JP7175179B2

JP7175179B2 - 中間接続部材、および検査装置

Info

Publication number: JP7175179B2
Application number: JP2018236206A
Authority: JP
Inventors: 潤藤原; 裕昭坂本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2038-12-18
Also published as: JP2020017713A

Description

本開示は、中間接続部材、および検査装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）における全てのプロセスが終了した段階で、ウエハに形成されている複数のデバイス（ＩＣチップ）の電気的検査が行われる。このような電気的検査を行う検査装置は、一般的に、ウエハステージ、ウエハの位置合わせを行うアライナー、およびウエハ搬送系を有するとともに、ウエハに形成されたデバイスに接触するプローブを有するプローブカードが装着されるプローバと、プローブカードを介してデバイスに電気的信号を与え、デバイスの種々の電気特性を検査するためのテスタとを有している。

このような検査装置において、テスタ（テストヘッド）とプローブカードの電気的導通をとるために中間接続部材が設けられる。中間接続部材としては、多数のポゴピンが配列されて形成される複数のポゴブロックと、ポゴブロックを挿嵌する複数の挿嵌穴を有するポゴフレームとを有するものが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１４－１７９３７９号公報

本開示は、ポゴフレームの挿嵌穴にポゴブロックを挿嵌して構成される中間接続部材において、ポゴフレームとポゴブロックの熱膨張差による位置ずれを抑制することができる技術を提供する。

本開示の一態様に係る中間接続部材は、複数の第１の端子を有する第１の部材と、複数の第２の端子を有する第２の部材との間に設けられ、前記第１の端子と前記第２の端子を電気的に接続する中間接続部材であって、本体と、前記本体に設けられた、前記第１の端子と前記第２の端子を接続する接続子である複数のポゴピンとを有するポゴブロックと、前記ポゴブロックを挿嵌する挿嵌穴を有するポゴフレームと、を備え、前記ポゴブロックは、位置決めピンを有し、前記ポゴフレームは、前記位置決めピンが挿嵌される位置決め穴を有し、前記位置決めピンが前記位置決め穴に挿嵌されることにより、前記ポゴブロックの前記ポゴフレームに対する位置決めがなされ、前記ポゴブロックは、平面視において長辺と短辺とを有する長方形をなし、前記位置決め穴は、前記短辺と平行な方向が長軸方向となる長穴形状である。

本開示によれば、ポゴフレームの挿嵌穴にポゴブロックを挿嵌して構成される中間接続部材において、ポゴフレームとポゴブロックの熱膨張差による位置ずれを抑制することができる。

検査システムの一例の構成を概略的に示す斜視図である。図１の検査システムに設けられた検査装置を示す概略断面図である。図２の検査装置における中間接続部材のポゴフレームを示す平面図である。中間接続部材のポゴブロックを示す斜視図である。ポゴブロックをポゴフレームに挿嵌した状態を示す概略断面図である。ポゴブロックをポゴフレームの挿嵌穴に挿入する途中を示す概略縦断面図である。ポゴブロックをポゴフレームの挿嵌穴に挿嵌した際の位置決めピン４２７の途中の高さ位置の概略水平断面図である。他の例の中間接続部材において、ポゴブロックをポゴフレームの挿嵌穴に挿入する途中を示す概略側面図である。他の例の中間接続部材において、ポゴブロックをポゴフレームの挿嵌穴に挿嵌した際の位置決めピン４２７の途中の高さ位置の概略水平断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、一実施形態に係る検査装置を複数搭載した検査システムの一例を概略的に示す斜視図である。本実施形態の検査システム１０は、被検査体である半導体ウエハ（ウエハ）に形成された複数の被検査デバイス（Device Under Test；ＤＵＴ）の電気的特性を検査するものである。

図１の検査システム１０は、全体形状が直方体をなしており、複数の検査室(セル)１１を有する検査部１２と、各検査室１１に対してウエハＷの搬出入を行うローダ部１３とを備えている。検査部１２は、検査室１１が水平方向に４つ配列されてセル列をなし、セル列が上下方向に３段配置されている。また、検査部１２とローダ部１３との間には搬送部１４が設けられており、搬送部１４内にはローダ部１３と各検査室１１との間でウエハＷの受け渡しを行う搬送機構（図示せず）が設けられている。各検査室１１内には、後述する検査装置が設けられている。検査部１２の前面からは、各検査室１１の内部へ、検査装置の一部をなすテスタ３０が挿入されるようになっている。なお、図１において、検査室１１の奥行方向がＸ方向、検査室１１の配列方向がＹ方向、高さ方向がＺ方向である。

