JPH0341467Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、IC及びLSI等の半導体装置の配線工
程以降における内部回路あるいは内部接続を検査
するために、ウエハプローバに装着して用いられ
るプローブヘツド装置、特にモノリシツク半導体
ウエハに形成された半導体装置におけるマトリク
ス状に配列した多段のテストポイントに対する各
種の検査を行なうためのマトリクス型プローブヘ
ツド装置に関する。

従来の技術 半導体技術の進歩は益々著しくかつ急速であ
り、個別的な素子から集積回路（IC）、大規模集
積回路（LSI）へと、その小型化及び高集積密度
化が進み、昨今では超大規模集積回路（VLSI）
が実用化の段階に入つている。これらの半導体装
置は、格子欠陥がなく、少なくともその一主面に
鏡面を有するシリコン等の単結晶のウエハ基板を
準備し、この基板上に必要とする各種の薄膜を形
成し、かつ、特定の形状・寸法となるように微細
加工を施し、また基板内には必要な不純物原子の
ドーピングを行なつて所望の接合や領域を形成す
るなど、様々のプロセスを経ることによつて製造
されるのであつて、加工上の寸法は今や数μｍ以
下からサブミクロンへとなりつつあり、このよう
な進展に伴なつて、作業それ自体の直接的プロセ
スは勿論のこと、これらに随伴する試験検査のよ
うな間接的プロセスについても高度な精密性が要
求され、いわば高倍率・高分解能の電子顕微鏡的
な視野規準で行なわれる状態になつた。ところ
で、上述の単結晶ウエハ基板の状態から始まり、
様々の中間プロセスを経て、最終的に電極・バツ
ドを付け、かつ、配線パターンを形成して、表面
保護コーテイングを施す前、あるいは、施した後
で、プローバ、すなわち、多数のプローブを有す
るプローブヘツドと精密な自動送り装置及びテス
ター回路との組合わせから成る自動測定検査装置
を使用することにより、半導体装置をその中間製
品の段階において測定・検査を実施できる状態に
するまでのプロセスは、一般にそれらを総括して
ウエハプロセスと呼ばれる。このウエハプロセス
技術は、後続のプロセスを経て優れた半導体装置
の完成品を得る上で、極めて重要な意義を有し、
ウエハプロセスの良否如何によつて半導体装置の
品質や信頼性は直接大きく左右され、これこそ万
事の基礎となるものである。したがつて、ウエハ
プロセスの最終段階におけるプローバによる試験
検査は、半導体装置製造の歩留を高めかつ生産性
を向上するための重要な役割りを担うものであ
り、現在に至る半導体技術の目覚しい発展は、こ
のウエハについての試験検査の技術によつて支え
られて来た、といつても決して過言ではない。こ
のような次第で、プローバにおける自動送り装置
ならびにテスタ回路のような主要構成部分につい
てのみならず、プローバに装着されてそれと協働
する優れたプローブヘツドあるいはプローブカー
ドの実現に対する業界の要請は強く、これに応え
て現在までに数々の開発と改良がなされた。特に
小型化と集積密度の増大は必然的にウエハの電
極・パツド数の増大と配線パターンの複雑化をも
たらし、ひいてウエハ試験検査における測定点が
多くなるところから、特開昭58−80847号（昭和
58年５月16日公開）により、このように多数の測
定点を有する場合に適用可能な、マトリクス型テ
ストプローブヘツド装置が提案された。これは確
かに優れた従来技術の１つではある。しかしなが
ら、この種の従来技術では、各プローブはその基
部を単一のリング状支持部材に固着することによ
つて、その各先端部が共通な接触平面を形成し
て、ウエハのパツドに正確に当接するように構成
されているので、マトリクス状に分布するウエハ
上の測定点がさらに多くなると、マトリクスの比
較的中央を占めるパツドに対するプローブと、周
辺を占めるパツドに対するプローブとでは、その
長さに相当な差が生じ、全体としてプローブ長が
不揃いになるのみならず、特に周辺もしくはその
近傍のプローブは、その先端を正確に共通平面に
位置せしめようとすると、途中で２つの彎曲を生
じることを余儀なくされ、プローブ間に交錯を生
じ易くなるため、プローブヘツドを組立てるのに
手間がかかり、また、取扱い上も不便であつた。

