and the electrode pad P are pressed. By performing overdrive, a reliable electrical connection state can be obtained.
以下に、プローブ装置1に備えるプローブカード5からの荷重を測定するための、荷重検出ウェーハセンサについて説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る荷重検出ウェーハセンサの構成概略図で、プローブを接触させる側から見た平面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図2のM−M線断面を示す図である。図4はピエゾチップの構成概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面を示す図である。   Below, the load detection wafer sensor for measuring the load from the probe card 5 with which the probe apparatus 1 is provided is demonstrated. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the load detection wafer sensor according to the embodiment of the present invention, and is a plan view seen from the side in which the probe is contacted. FIG. 3 is a cross-sectional view of the load detection wafer sensor according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line MM in FIG. 4A and 4B are schematic diagrams of the configuration of the piezo chip, in which FIG. 4A is a plan view and FIG.
荷重検出ウェーハセンサ10は、上板11と、上板11に対向する位置に置かれた基板12と、電気的接続を行うための配線16と、上板11と基板12に挟まれたロードセル20と、を備える。図4に示すように、ピエゾチップ14は、中心部分の薄膜で形成されたメンブレン140と、メンブレン140の周縁にあるフレーム141と、を備える。   The load detection wafer sensor 10 includes an upper plate 11, a substrate 12 placed at a position facing the upper plate 11, wiring 16 for electrical connection, and a load cell 20 sandwiched between the upper plate 11 and the substrate 12. And comprising. As shown in FIG. 4, the piezo chip 14 includes a membrane 140 formed of a thin film at a central portion, and a frame 141 on the periphery of the membrane 140.
図3にロードセル20を示している。ロードセル20は、ピエゾチップ14とその上に載置した硬球15を含む。ロードセル20は、ピエゾチップ14のフレーム141が凹部13の周縁部で支持された構造である。硬球15を載せた部分のピエゾチップ14のメンブレン140は、凹部13があるため、基板12と直接に接することがない。図3において、ピエゾチップ14を配置する部分にザグリ18を形成し、ザグリ18の中に凹部13を形成した構造となっているが、ザグリ18の有無は影響しない。   FIG. 3 shows the load cell 20. The load cell 20 includes a piezo chip 14 and a hard ball 15 placed thereon. The load cell 20 has a structure in which the frame 141 of the piezo chip 14 is supported by the peripheral edge of the recess 13. The membrane 140 of the piezo chip 14 on which the hard ball 15 is placed does not directly contact the substrate 12 because of the recess 13. In FIG. 3, a counterbore 18 is formed in a portion where the piezo chip 14 is disposed, and a recess 13 is formed in the counterbore 18, but the presence or absence of the counterbore 18 has no effect.
荷重検出ウェーハセンサ10の面内に、直線上にない少なくとも3箇所のロードセル20を備えることで、荷重検出ウェーハセンサ10に掛かる荷重を検出することができる。このときロードセル20を設置する数を増やすことで、1つのロードセル20へ印加される荷重を軽減できる。   The load applied to the load detection wafer sensor 10 can be detected by providing at least three load cells 20 not on a straight line in the plane of the load detection wafer sensor 10. At this time, the load applied to one load cell 20 can be reduced by increasing the number of load cells 20 installed.
ロードセル20での荷重検出の際、ピエゾチップ14での抵抗値の変化が電気信号の形で、ピエゾチップ14に接続した表面配線16aから配線16を介してデータロガー17に伝送される。データロガー17では、各ロードセル20で検知したデータを計測したり、保存したりすることができる。   When a load is detected in the load cell 20, a change in resistance value in the piezo chip 14 is transmitted from the surface wiring 16 a connected to the piezo chip 14 to the data logger 17 through the wiring 16 in the form of an electric signal. The data logger 17 can measure and save data detected by each load cell 20.
上板11は、プローブカード5に対向する側の面は平坦である。上板11は、その板の硬さが、使用する荷重の範囲内において、たわみや変形を起こさない硬さの場合であれば、荷重検出により、総荷重とプローブカード5の傾きについて測定することが可能である。また、上板11は、その板の硬さが、使用する荷重の範囲内において、弾性変形し、常に全ての硬球15と接触した状態を保つ硬さの場合であれば、荷重検出により、総荷重と、上板11にかかる荷重の分布について測定することが可能である。総荷重とは、各ロードセル20で求めた荷重の和である。上板11にかかる荷重の分布は、ロードセル20の配置をもとに上板11を複数のエリアに分けたときに、それぞれのエリアにかかる荷重を検出することにより求めることができる。   The upper plate 11 has a flat surface on the side facing the probe card 5. If the hardness of the upper plate 11 is a hardness that does not cause deflection or deformation within the range of the load to be used, measure the total load and the inclination of the probe card 5 by load detection. Is possible. Further, if the upper plate 11 has a hardness that elastically deforms within the range of the load to be used and always keeps contact with all the hard balls 15, the load plate detects the total amount by detecting the load. It is possible to measure the load and the distribution of the load applied to the upper plate 11. The total load is the sum of the loads obtained by each load cell 20. The distribution of the load applied to the upper plate 11 can be obtained by detecting the load applied to each area when the upper plate 11 is divided into a plurality of areas based on the arrangement of the load cells 20.
ピエゾチップ14は、加えられたひずみによってその抵抗値が変化する性質(ピエゾ抵抗効果)を有しており、引っ張り歪みの場合は抵抗値が増加し、圧縮歪みの場合は抵抗値が減少する。ホイートストンブリッジ回路を用いて、抵抗値を電圧として変換して算出し、結果として抵抗値の変化を計算することができる。   The piezo chip 14 has a property (piezoresistance effect) in which the resistance value changes according to the applied strain. The resistance value increases in the case of tensile strain, and the resistance value decreases in the case of compressive strain. Using a Wheatstone bridge circuit, the resistance value can be converted and calculated as a voltage, and as a result, the change in resistance value can be calculated.
