JPH0794561A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被検査体の接触パッドに多少の凹凸が存在して
も、両者がフィットして接触パッドと接触子とが確実に
接触して電気的に導通状態となるため、精度の高い測定
を行うことができるプローブ装置を提供することにあ
る。 【構成】半導体ウエハ１２を載置する載置台１３を有し
た装置本体１０に半導体ウエハ１２に対向するプリント
基板４２を設け、このプリント基板４２の配線層に両端
部が電気的に接続され、中間部に半導体ウエハ１２の電
極パッドに接触する接触子５３を配置した接触子配置領
域５２を備えた可撓性を有するプローブカード２１を設
ける。このプローブカード２１の接触子配置領域５２の
周囲に、前記プリント基板４２を基準面として接触子配
置領域５２と半導体ウエハ１２との平行度を保つ剛性を
有するフレーム５４を設けると共に、前記プローブカー
ド２１の接触子配置領域５２の裏面側に半導体ウエハ１
２の接触パッドと接触子５３とが接触したとき、その接
触部に接触圧を付与する流体チャンバ５７を設けたこと
にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイスのよ
うな被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体デバイスは、半導体
ウエハ上に精密写真転写技術等を用いて多数形成され、
この後、各半導体デバイス毎にウエハは切断される。こ
のような半導体デバイスの製造工程では、従来からプロ
ーブ装置を用いて、半完成品の半導体デバイスの電気的
な特性の試験判定を、半導体ウエハの状態で行い、この
試験測定の結果良品と判定されたもののみをパッケージ
ング等の後工程に送り、生産性の向上を図ることが行わ
れている。

【０００３】前記プローブ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ方向
に移動可能に構成された被検査体載置台としての載置台
を備えており、この載置台上には、被検査体としての半
導体ウエハの電極パッドに対応した多数のプローブ針を
備えたプローブカードが固定される。そして、載置台上
に半導体ウエハを設置し、載置台を駆動して半導体ウエ
ハの電極パッドにプローブ針を接触させ、このプローブ
針を介してテスタにより試験測定を行うよう構成されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、半導
体デバイスが益々微細化し、回路の集積度が高くなって
きており、電極パッドのサイズが微細化し、その間隔も
極狭くなってきている。例えば、半導体デバイスの各電
極パッドは、一辺が６０μｍ〜１００μｍ角であり、各
電極パッド列の相互間ピッチ距離は１００μｍ〜２００
μｍである。したがって、前述のように、プローブカー
ドの限られたスペースに、例えば数百本と多数本のプロ
ーブ針を配置することが技術的に困難で、限界に近付き
つつある。

【０００５】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、半導体デバイスの微
細化に伴って電極パッドのサイズが微細化し、その間隔
も高密度化されてきていても、その電極パッドに対応し
てプローブカードに接触子を配置することができ、電極
パッドに対して接触子を確実に位置決めして接触させる
ことができ、半導体デバイスの電気的特性の測定が高精
度に行うことができるプローブ装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、被検査体を載置する載置台
を有した装置本体と、この装置本体に設けられ前記載置
台に載置された被検査体に対向するプリント基板と、こ
のプリント基板の配線層に両端部が電気的に接続され、
中間部に前記被検査体の電極パッドに接触する接触子を
配置した接触子配置領域を備えた可撓性を有するプロー
ブカードと、このプローブカードの接触子配置領域の周
囲に設けられ前記プリント基板を基準面として接触子配
置領域と前記被検査体との平行度を保つ剛性を有するフ
レームと、前記プローブカードの接触子配置領域の裏面
側に設けられ前記被検査体の接触パッドと接触子とが接
触したとき、その接触部に接触圧を付与する弾性部材と
を具備したことにある。

【０００７】

【作用】プローブカードに剛性を有するフレームを設
け、プリント基板を基準面としてプローブカードを設け
ることにより、接触子配置領域と被検査体との平行度を
保つことができる。さらに、プローブカードが可撓性を
有し、その接触子配置領域の裏面側に弾性部材が設けら
れているため、被検査体の接触パッドと接触子とが接触
したとき、その接触部に弾性的に接触圧を付与すること
ができ、被検査体の接触パッドに多少の凹凸が存在して
も、両者がフィットして接触パッドと接触子とが接触し
て電気的に導通状態となる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の各実施例を図面を参照して
説明する。図１〜図４図は第１の実施例を示し、図１は
プローブカードの取付け構造を示す縦断正面図、図２は
プロープカードの斜視図、図３はプローブ装置全体の構
成図、図４は載置台の斜視図である。