また、他の従来技術である実公昭50−40550号
の考案に係る多針接触ヘツドは、ウエハの測定点
に応じた数の弾性を有するプローブ針の一端を、
上部固定絶縁板にそれぞれ間隔をおいて固定し、
プローブ針の他端を、前記測定点に対向して２枚
の下部絶縁板に形成した孔に摺動可能に貫通し、
前記上部固定絶縁板と前記下部絶縁板との間のプ
ローブ針が彎曲し得るように、これらの各絶縁板
を互いに間隔をおいて固定した構成のものであ
る。この考案によれば、プローブ針の上端はプリ
ント配線を有する上部固定絶縁板に固定され、こ
の固定位置はプローブ針の先端側の下部絶縁板の
孔の間隔よりも広い間隔である故、プローブ針は
その弾性により彎曲しており、プローブ針先端が
半導体装置のパツケージの配線（あるいはパツ
ド）に接触すると、さらに彎曲して所望の接触圧
力が得られる。しかし、このような多針接触ヘツ
ドでも、やはり多数の測定点に対応させるために
プローブ針の数が増えると、組立て作業が困難に
なるものと推察される。そしてプローブ針同志が
接触することによる電気的短絡を避けるために上
部固定絶縁板と下部絶縁板間のプローブ針部分
に、その可撓性に影響しない程度の柔軟性を有す
る絶縁チユーブを施すことも開示されているが、
このようにしてもプローブ針の数の増大は余り期
待できず、かえつて組立てが面倒になると思われ
る。

考案の解決しようとする問題点 かくして本考案は、前述の従来技術を改良しか
つそれらの問題点を解決することに指向して、マ
トリクス状に分布する多数の測定点、すなわち、
多数の電極（パツド）パターンを有するウエハの
検査に適用可能であり、正確に、容易かつ高能率
で組立てることができる、斬進な構造を有するマ
トリクス型プローブヘツド装置を提供することを
目的とする。