ピエゾチップ14の抵抗値の変化を検出しやすくするために、ピエゾチップ14を設ける箇所の基板12に、凹部13を備える。ピエゾチップ14のフレーム141が、凹部13の周縁部に支持された状態を維持できるようにすることで、荷重を受けたときに、メンブレン140は基板12に直接支持されずに、自由に撓むことができる。すなわち、凹部13により、ピエゾチップ14のメンブレン140の撓みを大きくでき、抵抗値の変化量を大きくすることができる。   In order to make it easy to detect a change in the resistance value of the piezo chip 14, a recess 13 is provided in the substrate 12 where the piezo chip 14 is provided. By enabling the frame 141 of the piezo chip 14 to be supported by the peripheral edge of the recess 13, the membrane 140 is not supported directly by the substrate 12 and is flexed freely when subjected to a load. be able to. That is, the concave portion 13 can increase the bending of the membrane 140 of the piezo chip 14 and increase the amount of change in resistance value.
凹部13の大きさは、メンブレン140より大きくフレーム141より小さくする。メンブレン140より大きくするのは、メンブレン140が変位する(撓む)ときの、自由な変位を妨げないためであり、抵抗値の変化量を大きくすることができるからである。凹部13の深さは、メンブレン140に荷重をかけたときの最大撓み量をもとに設定する。メンブレン140の撓み量よりも深ければよく、凹部13は基板12を貫通していてもかまわない。   The size of the recess 13 is larger than the membrane 140 and smaller than the frame 141. The reason why the size is larger than that of the membrane 140 is that the free displacement when the membrane 140 is displaced (bends) is not hindered, and the amount of change in resistance value can be increased. The depth of the recess 13 is set based on the maximum amount of bending when a load is applied to the membrane 140. The recess 13 may penetrate the substrate 12 as long as it is deeper than the bending amount of the membrane 140.
硬球15は、ピエゾチップ14の上に置かれる。上板11に加えられた荷重は、硬球15を介してメンブレン140の変位量(撓み量)として検出される。全ての硬球15の上端の高さは一定で、上板11と等しく接する状態であることが望ましい。より正確に荷重を検出するために、硬球15は、測定のために荷重を加えられてもほとんど変形しない硬さであり、かつ、精密な球形であることが好ましい。   The hard ball 15 is placed on the piezo chip 14. The load applied to the upper plate 11 is detected as a displacement amount (deflection amount) of the membrane 140 through the hard ball 15. It is desirable that the heights of the upper ends of all the hard balls 15 are constant and are in contact with the upper plate 11 equally. In order to detect the load more accurately, it is preferable that the hard sphere 15 has a hardness that hardly deforms even when a load is applied for measurement, and has a precise spherical shape.
次に、荷重検出ウェーハセンサ10を用いて、プローブカード5の荷重検出について説明する。図1の被対象物であるウェーハWの代わりに、図2および図3に示す荷重検出ウェーハセンサ10をプローブ装置1に装着する。   Next, load detection of the probe card 5 will be described using the load detection wafer sensor 10. A load detection wafer sensor 10 shown in FIGS. 2 and 3 is attached to the probe apparatus 1 instead of the wafer W which is the object of FIG.
荷重検出ウェーハセンサ10を、プローブ装置1のステージ4に水平方向(X軸、Y軸、θ回転)を合わせて設置する。荷重検出ウェーハセンサ10の設置方法は、荷重検出ウェーハセンサ10とデータロガー17との間の配線などの有無により異なる。   The load detection wafer sensor 10 is installed on the stage 4 of the probe apparatus 1 in the horizontal direction (X axis, Y axis, θ rotation). The installation method of the load detection wafer sensor 10 differs depending on the presence or absence of wiring between the load detection wafer sensor 10 and the data logger 17.
荷重検出ウェーハセンサ10が有線の場合、荷重検出ウェーハセンサ10のノッチ19aを目印に、手置きで設置する。ノッチ19aを備えていない場合であっても、荷重検出ウェーハセンサ10の形状などにより、ステージ4に対する荷重検出ウェーハセンサ10の向きを、水平方向において合わせることができればよい。荷重検出ウェーハセンサ10が無線の場合、予め荷重検出ウェーハセンサ10の上板11に形成しておいたアライメントマーク19bを目印に、アライメントカメラ8の映像解析を行いながら、ステージ4に対する荷重検出ウェーハセンサ10の向きを、水平方向において調整する。   When the load detection wafer sensor 10 is wired, the load detection wafer sensor 10 is manually placed with the notch 19a of the load detection wafer sensor 10 as a mark. Even in the case where the notch 19a is not provided, it is only necessary that the direction of the load detection wafer sensor 10 with respect to the stage 4 can be aligned in the horizontal direction depending on the shape of the load detection wafer sensor 10 or the like. When the load detection wafer sensor 10 is wireless, the load detection wafer sensor for the stage 4 is analyzed while analyzing the image of the alignment camera 8 with the alignment mark 19b formed on the upper plate 11 of the load detection wafer sensor 10 as a mark. The direction of 10 is adjusted in the horizontal direction.
このとき、ノッチ19aもしくは荷重検出ウェーハセンサ10荷重検出ウェーハセンサ10の中心位置をテスタ2で記憶しておくことで、測定した印加荷重のデータの位置を、正確に把握することができる。   At this time, by storing the notch 19a or the center position of the load detection wafer sensor 10 with the tester 2, the position of the measured applied load data can be accurately grasped.
荷重検出ウェーハセンサ10の垂直方向については、水平方向の調整を終えてから、プローブ装置1のステージ4およびテストヘッド7のいずれかもしくは両方を、昇降(Z軸)させて調整を行う。アライメントカメラ8での映像解析を元に、荷重検出ウェーハセンサ10とプローブ5aの接触を確認する。そして、ステージ4およびテストヘッド7のいずれかを昇降(Z軸)し所定の距離の分だけ近づけてオーバードライブを行う。このとき、プローブ5aは、対向する荷重検出ウェーハセンサ10に押し付けられる。   The vertical direction of the load detection wafer sensor 10 is adjusted by moving up or down (Z axis) one or both of the stage 4 and the test head 7 of the probe apparatus 1 after the horizontal adjustment is finished. Based on the image analysis by the alignment camera 8, the contact between the load detection wafer sensor 10 and the probe 5a is confirmed. Then, either of the stage 4 and the test head 7 is moved up and down (Z-axis) and brought close by a predetermined distance to perform overdrive. At this time, the probe 5a is pressed against the opposing load detection wafer sensor 10.