図２は、検査室１１内に設けられた検査装置を示す概略構成図である。検査装置２０は、テスタ３０と、中間接続部材４０と、プローブカード５０とを有している。検査装置２０においては、ウエハＷに形成されているＤＵＴの電気特性の検査を、プローブカード５０を介してテスタ３０により行う。

テスタ３０は、水平に設けられたテスタマザーボード３１と、テスタマザーボード３１のスロットに立設状態で装着された複数の検査回路ボード３２と、検査回路ボード３２を収容する筐体３３とを有している。テスタマザーボード３１の底部には複数の端子（図示せず）が設けられている。

プローブカード５０は、上面に複数の端子（図示せず）を有する板状の基部５１と、基部５１の下面に設けられた複数のプローブ５２とを有している。複数のプローブ５２は、ウエハＷに形成されているＤＵＴに接触されるようになっている。ウエハＷはチャックトップ（ステージ）６０に吸着された状態でアライナー（図示せず）により位置決めされ、複数のＤＵＴのそれぞれに、対応するプローブが接触する。

中間接続部材４０は、テスタ３０とプローブカード５０とを電気的に接続するためのものであり、ポゴフレーム４１と、ポゴブロック４２とを有する。

ポゴフレーム４１は高強度で剛性が高く、熱膨張係数が小さい材料、例えばＮｉＦｅ合金で構成されている。ポゴフレーム４１は、図３に示すように複数の長方形の挿嵌穴４３が設けられており、その挿嵌穴４３内にポゴブロック４２が挿嵌される。

ポゴブロック４２は、後述するように、ポゴフレーム４１に対して位置決めされ、テスタ３０におけるテスタマザーボード３１の端子と、プローブカード５０における基部５１の端子とを接続する。

テスタマザーボード３１とポゴフレーム４１との間にはシール部材７１が設けられ、ポゴフレーム４１とプローブカード５０との間にはシール部材７２が設けられている。そして、テスタマザーボード３１と中間接続部材４０との間の空間が真空引されることにより、シール部材７１を介して中間接続部材４０がテスタマザーボード３１に吸着される。また、中間接続部材４０とプローブカード５０との間の空間が真空引きされることにより、シール部材７２を介してプローブカード５０が中間接続部材４０（ポゴフレーム４１）に吸着される。また、チャックトップ６０の上面にはウエハＷを囲繞するようにシール部材７３が設けられている。各段に設けられたアライナ（図示せず）によりチャックトップ６０を上昇させて、プローブカード５０のプローブ５２をウエハＷに形成されたＤＵＴの電極に接触させる。それとともに、シール部材７３を中間接続部材４０のポゴフレーム４１に当接させて、シール部材７３で囲繞された空間を真空引きすることにより、チャックトップ６０が吸着される。

次に、中間接続部材４０、特にポゴブロック４２について詳細に説明する。
図４はポゴブロック４２を示す斜視図であり、図５はポゴブロック４２をポゴフレーム４１に挿嵌した状態を示す概略断面図である。

ポゴブロック４２は、ガイド部材４２１と、接続端子４２２と、フランジ４２３と、を有する。

ガイド部材４２１は、全体形状が略直方体形状をなし、平面視において長辺と短辺を有する。長辺と平行な方向がＸ方向、短辺と平行な方向がＹ方向である。長辺の長さは、例えば５０ｍｍ以上であり、短辺の長さは、例えば２０ｍｍ以上である。ガイド部材４２１の上端には、その外縁に沿ってフレーム４２１ａが形成されており、フレーム４２１ａで囲まれた空間に複数の接続端子４２２が配置されている。また、ガイド部材４２１の下端には、その外縁に沿ってフレーム４２１ｂが形成されており、フレーム４２１ｂで囲まれた空間に複数の接続端子４２２が配置されている。フレーム４２１ａで囲まれた空間に配置された複数の接続端子４２２およびフレーム４２１ｂで囲まれた空間に配置された複数の接続端子４２２は、それぞれガイド部材４２１内に設けられた接続ピン（図示せず）の一端および他端に接続されている。