考案の構成（作用）及び実施例 そこで、本考案を具体化した実施例の構造の要
部を示す図面を参照して説明することにより、そ
の具体的構成と作用を明らかにする。

第１図１，２及び３はそれぞれ、本発明のマト
リクス型多段プローブヘツドの一実施例の底面
図、部分断面側面図及び頂面図であつて、図中の
記号１は中央に円形開口を有する取付部材を示
し、これはプローブヘツドと主要構成部分を支持
するためのものであるとともに、組立てられ完成
したプローブヘツドを、測定検査のためプローバ
に装着するのにも用いられる。２は取付部材１の
開口を横切つて設けられた支持板で、前出の特開
昭58−80847号の開示にしたがつて、３つの窓２
１，２２，２３が形成されている。中央の窓２１
には、プローブの先端部を挿通するための多数の
マトリクス状細孔３ａを有する第１及び第２の固
定絶縁板３及び４が装着されている。また、窓２
１と左右に一定距離をへだてた両側の窓２２，２
３は半導体ウエハの電極・パツドパターン観察用
窓で、それぞれ十字線２２ａ，２３ａなどを刻設
した円形ガラス板が装着されている。６はほぼ円
筒状をなす側壁部材で、下端を上記取付部材１上
にその開口に隣接させて固着され、その上端には
リング状の段部１１ａが形成されている。１１，
１２，１３，１４，１５，１６及び１７は本考案
の最も特徴的な構成要素をなすリング状スリーブ
固定部材であつて、それぞれ上記取付部材１の開
口と同心状の開口を有し、かつ、それぞれ下端に
リング状の切欠部１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４
ａ，１５ａ，１６ａ及び１７ａが形成されてい
る。最下段のリング状スリーブ固定部材１１の切
欠部１１ａは、上記円筒状側壁部材６の段部１１
ａに嵌合し得るように形成されている。また、次
のリング状スリーブ固定部材１２の切欠部１２ａ
は、前段の固定部材１１の上部内側端縁に嵌合し
得るように形成されている。以下、同様にして、
固定部材１３，１４，１５，１６及び１７の各切
欠部１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ及び１７ａ
は、それぞれ前段の固定部材の上部内側端縁に嵌
合される。したがつて、リング状スリーブ固定部
材は最下段の１１から最上段の１７に向うにつれ
て、その直径が順次小さくなる。また、各リング
状スリーブ固定部材には、プローブ５を例えばス
リーブ５ｃの部分で固定するための多数の溝が、
それぞれのリングの半径方向、つまり、上記開口
の中心に向け、かつ、上部外側端縁から下部内側
端部の近傍に向けて、その底部が水平面に対して
所定の角度θをなすように設けられており、その
細部の構造は第２図、第２Ａ〜２Ｃ図に示され
る。すなわち、第２図は最下段のリング状スリー
ブ固定部材１１を例にとつて、その一部分を示す
頂面図であつて、この固定部材が分担するプロー
ブ数に相当する数の溝１１ｂが前述のごとく設け
てある。第２Ａ図は第２図のＡ−Ａ線で取つた断
面図で、これから判るように溝１１ｂは、水平面
すなわち上端面１１ｃに対しこの固定部材１１に
おける所定角度θをなしている。また、溝１１ｂ
の幅は固定すべきプローブのスリーブの太さに適
合した寸法に形成され、その様子は、第２Ａ図を
それぞれＹ方向及びＺ方向からみた場合を示す第
２Ｂ図及び第２Ｃ図に示すとおりである。なお、
リング状スリーブ固定部材１１の溝とプローブの
スリーブとの関係は、その一部を拡大し、かつ、
概念的に示した第４図をみれば、一段とよく理解
できるであろう。

再び第１図１，２，３に帰つて、後続のリング
状スリーブ固定部材１２〜１７の構造について
も、叙上の１１に関する説明を適用することがで
きる。ただし、下段から上段になるにつれて、前
述のごとく開口の直径が小になるのみならず、そ
れぞれの固定部材に設けた溝の傾斜角度θが順次
に大きくなる、つまり、固定部材ごとに異る所定
の角度であること、また、溝の数は各固定部材が
分担するプローブ数に相当すること、ならびに、
最上段の固定部材１７のみは、所望によりさらに
その上部内側端縁にリング状段部１７ｂをも形成
されていること、を除けば、それらの間に本質的
な差異はない。第１図２及び３における１８は、
円板状スリーブ固定部材であつて、その詳細は第
３図の平面図、第３Ａ図の側断面図及び第３Ｂ図
の一部拡大側断面図に示されており、これは上記
最上段のリング状スリーブ固定部材１７の段部１
７ｂに嵌合し得るように直径が選ばれ、かつ、そ
れが分担するプローブ数に相当する多数の孔１８
ａが設けられている。勿論、この孔１８ａの直径
はプローブのスリーブのそれに適合する。また、
取付部材１、支持板２、筒状側壁部材６、リング
状スリーブ固定部材１１〜１７及び円板状スリー
ブ固定部材１８が、それぞれ適宜の電気絶縁材料
などから作られることはいうまでもない。プロー
ブ５としては、市販されている様々のものを用い
ることができるが、この実施例ではタングステン
等のプローブワイヤ５ａを、可撓性を有するガイ
ドチユーブ５ｂ中に挿通して滑動自在に設け、こ
のガイドチユーブ５ｂの基部を内側にねじを有す
るスリーブ５ｃに嵌装するとともに、スリーブを
ねじ棒付のボデー５ｄに係合せしめ、上記プロー
ブワイヤ５ａの後尾端を、ボデー５ｄ内でコイル
スプリングを介してそのターミナル・ロツドに連
結した型式のものの使用を想定して、以上の説明
を行なつた。第１図(2)では、プローブは１本しか
図示していないが、当該技術分野の専門家であれ
ば、各リング状スリーブ保持部材１１〜１７及び
円板状スリーブ固定部材１８によりそれぞれの分
担するプローブ５が例えばそのスリーブ５ｃの部
分で固定され、かつ、ガイドチユーブ５ｂの先端
が第１の固定絶縁板３及び第２の固定絶縁板４に
より、前述のごとくガイドチユーブ中を滑動可能
な固定されるとともに、この第２固定絶縁板４に
よりプローブワイヤ５ａの先端がが摺動自在に案
内されて、支持板２の窓３の、それぞれの対応す
る、マトリクス状に分布する各細孔３ａから垂直
に、かつ、等距離だけ突出して、半導体ウエハの
パツドパターンに正確に接触するための実質的な
共通接触平面を高精度で形成し得ることを、容易
に理解できるものと思われる。なお、第１図３に
おける１９及び１９′は、リング状スリーブ保持
部材１１〜１７にそれぞれ対称に設けた空隙部を
示す。すなわち、リング状とはいつても、完全な
円形である必要はなく、所望によりこのように部
分的に空隙部を設けることもあり得る。