プローブ5aが上板11を押し、硬球15を介して、その荷重はピエゾチップ14にかかり、データロガー17を通じてその荷重を測定することができる。例えばデータロガー17では、ピエゾチップ14のピエゾ抵抗の変化を、ホイートストンブリッジで構成された電気回路を用いて電圧や電流を測定し、電圧や電流の変化量より抵抗値の変化量のデータに換算しておく。予め、抵抗値の変化量と印加荷重の関係を求めておくことで、抵抗値の変化量のデータから、荷重を求めることができる。   The probe 5 a pushes the upper plate 11, and the load is applied to the piezo chip 14 through the hard ball 15, and the load can be measured through the data logger 17. For example, the data logger 17 measures the change in the piezo resistance of the piezo chip 14 by measuring the voltage and current using an electric circuit composed of a Wheatstone bridge, and converts the change in the resistance value from the change in the voltage or current. Keep it. By obtaining the relationship between the change amount of the resistance value and the applied load in advance, the load can be obtained from the data on the change amount of the resistance value.
以下、荷重検出ウェーハセンサ10の製造方法について図5を参照しながら説明する。ロードセル20の数について、少なくとも直線上にはない3箇所を設けることで、平面を支えることができ、荷重検出ウェーハセンサ10の上板11を支持することができる。好ましくは等間隔で複数配置することで、例えば、直径300mmの基板12に16個前後のロードセル20を配置する。   Hereinafter, the manufacturing method of the load detection wafer sensor 10 will be described with reference to FIG. With respect to the number of load cells 20, by providing at least three locations that are not on a straight line, a plane can be supported and the upper plate 11 of the load detection wafer sensor 10 can be supported. Preferably, a plurality of load cells 20 are arranged at equal intervals, for example, around 16 load cells 20 are arranged on a substrate 12 having a diameter of 300 mm.
基板12上に、ロードセル20の数の分のザグリ18を形成する(図5(a))。ザグリ18の大きさは、ピエゾチップ14が間隙なく入り、かつ、ピエゾチップ14のフレーム141の最も高い部分が基板12と同じ高さであることが望ましい。ザグリ18は、ピエゾチップ14の位置を安定して配置するだけでなく、ピエゾチップ14の表面高さと基板12の高さが等しくなるので、配線16の形成が行いやすくなる。   Counterbores 18 corresponding to the number of load cells 20 are formed on the substrate 12 (FIG. 5A). The size of the counterbore 18 is desirably such that the piezo chip 14 can enter without a gap, and the highest portion of the frame 141 of the piezo chip 14 is the same height as the substrate 12. The counterbore 18 not only stably arranges the position of the piezo chip 14, but also the surface height of the piezo chip 14 and the height of the substrate 12 are equal, so that the wiring 16 can be easily formed.
ザグリ18の中心部分に、さらに凹部13を形成する(図5(b))。凹部13は、ピエゾチップ14のメンブレン140が変位したときの、メンブレン140が撓むのを妨げないためのスペースの確保のために形成される。凹部13の大きさは、メンブレン140より大きくフレーム141より小さくする。凹部13の大きさをメンブレン140より大きくするのは、メンブレン140が変位する(撓む)ときの、自由な変位を妨げないためであり、抵抗値の変化量を大きくすることができるからである。凹部13の深さは、メンブレン140に荷重をかけたときの最大撓み量をもとに設定する。メンブレン140の撓み量よりも深ければよく、凹部13は基板12を貫通していてもかまわない。   A recess 13 is further formed in the center portion of the counterbore 18 (FIG. 5B). The recess 13 is formed to secure a space for preventing the membrane 140 from being bent when the membrane 140 of the piezo chip 14 is displaced. The size of the recess 13 is larger than the membrane 140 and smaller than the frame 141. The reason why the size of the concave portion 13 is made larger than that of the membrane 140 is that it does not prevent free displacement when the membrane 140 is displaced (bends), and the amount of change in resistance value can be increased. . The depth of the recess 13 is set based on the maximum amount of bending when a load is applied to the membrane 140. The recess 13 may penetrate the substrate 12 as long as it is deeper than the bending amount of the membrane 140.
次に、ピエゾチップ14をザグリ18に挿入し(図5(c))、配線16を形成する(図5(d))。配線により、ピエゾチップ14からデータロガー17へ電気的接続が可能となり、各ロードセル20で検知したデータを計測したり、保存したりすることができる。基板12上の配線16とピエゾチップ14上の表面配線16aは連続しており、これら配線16および表面配線16aの形成には、公知の薄膜堆積技術とパターニング技術を用いることができる。例えば、銅などの導電性薄膜をスパッタリング法などにより基板12上に堆積した後、フォトリソグラフィおよびエッチング工程で導電性薄膜をパターニングすれば、任意のパターンを持った配線16を形成することができる。   Next, the piezo chip 14 is inserted into the counterbore 18 (FIG. 5C), and the wiring 16 is formed (FIG. 5D). Wiring enables electrical connection from the piezo chip 14 to the data logger 17, and data detected by each load cell 20 can be measured or stored. The wiring 16 on the substrate 12 and the surface wiring 16a on the piezo chip 14 are continuous, and a known thin film deposition technique and patterning technique can be used to form the wiring 16 and the surface wiring 16a. For example, if a conductive thin film such as copper is deposited on the substrate 12 by sputtering or the like and then the conductive thin film is patterned by photolithography and etching processes, the wiring 16 having an arbitrary pattern can be formed.