テスタマザーボード３１（第１の部材に相当）と中間接続部材４０、中間接続部材４０とプローブカード５０（第２の部材に相当）の基部５１とが真空吸着されることにより、テスタマザーボード３１の端子（第１の端子に相当）、基部５１の端子（第２の端子に相当）と接続端子４２２とが接続される。このとき、テスタマザーボード３１はフレーム４２１ａに当接した状態、基部５１はフレーム４２１ｂに当接した状態とされる。

フランジ４２３は、樹脂製であり、ガイド部材４２１上部の一対の長辺の外側に突出するように設けられている。

図６はポゴブロック４２をポゴフレーム４１の挿嵌穴４３に挿入する途中を示す概略縦断面図である。この図に示すように、ポゴブロック４２は、ポゴフレーム４１の挿嵌穴４３の上方から挿入され、フランジ４２３がポゴフレーム４１の上面に係止されるようになっている。一方のフランジ４２３の下面には位置決めピン４２７が下方に突出するように設けられている。つまり、位置決めピン４２７は、ポゴブロック４２の接続ピン配置エリアとは別のエリアに設けられている。

また、図７はポゴブロック４２をポゴフレーム４１の挿嵌穴４３に挿嵌した際の位置決めピン４２７の途中の高さ位置の概略水平断面図である。図６および図７に示すように、ポゴフレーム４１の上面の位置決めピン４２７に対応する位置には、位置決めピン４２７が挿嵌される位置決め穴４１１が設けられている。

図７に示すように、位置決め穴４１１は、ポゴブロック４２の長辺方向の中央付近に設けられている。位置決め穴４１１は、ポゴブロック４２の短辺方向、すなわちＹ方向が長軸方向となる長穴形状であり、ポゴブロック４２の長辺方向であるＸ方向には、位置決めピン４２７と位置決め穴４１１の間の隙間がほとんどない。このため、位置決めピン４２７が位置決め穴４１１に挿嵌されることでポゴブロック４２の長辺方向、すなわちＸ方向の位置決めがなされる。一方、位置決め穴４１１は、Ｙ方向に延びる長穴形状であるため、ポゴブロック４２のＹ方向の位置決めは、ポゴフレームの挿嵌穴４３の内壁（内壁の公差）によりなされる。

接続端子４２２は、テスタマザーボード３１（テスタ３０）の端子と基部５１（プローブカード５０）の端子を接続するためのものであり、これらにより接続子としてのポゴピンが構成される。通常、ポゴピンはばねを内蔵しており、ばねの弾性力（付勢力）により、テスタマザーボード３１および基部５１の端子に接続される。また、接続端子４２２として弾性樹脂等の弾性材料に接続部としてめっきを施したものを用い、弾性材料の弾性力を利用した接続子もポゴピンに含まれる。この場合も、ばねを用いた通常のポゴピンと同等の効果を得ることができる。

このように構成される検査システム１０においては、各検査装置２０において、ポゴフレーム４１の挿嵌穴４３にポゴブロック４２を挿嵌して中間接続部材４０を構成する。そして、中間接続部材４０とテスタマザーボード３１を位置合わせし、シール部材７１を介してこれらを真空吸着させる。また、プローブカード５０の基部５１と中間接続部材４０を位置合わせし、シール部材７２を介してこれらを真空吸着させる。

この状態で、搬送部１４内の搬送機構(図示せず)によりローダ部１３のウエハＷを取り出し、アライナー（図示せず）上のチャックトップ６０に受け渡す。そして、アライナーによりウエハＷのＸＹθ方向の位置合わせを行った後、アライナーを上昇させて、プローブカード５０のプローブ５２をウエハＷに形成されたＤＵＴの電極に接触させる。それとともに、シール部材７３を中間接続部４０のポゴフレーム４１に当接させて、シール部材７３で囲繞された空間を真空引きすることにより、チャックトップ６０が吸着される。この状態で、テスタ３０により、ウエハＷに形成されたＤＵＴの電気特性の検査を行う。

検査システム１０において、検査装置２０によるウエハＷの検査を行う場合、測定温度が高くなると、ポゴフレーム４１とポゴブロック４２の熱膨張係数が異なることによる、相対的位置ずれが生じる。

つまり、ポゴフレーム４１は、高強度で剛性が高く、熱膨張係数が小さい材料、例えばＮｉＦｅ合金で構成されているのに対し、ポゴブロック４２は、その本体が熱膨張係数が大きい樹脂で構成されており、高温では熱膨張差によりポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれが生じる。具体的には、ポゴフレーム４１の熱膨張係数が１．５×１０^－６／ｃｍ程度であるのに対し、ポゴブロック４２の熱膨張係数が２０×１０^－６／ｃｍ程度であり、その分に相当する位置ずれが生じる。