【０００９】図３において、符号１０はプローブ装置本
体を示し、ほぼ中央にはメインステージ１１が設けられ
ている。このメインステージ１１には、被検査体として
の半導体ウエハ１２の、後述する載置台１３が取り付け
られている。このメインステージ１１は水平面内におい
てＸ方向ならびにＹ方向に載置台１３と共に移動可能に
なっている。この載置台１３の上方には後述するプロー
ブ機構１４が設けられている。図示していないが、装置
本体１０の中央手前側にはアラインメントユニットが設
けられている。このユニットには、アラインメント用の
画像認識装置としてのカメラが設けられている。アライ
ンメントのために、載置台１３はこのカメラの下方にま
で移動される。

【００１０】装置本体１０の右側にはオートローダ１５
が、また左側にはプローブカード交換機１６が夫々設け
られている。オートローダ１５には多数の半導体ウエハ
１２を互いに垂直方向に所定間隔を有して収容したウエ
ハカセット１７がカセット載置台１８上に交換可能に配
置されている。このウエハカセット１７と前記載置台１
３との間には水平面内で移動可能なローダステージ１９
と、図示しないＹ方向駆動機構とＺ方向昇降機構とによ
り駆動可能なウエハハンドリングアーム２０とが設けら
れている。半導体ウエハ１２をプローブ検査するときに
は、ウエハはローダステージ１９により載置台１３近く
に搬送され、ハンドリングアーム２０により載置台１３
上に移される。検査後は、ウエハはハンドリングアーム
２０によりローダステージ１９上に移され、ローダステ
ージ１９によりウエハカセット１７に搬送される。

【００１１】プローブカード交換機１６には後述する複
数種類のプローブカード２１がカードホルダ２２に対し
て支持され、垂直方向に所定間隔を有して複数個収容さ
れている。

【００１２】前記載置台１３を、図４を参照してさらに
詳しく説明する。この載置台１３は、Ｘ方向に延在され
る２本のレールに沿ってＸ方向に移動可能なＸステージ
３１ａと、このＸステージ３１ａ上をＹ方向に延在され
る２本のレールに沿ってＹ方向に移動可能なＹステージ
３１ｂとを備えている。このＸ，Ｙステージ３１ａ，３
１ｂは、パルスモータなどを含む慣用の駆動機構によっ
て水平面内をＸ方向とＹ方向とに駆動される。Ｙステー
ジ３１ｂ上に搭載されたチャック３２は、慣用の昇降機
構によって上下方向（Ｚ方向）に駆動されると共に、そ
の中心を通りＺ軸に平行な中心線の周りに慣用の回転機
構によって回転されるようになっている。

【００１３】Ｙステージ３１ｂの側面には昇降機構３４
が固定されている。この昇降機構３４には上下方向に昇
降自在な移動カメラ３３が保持されている。この移動カ
メラ３３は、高倍率部３３ａと低倍率部３３ｂとから構
成されている。

【００１４】チャック３２の側面には、その径方向に水
平に突出する小片３５が固定されている。この小片３５
は、導電性薄膜、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）薄
膜あるいはクロムを用いて描かれた十字マークの中心に
よって定義されるターゲット３５ａが表面に形成された
短冊状の透明板からなる。これはカメラ３３により検出
する際の基準点として機能する。また、十字状の薄膜の
周辺には、これを覆うように導電性透明薄膜、例えばＩ
ＴＯの薄膜が配設される。導電性透明薄膜は、静電容量
センサによるＺ方向の位置検出を可能とするために配設
されている。

【００１５】ターゲット３５ａが形成された小片３５
は、チャック３２の回転により移動カメラ３３の高倍率
部の光軸上に移動し、かつここから退避できるようにな
っている。また、小片３５はチャック３２に着脱自在に
取付けるように構成することも可能である。