ピエゾチップ14上に、高い剛性を有する部材で形成された、精密な球形である硬球15を配置し、その硬球15の上に、上板11を載置する(図5(e))。硬球15はピエゾチップ14と接し、かつ、上板11と接することで、上板11に掛かる荷重をそのままピエゾチップ14に掛けることができる。ピエゾチップ14のメンブレン140は、上板11に掛かる荷重の向きと同方向に荷重を受けて変位する。このとき用いる上板11は、プローブカード5に対向する面側は平坦で、かつ、上板11のどの部分においても等しい厚みであることが望ましい。   On the piezo chip 14, a hard sphere 15 that is a precise sphere formed of a member having high rigidity is disposed, and the upper plate 11 is placed on the hard sphere 15 (FIG. 5E). Since the hard ball 15 is in contact with the piezo chip 14 and in contact with the upper plate 11, a load applied to the upper plate 11 can be directly applied to the piezo chip 14. The membrane 140 of the piezo chip 14 is displaced by receiving a load in the same direction as the direction of the load applied to the upper plate 11. It is desirable that the upper plate 11 used at this time is flat on the side facing the probe card 5 and has an equal thickness in any part of the upper plate 11.
上板11に掛ける荷重に偏りが生じている場合、ピエゾチップ14に掛かる荷重も場所により異なる。ピエゾチップ14で検出した抵抗値の変化をもとに、荷重を検出することで、荷重の偏りが分かる。また、形成したロードセル20の場所の全てにおいて、検出荷重の総和を取ることにより、荷重検出ウェーハセンサ10への印加荷重を評価することができる。さらに、上板11が弾力性を備える場合、すなわち荷重を受けて撓みを生じる場合は、プローブカード5が上板11に掛ける場所の荷重に合わせて上板11が撓む。そのため、荷重の総和による印加荷重だけでなく、形成したロードセル20の場所毎に掛かる荷重を検出し、荷重の分布を求めることができる。   When the load applied to the upper plate 11 is uneven, the load applied to the piezo chip 14 also varies depending on the location. By detecting the load based on the change in the resistance value detected by the piezo chip 14, the bias of the load can be found. Moreover, the applied load to the load detection wafer sensor 10 can be evaluated by taking the sum of the detected loads at all the locations of the formed load cells 20. Further, when the upper plate 11 has elasticity, that is, when it bends upon receiving a load, the upper plate 11 bends according to the load at the place where the probe card 5 is applied to the upper plate 11. Therefore, not only the applied load based on the sum of the loads but also the load applied to each place of the formed load cell 20 can be detected, and the load distribution can be obtained.
図6は、本発明の実施の形態1の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図2のM−M線断面を示す図である。図3では、凹部13を覆うようにしてザグリ18を設けて、ピエゾチップ14を載置しているが、図6はザグリ18を設けていない場合である。基板12側に基板パッド12aを備える。また、基板パッド12aの一部は表面配線16aを兼ねる。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a load detection wafer sensor according to a modification of the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line MM in FIG. In FIG. 3, the counterbore 18 is provided so as to cover the recess 13 and the piezo chip 14 is placed, but FIG. 6 shows a case where the counterbore 18 is not provided. A substrate pad 12a is provided on the substrate 12 side. A part of the substrate pad 12a also serves as the surface wiring 16a.
ザグリ18を形成する場合よりも、荷重検出ウェーハセンサ10の全体厚みが、若干、大きくなるおそれがあるが、ザグリ加工でのザグリ18深さの違いによる、それぞれのロードセル20の高さの不均一がなくなる。ピエゾチップ14の高さが揃いやすくなり、硬球15の先端高さが一定となるので、印加荷重の検出精度を高くすることができる。また、基板12上に配線16と、基板パッド12aと、表面配線16aを、導電性薄膜を用いてパターニング形成するので、配線16の形成が容易であり、ピエゾチップ14と配線16の接続不良が発生しにくい。   Although the total thickness of the load detection wafer sensor 10 may be slightly larger than when the counterbore 18 is formed, the height of each load cell 20 is uneven due to the difference in the counterbore 18 depth in the counterbore processing. Disappears. Since the heights of the piezo chips 14 are easily aligned and the tip height of the hard ball 15 is constant, the applied load detection accuracy can be increased. In addition, since the wiring 16, the substrate pad 12a, and the surface wiring 16a are patterned and formed on the substrate 12 using a conductive thin film, the wiring 16 can be easily formed, and connection failure between the piezo chip 14 and the wiring 16 is caused. Hard to occur.
実施の形態1および実施の形態1の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサ10を用いることで、プローブ装置1を使用して電気的検査を行うときの、プローブカード5の印加荷重を測定することが可能となる。再現性が高く、適切なコンタクト圧を印加するためのオーバードライブ量が分かり、ウェーハWおよびプローブカード5のプローブ5aにかける負担を最小限にすることができる。また、電気的検査のテスト不良を低減させることも可能である。   By using the load detection wafer sensor 10 according to the first embodiment and the modification of the first embodiment, it is possible to measure the applied load of the probe card 5 when performing an electrical inspection using the probe device 1. It becomes possible. The reproducibility is high, the amount of overdrive for applying an appropriate contact pressure is known, and the burden on the wafer W and the probe 5a of the probe card 5 can be minimized. It is also possible to reduce test failures in electrical inspection.
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図2のM−M線断面を示す。荷重検出ウェーハセンサの構成を示す、プローブをあてる側から見た平面図は、図2に示すものと同じである。荷重検出ウェーハセンサ10の基本的な構造については実施の形態1と同じであり、ザグリ18を形成したタイプのものである。実施の形態2では、荷重検出ウェーハセンサ10の、上板11と硬球15の間に、間隙調整部材21を備える。
(Embodiment 2)
7 is a cross-sectional view of the load detection wafer sensor according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along line MM of FIG. A plan view showing the configuration of the load detection wafer sensor as viewed from the probe application side is the same as that shown in FIG. The basic structure of the load detection wafer sensor 10 is the same as that of the first embodiment, and is a type in which a counterbore 18 is formed. In the second embodiment, a gap adjusting member 21 is provided between the upper plate 11 and the hard ball 15 of the load detection wafer sensor 10.