次に、第５図は、上記本考案のマトリクス型多
段プローブヘツド装置が試験検査のために適用さ
れる半導体ウエハにおけるパツド及びマーカの配
置を例示した拡大平面図である。ウエハは全体と
して３１で示され、また、マトリクス状に分布す
る多数のパツドは３１ａによつて示されている。
３１ｂは位置合わせ用のマーカである。この第５
図を用いて先の第１図における各スリーブ保持部
材１１〜１７及び１８の役割を説明すると例えば
以下のごとくである。すなわち、第１図２におけ
る最下段のリング状スリーブ保持部材１１により
保持されたスリーブに関連のプローブワイヤに
は、第５図の最外側に配置された方形のパツド群
を分担させる。下から２段目のリング状スリーブ
保持部材１２によるそれには、第５図の最外側か
ら２列目に配置された方形のパツド群を分担させ
る。３段目から７段目まで、以下同様に順次に第
５図の内側にある方形のパツド群を分担させる
（ただし、第５図では、パツド数は都合上、敢え
て第１図２，３ならびに第２Ａ図などに正確に対
応するように図示していないことを断つておく）。
かくして、第５図の中央部分に残つたパツド群
は、円板状スリーブ固定部材１８により保持され
たスリーブに関連のプローブワイヤーが分担する
ことになる。

本考案のマトリクス型プローブヘツド装置を組
立てる場合は、先ず第１及び第２の固定絶縁板
３，４のマトリクス状細孔に挿通することによつ
て各プローブのガイドチユーブ５ｂを固定して、
各プローブワイヤーの先端をして正確に実質的に
共通な接触平面を形成せしめる。この際に、適当
な治具を利用する必要のあることはいうまでもな
い。続いて、最下段のリング状スリーブ保持部材
１１をその切欠部１１ａを利用して筒状側壁部材
６の上端に固着し、しかる後に、第５図について
説明したように、最外側のパツド群を分担する各
プローブのスリーブ部分を、スリーブ保持部材１
１に設けた溝１１ｂに装着して固定する。次に下
から２段目のリング状スリーブ保持部材１２を１
１の上端に固着し、同様に最外側から２列目のパ
ツド群を分担する各プローブのスリーブをその溝
に固定する。以下同様の手順を保持部材１３〜１
７について行なつてから、必要であれば最後に円
板状プローブ保持持材１８を、最上段のリング状
スリーブ保持部材１７の段部１７ｂに嵌合させ固
定して、第５図中央部のパツド群を分担する各プ
ローブのスリーブ部分を、それぞれに対応する孔
１８ａ（第３図参照）に挿通して固着することに
よつて、その組立て作業の主要プロセスが完了す
る。