【００１６】また、この発明の要部であるプローブ機構
１４は、図１および図２に示すように構成されている。
すなわち、装置本体１０の上部にはメインステージ１１
に対向して開口部４０が設けられている。この開口部４
０の開口縁は取付け段部４１に形成され、この取付け段
部４１には開口部４０を閉塞するように設けられたプリ
ント基板４２が固定ねじ４３によって固定されている。

【００１７】このプリント基板４２はエポキシ系の基板
本体４４の上面および下面にプリント配線層４５ａ，４
５ｂが形成されていると共に、プリント基板４２にはそ
の中央部を基準として左右対称的に複数の配線コネクタ
４６…を配置した配線コネクタ群４７が設けられてい
る。さらに、これら配線コネクタ群４７にはプリント基
板４２を貫通する取付け孔４８が設けられている。

【００１８】また、左右の配線コネクタ群４７相互間に
位置する前記プリント基板４２の下面には硬質の合成樹
脂材料または金属材料からなる支持ブロック４９が固定
ねじまたは接着剤によってプリント基板４２に対して固
定されている。この支持ブロック４９は肉厚の矩形枠状
に形成され、中央部の空間部５０が形成されていると共
に、下面に係合段部５１が形成されている。そして、前
記支持ブロック４９に対して前記プローブカード２１が
支持された状態で、プリンク基板４２に対して着脱可能
に取付けられている。

【００１９】すなわち、プローブカード２１は、可撓性
を有する矩形状の絶縁板状体からなる基板２１ａにフレ
キシブルプリント回路（ＦＰＣ）２１ｂを組み合わせた
ものであり、基板２１ａの長手方向の両端部にはコネク
タ２１ｃが設けられている。このコネクタ２１ｃにはフ
レキシブルプリント回路２１ｂと電気的に接続された複
数のコネクタピン２１ｄが設けられていると共に、貫通
孔２１ｅが穿設されている。

【００２０】さらに、基板２１ａの長手方向の中間部に
は接触子配置領域５２が設けられ、この接触子配置領域
５２には前記半導体ウエハ１２の１つのチップに対応し
て同サイズで、同チップの電極パッドと同ピッチに配置
された多数の接触子５３が基板２１ａの下面から突出し
た状態に設けられている。また、接触子配置領域５２の
周囲に位置する基板２１ａの上面にはアルミニウム材料
等の剛性を有する材料によって形成された矩形枠状のフ
レーム５４が一体に接着されている。すなわち、基板２
１ａは可撓性を有する材料で形成されているため、全体
がフレキシブル性に富んでいるが、フレーム５４によっ
て接触子配置領域５２を含む周囲の平面度を維持し、ま
た伸び、撓みを規制して接触子５３のピッチを維持して
いる。

【００２１】このように構成されたプローブカード２１
は、そのフレーム５４を前記支持ブロック４９の下面の
係合段部５１に嵌合し、支持ブロック４９に対して固定
ねじまたは真空吸着等によって位置決め固定される。ま
た、基板２１ａの長手方向の両端部のコネクタ２１ｃは
プリント基板４２の配線コネクタ群４７にそれぞれ位置
決めされ、コネクタピン２１ｄを配線コネクタ４６に接
続することにより、プリント基板４２とプローブカード
２１とが電気的に接続される。さらに、コネクタ２１ｃ
に設けられた貫通孔２１ｅにその下側から固定ねじ５５
を挿入し、その固定ねじ５５をプリント基板４２の取付
け孔４８に挿通してプリント基板４２の上面側でナット
５６により締め付けることにより固定される。

【００２２】したがって、プリント基板４２に対してプ
ローブカード２１が電気的および機械的に接続状態とな
り、プローブカード２１の中間部は支持ブロック４９の
存在によってコネクタ２１ｃより僅かに下方へ突出した
状態になる。しかも、ここで、重要なことは、載置台１
３に載置された半導体ウエハ１２に対してプローブカー
ド２１の接触子配置領域５２を平行に保つことにある
が、フレーム５４の存在によりプリント基板４２の下面
を基準面としてプローブカード２１を取付けることがで
き、接触子配置領域５２と半導体ウエハ１２との平行度
を簡単に、しかも正確に保つことができることである。