荷重検出ウェーハセンサ10を構成する各々の部材には、部材の製造時などの規格寸法内での公差を有する。例えば、上板11および基板12の平滑性やピエゾチップ14の大きさ、硬球15の大きさなど、規格範囲内での公差を有していることが充分に考えられる。荷重検出ウェーハセンサ10において、硬球15全てが等しく上板11に均一に接することが理想であるが精密には均一とならず、構成する部材に若干のばらつきが発生するため、荷重検出の結果に影響を及ぼすおそれがある。   Each member constituting the load detection wafer sensor 10 has a tolerance within a standard dimension at the time of manufacturing the member. For example, it is sufficiently conceivable to have tolerances within a standard range such as the smoothness of the upper plate 11 and the substrate 12, the size of the piezo chip 14, and the size of the hard ball 15. In the load detection wafer sensor 10, it is ideal that all the hard balls 15 are in uniform contact with the upper plate 11, but it is not precisely uniform, and some variation occurs in the constituent members. May have an effect.
荷重検出ウェーハセンサ10の上板11と、硬球15との間に、ばらつきをなくすための間隙調整部材21を備えることで、硬球15全てが等しく均一な力で上板11に接することが可能となる。間隙調整部材21には、感圧硬化型、熱硬化型、時間硬化型または光硬化型などの性質を有する接着剤を用いることができる。これらの接着剤は、硬化した後、塑性変形および弾性変形がほとんどなく、荷重検出の際の負荷が加わった場合に起こる変形は、充分に無視できるほど小さいものを用いる。   By providing the gap adjusting member 21 between the upper plate 11 of the load detection wafer sensor 10 and the hard ball 15 so as to eliminate variations, it is possible for all the hard balls 15 to contact the upper plate 11 with equal and uniform force. Become. For the gap adjusting member 21, an adhesive having properties such as a pressure-sensitive curable type, a thermosetting type, a time curable type, or a photocurable type can be used. These adhesives are used so that they hardly undergo plastic deformation and elastic deformation after being cured, and the deformation that occurs when a load is applied during load detection is small enough to be ignored.
荷重検出ウェーハセンサ10を製造する過程において、上板11を載せる前の状態まで組み立てておく。硬球15に接する部分の、対応する上板11の部分に、硬化する前の、可塑性を有する間隙調整部材21を付しておく。そして、硬球15と間隙調整部材21とが接するように上板11を載せる。   In the process of manufacturing the load detection wafer sensor 10, the assembly is performed up to the state before the upper plate 11 is placed. A gap adjusting member 21 having plasticity before being hardened is attached to a portion of the corresponding upper plate 11 in contact with the hard ball 15. Then, the upper plate 11 is placed so that the hard ball 15 and the gap adjusting member 21 are in contact with each other.
上板11の自重により、上板11と硬球15の間の間隙調整部材21は変形する。硬球15は、間隙調整部材21を介して、均一な力の状態で上板11に接することが可能となる。見かけ上、上板11と全ての硬球15が等しく接する状態となり、このまま、間隙調整部材21を硬化させることで、荷重検出ウェーハセンサ10に発生していたばらつきの影響を取り除くことが可能となる。   The gap adjusting member 21 between the upper plate 11 and the hard ball 15 is deformed by the weight of the upper plate 11. The hard ball 15 can come into contact with the upper plate 11 with a uniform force through the gap adjusting member 21. Apparently, the upper plate 11 and all the hard balls 15 are in contact with each other equally, and the gap adjusting member 21 is cured as it is, so that it is possible to remove the influence of the variation occurring in the load detection wafer sensor 10.
間隙調整部材21を硬化させる際、プローブ装置1のステージ4上に荷重検出ウェーハセンサ10を載置した状態で行ってもよい。荷重検出ウェーハセンサ10内だけでなく、凹型や凸型、平面型などのステージ4の形状に合わせることで、プローブ装置1に設置することで生じるおそれのある、ばらつきの影響を低減することができる。その結果、荷重検出の測定の精度が高くなり、再現性のある荷重検出ウェーハセンサ10を製造することが可能となる。   When the gap adjusting member 21 is cured, the load detecting wafer sensor 10 may be placed on the stage 4 of the probe apparatus 1. By matching not only the inside of the load detection wafer sensor 10 but also the shape of the stage 4 such as a concave type, a convex type, or a flat type, it is possible to reduce the influence of variations that may occur when the probe device 1 is installed. . As a result, the accuracy of the load detection measurement is increased, and the load detection wafer sensor 10 having reproducibility can be manufactured.
図8は、本発明の実施の形態2の変形例に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図である。荷重検出ウェーハセンサ10の基本的な構造については、実施の形態1の変形例と同じであり、ザグリ18のないタイプである。実施の形態2と同様に、荷重検出ウェーハセンサ10の、上板11と硬球15の間に、間隙調整部材21を備える。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a load detection wafer sensor according to a modification of the second embodiment of the present invention. The basic structure of the load detection wafer sensor 10 is the same as the modification of the first embodiment, and is a type without the counterbore 18. As in the second embodiment, a gap adjusting member 21 is provided between the upper plate 11 and the hard ball 15 of the load detection wafer sensor 10.
荷重検出ウェーハセンサ10を構成する各々の部材の、規格寸法内での公差から生じるばらつきを、間隙調整部材21により調整し、ばらつきをなくすことが可能となる。ザグリ18を形成した荷重検出ウェーハセンサ10の場合に比べて、もともとのばらつきが小さいので、上板11と硬球15の間の間隙調整部材21の厚みを抑えることが可能となる。また、間隙調整部材21が硬化するときの部材の変形量を小さくすることで、硬球15の位置のズレが生じにくくなったり、硬化にかかる時間の短縮など、製造における作業効率などが改善する。   Variations caused by tolerances within the standard dimension of each member constituting the load detection wafer sensor 10 can be adjusted by the gap adjusting member 21 to eliminate the variation. Compared to the case of the load detection wafer sensor 10 in which the counterbore 18 is formed, since the original variation is small, the thickness of the gap adjusting member 21 between the upper plate 11 and the hard ball 15 can be suppressed. Further, by reducing the amount of deformation of the member when the gap adjusting member 21 is cured, the position of the hard ball 15 is less likely to be displaced, and the work efficiency in manufacturing such as shortening of the curing time is improved.