考案の効果 以上の説明から明らかなように、本考案はその
要旨とする構成によつて前述の所期の目的を有効
に達成するものであつて、その効果にはさらに次
のごとく著しいものがある。すなわち、極めて多
数のマトリクス状電極・パツド群を有する半導体
装置のウエハを検査対象とする場合でも、それに
対応して多数のプローブを必要とするプローブヘ
ツドの組立て作業は、きわめて容易に、しかも正
確に、また能率よく実行することが可能となる。
そして、多段状に積み重ねられた各リング状スリ
ーブ保持部材は、下から上へと、順次にその直径
が小さく、必然的にそれぞれの溝の底面が水平面
とのなす所定の角度は順次に大となつており、こ
れらの溝に装着し固定された各プローブは、外側
から内側へと、そのプローブのワイヤガイドの可
撓性による彎曲の度合が小さくなるので、各リン
グ状スリーブ保持部材が分担するプローブの長さ
には、それ程大きな差をつける必要がなく、しか
も、各プローブはその先端と基部間において単一
の彎曲点しかもたないように容易に装着すること
ができ、プローブがその組立て作業に際して互い
に交錯する恐れがない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本考案のマトリクス型多段プローブ
ヘツド装置の具体的構成及び作用を説明するため
のものであつて、第１図１，２及び３はその一実
施例の底面図、部分断面側面図及び頂面図であ
る。第２図は上記実施例におけるリング状スリー
ブ固定部材の１つについて、その一部分を示す頂
面図、第２Ａ図は第２図のＡ−Ａ線断面図、第２
Ｂ図及び第２Ｃ図はそれぞれ第２Ａ図におけるＹ
及びＺ方向から視た図面である。第３図は上記実
施例における円板状スリーブ固定部材の頂面図、
第３Ａ図は同じく側面図、第３Ｂ図は第３Ａ図の
部分的拡大図である。第４図は上記リング状スリ
ーブ固定部材の１部分を拡大した斜視図で、特に
溝構造及びそれとプローブのチユーブとの関係を
説明するためのものである。第５図は本考案装置
が適用される半導体装置ウエハにおけるパツド及
びマーカの配置の一例を示す拡大平面図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) プローブワイヤと、該プローブワイヤが挿通
   されてそれを滑動自在に案内するための可撓性
   を有するガイドチユーブと、該ガイドチユーブ
   に連結されたスリーブとを含んで成る多数のプ
   ローブを用いるプローブヘツド装置であつて； それぞれ所定数のプローブのスリーブ固定用
   の溝が半径方向に設けられ、かつ、互いに異な
   る直径をもつように形成された複数のリング状
   スリーブ固定部材１１〜１７を備え、前記複数
   のリング状スリーブ固定部材は前記直径の大き
   いものから小さいものへと順次に、プローバに
   装着するための取付部材１上に階段的に積み重
   ねて固定されており、前記取付部材は前記各リ
   ング状スリーブ固定部材と同心状の開口を有
   し、該開口部に支持板２を介して設けられ、か
   つ、マトリクス状に分布した多数の細孔を有す
   る固定絶縁板３，４における該多数の細孔に各
   プローブのガイドチユーブをその先端部近傍で
   固定するとともに、前記各スリーブは、それぞ
   れ所定の配列順序にしたがつて、前記各リング
   状スリーブ固定部材の溝にそれぞれの基部近傍
   を装着して固定されていること、を特徴とする
   マトリクス型多段プローブヘツド装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、前記各リング状スリーブ固定部材に
   は、順次に多段階的にそれらを積み重ねるため
   の切欠部が形成されていることを特徴とする、
   前記マトリクス型多段プローブヘツド装置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置に
   おいて、複数のリング状スリーブ固定部材のう
   ち、最上段に積み重ねられるべきリング状スリ
   ーブ固定部材には内側上端に段部が設けられ、
   該段部によつて所定数のスリーブ固定用孔を有
   する円板状スリーブ固定部材が装着され固定さ
   れることを特徴とする、前記マトリクス型多段
   プローブヘツド装置。