【００２３】また、前記支持ブロック４９の空間部５０
には弾性部材としての流体チャンバ５７が収納されてい
る。この流体チャンバ５７は内部に気体または液体を封
入した可撓性を有する袋体であり、所定量以上の流体が
封入されて加圧されたとき、その上面がプリント基板４
２の下面に、下面がプローブカード２１の裏面に圧接す
るようになっており、周囲は横方向の膨張を規制するた
めにガイド筒５８によって囲繞されている。

【００２４】流体チャンバ５７には圧力センサ５９が設
けられていると共に、流体供給源（図示しない）と接続
する流体流入口６０および流体流出口６１が設けられて
いる。この流体流入口６０および流体流出口６１にはそ
れぞれ電磁バルブ６０ａ，６１ａが設けられている。そ
して、この電磁バルブ６０ａ，６１ａは圧力センサ５９
の圧力検出信号に基づいて制御装置６２により開閉制御
され、流体チャンバ５７の圧力がコントロールされるよ
うになっている。

【００２５】例えば、前記制御装置６２には圧力センサ
５９の圧力検出信号を受信するＣＰＵ６３およびこのＣ
ＰＵ６３からの出力信号によって電磁バルブ６０ａ，６
１ａの開閉および開度調整する流量コントローラ６４，
６５が設けられている。

【００２６】なお、図３において、６６はプリント基板
４２の上部に設けられたコンタクトリングであり、上下
に突出する導電性ピン６７が配置され、プリント基板４
２と電気的に接続されており、このコンタクトリング６
６にはテストヘッド６８が載置されている。このテスト
ヘッド６８はテスタ６９に接続されている。そして、テ
スタ６９は所定の電源電圧や検査パルス信号を半導体ウ
エハ１２のチップに印加し、チップ側からの出力信号を
取り込んでチップの良否を判定するようになっている。

【００２７】次に、前述のように構成されたプローブ装
置の作用について説明する。まず、ウエハカセット１７
の内部の半導体ウエハ１２をハンドリングアーム２０に
よって把持してメインステージ１１の載置台１３に受け
渡す。載置台１３にはチャック３２が設けられ、半導体
ウエハ１２をチャッキングした後、公知の手段によって
チャック３２をＸ、Ｙ、θ方向の位置調整し、プローブ
カード２１と半導体ウエハ１２との平面方向の位置合わ
せを行う。

【００２８】この場合、１枚の半導体ウエハ１２には例
えば６４個の半導体チップが形成されており、プローブ
カード２１には１個の半導体チップに対応する接触子配
置領域５２が設けられているため、チャック３２をＸ、
Ｙ、θ方向の位置調整し、プローブカード２１の接触子
配置領域５２と半導体ウエハ１２の半導体チップとを位
置決めする。

【００２９】次に、載置台１３をＺ方向、つまり上昇さ
せると、半導体ウエハ１２の半導体チップに形成された
電極パッドがプローブカード２１の接触子配置領域５２
に設けられた接触子５３に接触する。

【００３０】一方、プローブカード２１の裏面側に設け
られた流体チャンバ５７には所定量の流体が供給され、
膨張してプローブカード２１をその裏面側から弾性的に
押圧しているため、載置台１３の上昇によって半導体ウ
エハ１２の電極パッドがプローブカード２１の接触子５
３と弾性的に圧接状態となり、半導体ウエハ１２の各電
極パッドは接触子５３を介してプローブカード２１に電
気的に接続される。

【００３１】したがって、半導体ウエハ１２はプローブ
カード２１からテストヘッド６８を介してテスタ６９に
電気的に導通状態となり、テストヘッド６８は所定の電
圧や検査信号を半導体ウエハ１２の半導体チップに与
え、半導体チップ側からの出力信号を取り込んでチップ
の良否を判定する。