実施の形態2および実施の形態2の変形例において、上板11と硬球15の間に、間隙調整部材21を備えることで、より、検出感度の高い、荷重検出ウェーハセンサ10とすることができる。上板11に掛かる荷重を、上板11の部分毎に対応する硬球15を介して、ロードセル20で荷重を検出し測定することで、プローブカード5からの印加荷重を適切に測定することができる。さらに、荷重検出ウェーハセンサ10の代わりに、実際に検査を行うウェーハWを用いてプローブ装置1で検査したときの再現性が高く、適切に電気的特性検査を行うことができる。   In the second embodiment and the modification of the second embodiment, by providing the gap adjusting member 21 between the upper plate 11 and the hard ball 15, the load detection wafer sensor 10 with higher detection sensitivity can be obtained. . By detecting and measuring the load applied to the upper plate 11 by the load cell 20 via the hard ball 15 corresponding to each portion of the upper plate 11, the applied load from the probe card 5 can be appropriately measured. . Furthermore, instead of the load detection wafer sensor 10, the reproducibility when inspected by the probe apparatus 1 using the wafer W to be actually inspected is high, and the electrical characteristic inspection can be appropriately performed.
(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3に係る荷重検出ウェーハセンサの断面図で、図2のM−M線断面を示す。荷重検出ウェーハセンサの構成を示す、プローブをあてる側から見た平面図は、図2に示すものと同じである。荷重検出ウェーハセンサ10の基本的な構造については実施の形態1の変形例と同じであり、ザグリ18のないタイプである。実施の形態3では、荷重検出ウェーハセンサ10の、基板12とピエゾチップ14の間に、高さ調整部材22を備える。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the load detection wafer sensor according to the third embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along line MM of FIG. A plan view showing the configuration of the load detection wafer sensor as viewed from the probe application side is the same as that shown in FIG. The basic structure of the load detection wafer sensor 10 is the same as that of the modification of the first embodiment, and is a type without the counterbore 18. In the third embodiment, a height adjusting member 22 is provided between the substrate 12 and the piezo chip 14 of the load detection wafer sensor 10.
荷重検出ウェーハセンサ10を構成する各々の部材には、部材の製造時などの規格寸法内での公差を有する。例えば、上板11および基板12の平滑性や、ピエゾチップ14の大きさ、硬球15の大きさなど、規格範囲内での公差を有していることが充分に考えられる。荷重検出ウェーハセンサ10において、硬球15全てが等しく上板11に均一に接することが理想であるが精密には均一とならず、構成する部材に若干のばらつきが発生するため、荷重検出の結果に影響を及ぼすおそれがある。   Each member constituting the load detection wafer sensor 10 has a tolerance within a standard dimension at the time of manufacturing the member. For example, it is sufficiently conceivable to have tolerances within a standard range such as the smoothness of the upper plate 11 and the substrate 12, the size of the piezo chip 14, and the size of the hard ball 15. In the load detection wafer sensor 10, it is ideal that all the hard balls 15 are in uniform contact with the upper plate 11, but it is not precisely uniform, and some variation occurs in the constituent members. May have an effect.
荷重検出ウェーハセンサ10の基板12と、ピエゾチップ14の間に、ばらつきをなくすための高さ調整部材22を備えることで、硬球15全てが等しく均一な力で上板11に接することが可能となる。高さ調整部材22は、熱融解し、かつ、低温で硬化するクリームはんだを用いる。クリームはんだを使用してリフロー工程を経て、レベリングを行うことにより、ばらつきを調整する。高さ調整部材22は、基板12の基板パッド12aとピエゾチップ14の間に置かれるもので、電気的に接続する性質を有する。   By providing the height adjusting member 22 for eliminating variations between the substrate 12 of the load detection wafer sensor 10 and the piezo chip 14, it is possible for all the hard balls 15 to contact the upper plate 11 with equal and uniform force. Become. The height adjusting member 22 uses a cream solder that melts by heat and cures at a low temperature. The variation is adjusted by performing leveling through a reflow process using cream solder. The height adjusting member 22 is placed between the substrate pad 12a of the substrate 12 and the piezo chip 14 and has an electrical connection property.
図10は、本実施の形態3に係る荷重検出ウェーハセンサの製造方法の様子を示した断面図である。図10(d)の工程の後に完成となり、完成図は図9に示すものと同じである。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of the method of manufacturing the load detection wafer sensor according to the third embodiment. Completion is performed after the step of FIG. 10D, and the completed drawing is the same as that shown in FIG.
図10(a)では、基板12に公知の半導体プロセス技術により、凹部13を形成し、さらに、フォトリソグラフィおよびエッチング工程で導電性薄膜をパターニングし、配線16などを形成した図である。基板パッド12aと、表面配線16aは、配線16の形成と同時にパターニングにより形成される。   FIG. 10A is a diagram in which a recess 13 is formed on the substrate 12 by a known semiconductor process technique, and a conductive thin film is patterned by photolithography and etching processes to form wirings 16 and the like. The substrate pad 12a and the surface wiring 16a are formed by patterning simultaneously with the formation of the wiring 16.
図10(b)では、ペースト状のクリームはんだである高さ調整部材22を、基板パッド12aと表面配線16aの上に重なるように印刷する。次に、図10(c)のように、高さ調整部材22の上に、ピエゾチップ14を実装する。さらに、ピエゾチップ14の上に、硬球15および上板11も合わせて実装する。   In FIG. 10B, the height adjusting member 22 which is a paste-like cream solder is printed so as to overlap the substrate pad 12a and the surface wiring 16a. Next, as shown in FIG. 10C, the piezo chip 14 is mounted on the height adjusting member 22. Further, the hard ball 15 and the upper plate 11 are also mounted on the piezo chip 14.