従来は、特許文献１に示すように、ポゴブロックの平面形状が正方形であり、一辺の長さも２０ｍｍ以下であったため、ポゴフレームの挿嵌穴の大きさ、および挿嵌穴とポゴブロックのクリアランスを厳密に規定することにより、ポゴブロックの位置決めが可能であった。すなわち、ポゴフレームの挿嵌穴の内壁（内壁の公差）によってポゴブロックを位置決めすることにより、ポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれを許容範囲内にすることが可能であった。

しかし、半導体デバイスの微細化・小型化が進み、多ピン化が求められており、それにともなって、ポゴブロックの大型化が求められ、ポゴブロックの平面形状が正方形から長方形に移行しつつある。このため、ポゴブロックの熱膨張による伸び量自体が大きくなるとともに、縦横の熱膨張による伸び量が異なる。また、このような多ピン化にともなって、電極パッド径自体が小さくなっている。このため、従来のような挿嵌穴の内壁のみによる位置決めでは、熱膨張差によるポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれを許容範囲内にすることが困難である。

そこで、本実施形態では、ポゴブロック４２の接続ピン配置エリア外のフランジ４２３の下面に設けられた位置決めピン４２７をポゴフレーム４１の上面の位置決め穴４１１に挿嵌することにより、ポゴブロック４２の位置決めを行う。

このとき、位置決め穴４１１は、ポゴブロック４２の短辺方向であるＹ方向が長軸方向となる長穴形状であり、ポゴブロック４２の長辺方向であるＸ方向には、位置決めピン４２７と位置決め穴４１１の間の隙間がほとんどない。このため、ポゴブロック４２は、ポゴフレーム４１に対して、長辺方向であるＸ方向において精度の高い位置決めを行うことができ、長辺方向の熱膨張差によるポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれを許容範囲内にすることができる。

一方、位置決め穴４１１は、短辺方向であるＹ方向が長軸方向となっているので、位置決めピン４２７は短辺方向であるＹ方向には逃げることが可能である。したがって、ポゴブロック４２は、短辺方向であるＹ方向に関しては、位置決めピン４２７で規制されずに、従来と同様、挿嵌穴４２３の内壁による位置決めがなされる。すなわち、ポゴブロック４２の短辺は長さが短いため、従来のように、挿嵌穴４２３の内壁による位置決めが可能である。

このため、１個の位置決めピン４２７と、それに対応する長穴形状の位置決め穴４１１を設けるだけで、長辺方向および短辺方向のいずれの方向に対してもポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれを許容範囲とすることが可能となる。ただし、位置決めピン４２７および位置決め穴４１１は１個ずつに限定されるものではない。

次に、中間接続部材４０の他の例について説明する。
本例では、長辺方向および短辺方向のいずれも、位置決めピンと位置決め穴を用いた位置決めを行う。

具体的には、図８に示すように、ポゴブロック４２の一方のフランジ４２３の下面に、中央の第１の位置決めピン４２７ａと、その両側の２つの第２の位置決めピン４２７ｂが設けられている。

一方、ポゴフレーム４１の上面の第１の位置決めピン４２７ａに対応する位置には、図９に示すように、第１の位置決めピン４２７ａが挿嵌される第１の位置決め穴４１１ａが形成され、第２の位置決めピン４２７ｂに対応する位置には、第２の位置決めピン４２７ｂが挿嵌される２つの第２の位置決め穴４１１ｂが形成されている。

第１の位置決め穴４１１ａは、ポゴブロック４２の短辺方向であるＹ方向が長軸方向となる長穴形状であり、長辺方向であるＸ方向における精度の高い位置決めを行うことができる。一方、第２の位置決め穴４１１ｂは、ポゴブロック４２の長辺方向であるＸ方向が長軸方向となる長穴形状であり、短辺方向であるＹ方向における精度の高い位置決めを行うことができる。

したがって、本例では、Ｘ方向およびＹ方向の両方とも位置決め精度を高めて、ポゴピンと、テスタマザーボードの端子やプローブカードの端子との位置ずれをより確実に許容範囲とすることができる。

なお、本例において、第１の位置決めピン４２７ａおよび第１の位置決め穴４１１ａは１個ずつに限定されるものではなく、第２の位置決めピン４２７ｂおよび第２の位置決め穴４１１ｂは２個ずつに限定されるものではない。また、本例では、ポゴブロック４２は、平面視が長方形の場合に限らず正方形であってもよい。