図10(d)は、全ての部品を実装した状態の荷重検出ウェーハセンサ10である。高さ調整部材22は、まだはんだ付けされてない状態のままで、荷重検出ウェーハセンサ10を上下反転しておく。上下反転することで、全ての硬球15が等しく上板11と接する状態となる。各々の部材を重ねて実装することにより生じていた部品高さのばらつきは、硬球15と上板11との間に発生していたが、上下反転して置くことで、高さ調整部材22の近傍へとばらつきの発生場所が移動する。   FIG. 10D shows the load detection wafer sensor 10 in a state where all components are mounted. The height adjustment member 22 is turned upside down with the load detection wafer sensor 10 in a state where it has not been soldered yet. By flipping up and down, all the hard balls 15 are in contact with the upper plate 11 equally. The variation in the height of the parts caused by mounting each member in an overlapping manner has occurred between the hard ball 15 and the upper plate 11, but by placing the member upside down, the height adjustment member 22 The location of variation moves to the vicinity.
図10(d)の状態で、基板12に熱を加えて高さ調整部材22であるクリームはんだを溶かし、リフローを行う。リフロー時に、高さ調整部材22の厚みが変化し、ばらつきが解消すると同時に、はんだ付けは終了し、図10(e)に示すように荷重検出ウェーハセンサ10が完成する。図10(e)は、図9と同じ構成である。同時に、基板12の基板パッド12aとピエゾチップ14の間を埋め、電気的接続を行うことが可能となる。荷重検出ウェーハセンサ10の各部材への熱による影響をできるだけ少なくするために、高さ調整部材22の硬化のための冷却を、自然冷却ではなく、短時間での急激な冷却で行ってもよい。   In the state of FIG. 10D, heat is applied to the substrate 12 to melt the cream solder as the height adjusting member 22, and reflow is performed. At the time of reflow, the thickness of the height adjusting member 22 changes and the variation is eliminated. At the same time, the soldering is finished, and the load detection wafer sensor 10 is completed as shown in FIG. FIG. 10E has the same configuration as FIG. At the same time, the gap between the substrate pad 12a of the substrate 12 and the piezo chip 14 can be filled and electrical connection can be performed. In order to reduce the influence of heat on each member of the load detection wafer sensor 10 as much as possible, the cooling for curing the height adjusting member 22 may be performed not by natural cooling but by rapid cooling in a short time. .
実施の形態3において、基板12とピエゾチップ14の間に、高さ調整部材22を備えることで、より、検出感度の高い、荷重検出ウェーハセンサ10とすることができる。全ての硬球15は等しく上板11に接し、また、等しくピエゾチップ14に接することで、より、上板11に掛かる荷重をロードセル20で正確に測定することが可能となる。プローブカード5が荷重検出ウェーハセンサ10に掛ける荷重を適切に測定できることで、実際のウェーハWの電気的特性検査を適切に行うことが可能となる。   In the third embodiment, by providing the height adjusting member 22 between the substrate 12 and the piezo chip 14, the load detection wafer sensor 10 with higher detection sensitivity can be obtained. Since all the hard balls 15 are in contact with the upper plate 11 equally and in contact with the piezo chip 14 equally, the load applied to the upper plate 11 can be more accurately measured by the load cell 20. Since the load applied to the load detection wafer sensor 10 by the probe card 5 can be appropriately measured, it is possible to appropriately perform the electrical characteristic inspection of the actual wafer W.
(実施例)
図11は、ピエゾチップを載置したロードセルを用いて単一ポイントを測定した、電圧の印加荷重依存性を示すグラフである。横軸に印加荷重、縦軸に電圧差をとっている。予め、印加荷重と抵抗値の変化量の関係について求めておく。ピエゾ抵抗の変化は、ピエゾ抵抗を構成要素とするホイートストンブリッジを作成し、電圧差より求める。
(Example)
FIG. 11 is a graph showing the applied load dependence of the voltage measured at a single point using a load cell on which a piezo chip is placed. The applied load is plotted on the horizontal axis and the voltage difference is plotted on the vertical axis. The relationship between the applied load and the change amount of the resistance value is obtained in advance. The change in piezoresistance is obtained from a voltage difference by creating a Wheatstone bridge having the piezoresistance as a component.
実施例より、掛ける荷重を増やすにつれて、電圧値の差が比例して増加していることが分かり、印加荷重依存性が認められることから、荷重検出ウェーハセンサ10を用いることで、荷重の検出は可能であることがわかる。   From the example, it can be seen that as the applied load is increased, the difference in voltage value is proportionally increased and the applied load dependence is recognized. Therefore, by using the load detection wafer sensor 10, the load detection can be performed. It turns out that it is possible.
本発明の荷重検出ウェーハセンサおよび荷重検出ウェーハセンサの製造方法によれば、プローブカードの印加荷重を測定することができる。荷重検出ウェーハセンサをウェーハの代わりにプローブ装置に備えて荷重を測定することができるので、より実体に即した荷重の検出が可能となる。   According to the load detection wafer sensor and the manufacturing method of the load detection wafer sensor of the present invention, the applied load of the probe card can be measured. Since the load detection wafer sensor can be provided in the probe device instead of the wafer and the load can be measured, the load can be detected in a more realistic manner.
また、検出した荷重の測定値を、電気的特性検査で行うときのオーバードライブの変位量を決定するときのデータとして生かすことができるだけでなく、電気的特性の検査結果の精度が上がる。さらに、検査時のオーバードライブの変位量を最小限にすることができるので、ウェーハ、プローブカードおよびプローブへの負荷を抑えることができる。   In addition, the measured value of the detected load can be used as data for determining the displacement amount of the overdrive when the electrical characteristic inspection is performed, and the accuracy of the electrical characteristic inspection result is improved. Furthermore, since the amount of displacement of the overdrive at the time of inspection can be minimized, the load on the wafer, probe card and probe can be suppressed.
なお、実施の形態で説明したプローブ装置、プローブカード、荷重検出ウェーハセンサ、ロードセル(ピエゾチップ含む)などの構成は一例であり、任意に変更及び修正が可能である。例えばプローブ装置およびプローブカードは図1に限定されず、装置の機構やプローブカードの形状など、電気的特性検査を行うウェーハに合わせて適用することができる。   Note that the configurations of the probe device, the probe card, the load detection wafer sensor, the load cell (including the piezo chip), and the like described in the embodiment are merely examples, and can be arbitrarily changed and modified. For example, the probe device and the probe card are not limited to those shown in FIG. 1, and can be applied to a wafer to be inspected for electrical characteristics such as the mechanism of the device and the shape of the probe card.
また、間隙調整部材については硬化性のある接着部材を例に挙げて、高さ調整部材についてはクリームはんだを例に挙げて説明したが、同等の効果を有する部材であればよい。高さ調整部材については、電気的接続を可能にする部材であることも必要である。   Further, the gap adjusting member has been described by taking a curable adhesive member as an example, and the height adjusting member has been described by taking cream solder as an example, but any member having an equivalent effect may be used. The height adjusting member needs to be a member that enables electrical connection.
1 プローブ装置
2 テスタ
3 プローバ
4 ステージ(チャック)
5 プローブカード
5a プローブ
10 荷重検出ウェーハセンサ
11 上板
12 基板
13 凹部
14 ピエゾチップ
15 硬球
20 ロードセル
21 間隙調整部材
22 高さ調整部材
P 電極パッド
W ウェーハ
1 probe device 2 tester 3 prober 4 stage (chuck)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Probe card 5a Probe 10 Load detection wafer sensor 11 Upper plate 12 Substrate 13 Concave part 14 Piezo chip 15 Hard ball 20 Load cell 21 Gap adjustment member 22 Height adjustment member P Electrode pad W Wafer

Claims (9)

  1. 被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置の、該被検査体を設置する台上に設置可能なセンサであって、
    基板と、
    前記基板に配設された少なくとも3つの荷重検出素子と、
    前記荷重検出素子の上に配置する上板とを備え
    前記基板は前記荷重検出素子を配設する側の面に凹部が形成され、
    前記荷重検出素子は前記凹部の周縁部に支持されたピエゾ素子を含む部材と、
    前記ピエゾ素子を含む部材と前記上板の間に配置され、該ピエゾ素子を含む部材と該上板のそれぞれの一部分と接する当接部材とを備え、
    前記当接部材は球体の形状であることを特徴とする荷重検出センサ。
    A probe device for inspecting electrical characteristics of an object to be inspected, a sensor that can be installed on a table on which the object to be inspected is installed,
    A substrate,
    At least three load detection elements disposed on the substrate;
    And a top plate disposed on the load detection element,
    The substrate has a recess formed on a surface on which the load detection element is disposed,
    The load detection element is a member including a piezo element supported on the peripheral edge of the recess,
    A member including the piezo element and the upper plate, and a member including the piezo element and a contact member in contact with each part of the upper plate;
    The load detecting sensor, wherein the contact member has a spherical shape .
  2. 前記被検査体はウェーハであって、前記荷重検出センサは該ウェーハを設置する台上に設置可能な形状であることを特徴とする請求項1に記載の荷重検出センサ。   The load detection sensor according to claim 1, wherein the object to be inspected is a wafer, and the load detection sensor has a shape that can be placed on a table on which the wafer is placed.
  3. 前記上板と前記当接部材の間に間隙調整部材を備えることを特徴とする請求項またはに記載の荷重検出センサ。 Load detection sensor according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a shim between the upper plate and the abutment member.
  4. 前記間隙調整部材は感圧硬化、熱硬化、時間硬化または光硬化の性質を有する接着部材であることを特徴とする請求項に記載の荷重検出センサ。 The load detection sensor according to claim 3 , wherein the gap adjusting member is an adhesive member having properties of pressure-sensitive curing, heat curing, time curing, or photocuring.
  5. 前記荷重検出素子と前記基板の間に高さ調整部材を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の荷重検出センサ。 Load detection sensor according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a height adjusting member between the substrate and the load detection element.
  6. 前記高さ調整部材は熱溶融し、低温硬化の性質を有する部材であることを特徴とする請求項に記載の荷重検出センサ。 The load detection sensor according to claim 5 , wherein the height adjusting member is a member that is melted by heat and has a property of low-temperature curing.
  7. 基板に少なくとも3つの荷重検出素子を配設する工程と、
    前記荷重検出素子に接するように上板を配置する工程とを備え
    前記荷重検出素子を配設する工程は、
    基板に凹部を形成する工程と、
    前記凹部を覆うように支持された、ピエゾ素子を含む部材を配設する工程と、
    前記ピエゾ素子を含む部材の上に球体の形状の当接部材を配置する工程と、
    を含むことを特徴とする荷重検出センサの製造方法。
    Disposing at least three load detecting elements on the substrate;
    And a step of arranging the upper plate so as to be in contact with the load detection element,
    The step of disposing the load detection element includes:
    Forming a recess in the substrate;
    Disposing a member including a piezo element supported so as to cover the concave portion;
    Arranging a spherical contact member on the member including the piezoelectric element;
    The manufacturing method of the load detection sensor characterized by including .
  8. 前記上板を配置する工程は、
    前記板と前記当接部材との間に間隙調整部材を配設する工程と、
    前記間隙調整部材を硬化させる工程と、
    を含むことを特徴とする請求項に記載の荷重検出センサの製造方法。
    The step of arranging the upper plate includes:
    A step of disposing the shim between the abutment member and the upper plate,
    Curing the gap adjusting member;
    The manufacturing method of the load detection sensor of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
  9. 前記上板を配置する工程は、
    前記ピエゾ素子を含む部材と前記基板との間に高さ調整部材を配設する工程と、
    前記基板、前記上板、前記ピエゾ素子を含む部材、前記当接部材および前記高さ調整部材を一体として上下反転させる工程と、
    前記高さ調整部材を硬化させる工程と、
    を含むことを特徴とする請求項に記載の荷重検出センサの製造方法。
    The step of arranging the upper plate includes:
    Disposing a height adjusting member between the member including the piezoelectric element and the substrate;
    Reversing the substrate, the upper plate, the member including the piezoelectric element, the contact member and the height adjusting member as a unit,
    Curing the height adjusting member;
    The manufacturing method of the load detection sensor of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
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