以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、複数の検査ユニットを有する検査システム内の検査装置について説明したが、これに限らず、単体の検査装置であってもよい。

また、上記実施形態では、検査装置においてテスタとプローブカードを接続する中間接続部材を示したが、中間接続部材は電気的導通を形成できればこれに限るものではない。

１０；検査システム
１１；検査室（セル）
１２；検査部
１３；ローダ部
１４；搬送部
２０；検査装置
３０；テスタ
３１；テスタマザーボード
４０；中間接続部材
４１；ポゴフレーム
４２；ポゴブロック
４３；挿嵌穴
５０；プローブカード
５１；基部
５２；プローブ
６０；チャックトップ
４１１，４１１ａ，４１１ｂ；位置決め穴
４２１；ガイド部材
４２１ａ，４２１ｂ；フレーム
４２２；接続端子
４２３；フランジ
４２７，４２７ａ，４２７ｂ；位置決めピン
Ｗ；ウエハ（被検査体）

Claims

複数の第１の端子を有する第１の部材と、複数の第２の端子を有する第２の部材との間に設けられ、前記第１の端子と前記第２の端子を電気的に接続する中間接続部材であって、
本体と、前記本体に設けられた、前記第１の端子と前記第２の端子を接続する接続子である複数のポゴピンとを有するポゴブロックと、
前記ポゴブロックを挿嵌する挿嵌穴を有するポゴフレームと、
を備え、
前記ポゴブロックは、位置決めピンを有し、
前記ポゴフレームは、前記位置決めピンが挿嵌される位置決め穴を有し、
前記位置決めピンが前記位置決め穴に挿嵌されることにより、前記ポゴブロックの前記ポゴフレームに対する位置決めがなされ、
前記ポゴブロックは、平面視において長辺と短辺とを有する長方形をなし、
前記位置決め穴は、前記短辺と平行な方向が長軸方向となる長穴形状である、中間接続部材。
前記位置決めピンは、前記ポゴブロックの前記ポゴピンが配置されているエリアとは別のエリアに設けられている、請求項１に記載の中間接続部材。
前記ポゴブロックは、前記本体から突出して設けられ、かつ前記ポゴフレームの前記挿嵌穴に挿嵌される際に前記ポゴフレームに係止されるフランジを有し、前記位置決めピンは、前記フランジに設けられている、請求項２に記載の中間接続部材。
前記ポゴピンは、接続ピンとその両端に設けられた接続端子とを有し、前記ポゴブロックの前記本体は、前記接続ピンのガイド部材として構成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の中間接続部材。
基板上の複数のデバイスに電気的信号を与え、前記デバイスの電気特性を検査するテスタと、
前記基板上の複数のデバイスの電極に接触させるプローブを有するプローブカードと、
前記テスタの複数の端子と、前記プローブカードの複数の端子を電気的に接続する中間接続部材と、
を具備し、
前記中間接続部材は、
本体と、前記本体に設けられた、前記テスタの端子と前記プローブカードの端子を接続する接続子である複数のポゴピンとを有するポゴブロックと、
前記ポゴブロックを挿嵌する挿嵌穴を有するポゴフレームと、
を備え、
前記ポゴブロックは、位置決めピンを有し、
前記ポゴフレームは、前記位置決めピンが挿嵌される位置決め穴を有し、
前記位置決めピンが前記位置決め穴に挿嵌されることにより、前記ポゴブロックの前記ポゴフレームに対する位置決めがなされ、
前記ポゴブロックは、平面視において長辺と短辺とを有する長方形をなし、
前記位置決め穴は、前記短辺と平行な方向が長軸方向となる長穴形状である、検査装置。
前記位置決めピンは、前記ポゴブロックの前記ポゴピンが配置されているエリアとは別のエリアに設けられている、請求項５に記載の検査装置。
前記ポゴブロックは、前記本体から突出して設けられ、かつ前記ポゴフレームの前記挿嵌穴に挿嵌される際に前記ポゴフレームに係止されるフランジを有し、前記位置決めピンは、前記フランジに設けられている、請求項６に記載の検査装置。
前記ポゴピンは、接続ピンとその両端に設けられた接続端子とを有し、前記ポゴブロックの前記本体は、前記接続ピンのガイド部材として構成される、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の検査装置。