【００３２】このようにプローブカード２１に剛性を有
するフレーム５４を設け、プリント基板４２を基準面と
してプローブカード２１を設けることにより、接触子配
置領域５２と半導体ウエハ１２との平行度を保つことが
できる。さらに、プローブカード２１が可撓性を有し、
その接触子配置領域５２の裏面側から流体チャンバ５７
によって接触子配置領域５２にバックアップを付与する
ことにより、半導体ウエハ１２の接触パッドと接触子５
３とが接触したとき、その接触部に弾性的に接触圧を付
与することができる。この結果、半導体ウエハ１２の接
触パッドに多少の凹凸が存在しても、両者がフィットし
て接触パッドと接触子５３とが確実に接触して電気的に
導通状態となるため、精度の高い測定を行うことができ
る。

【００３３】また、流体チャンバ５７の内部圧力は圧力
センサ５９によって常時検出され、ＣＰＵ６３に検出信
号を送信している。したがって、内部圧力が低下した場
合、ＣＰＵ６３から流量コントローラ６４に開弁指令信
号を出力し、流量コントローラ６４によって電磁バルブ
６０ａを開弁制御することにより、流体チャンバ５７に
流体を供給して内部圧力を上昇させることができる。

【００３４】また、周囲温度の上昇等の何等かの影響に
よって流体チャンバ５７の内部圧力が上昇した場合、圧
力センサ５９がこれを検出し、ＣＰＵ６３に検出信号を
送信することにより、ＣＰＵ６３から流量コントローラ
６５に開弁指令信号を出力し、流量コントローラ６５に
よって電磁バルブ６１ａを開弁制御することにより、流
体チャンバ５７の流体を排出して内部圧力を低下させる
ことができる。

【００３５】なお、前記第１の実施例においては、支持
ブロック４９とコネクタ２１ｃとを別体にしたが、支持
ブロック４９に一体にコネクタ２１ｃを設けてもよい。
図５は第２の実施例を示し、第１の実施例と同一構成部
分は同一番号を付して説明を省略する。この実施例にお
けるプローブカード７０は、可撓性を有する矩形状の絶
縁板状体からなる基板７１ａにフレキシブルプリント回
路（ＦＰＣ）７１ｂを組み合わせたものであり、基板７
１ａの長手方向の両端部にはバンプまたはパッドからな
る多数の接触片７１ｃが設けられている。これら接触片
７１ｃにはフレキシブルプリント回路７１ｂと電気的に
接続されていると共に、基板７１ａの両端部には貫通孔
７１ｄが穿設されている。

【００３６】さらに、基板７１ａの長手方向の中間部に
は第１の実施例と同様に接触子配置領域５２が設けら
れ、この接触子配置領域５２には前記半導体ウエハ１２
の１つのチップに対応して同サイズで、同チップの電極
パッドと同ピッチに配置された多数の接触子５３が基板
７１ａの下面から突出した状態に設けられている。

【００３７】また、基板７１ａの長手方向の両端部の接
触片７１ｃはプリント基板４２の配線層４５ｂに設けら
れた電極７２にそれぞれ位置決めされ、プリント基板４
２とプローブカード７０とが電気的に接続される。さら
に、プローブカード７０の両端部に設けられた貫通孔７
１ｄにその下側から固定ねじ５５を挿入し、その固定ね
じ５５をプリント基板４２の取付け孔４８に挿通してプ
リント基板４２の上面側でナット５６により締め付ける
ことにより固定されている。

【００３８】このように構成されたプローブカード７０
によれば、両端部にコネクタが不要となり、第１の実施
例の効果に加え、プローブカード７０の構成の簡素化を
図ることができると共に、プリント基板４２の下面側に
コネクタが突出しないため、他の部材との干渉を防止で
きるという効果がある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、可撓性を有するプローブカードに接触子を設けるこ
とにより、半導体デバイスの微細化に伴って電極パッド
のサイズが微細化し、その間隔も高密度化されてきてい
ても、その電極パッドに対応してプローブカードに接触
子を配置することができる。

【００４０】さらに、可撓性を有するプローブカードに
剛性を有するフレームを設け、プリント基板を基準面と
してプローブカードを設けることにより、接触子配置領
域と被検査体との平行度を保つことができる。さらに、
プローブカードの裏面側から弾性部材によって接触子配
置領域にバックアップを付与することにより、被検査体
の接触パッドと接触子とが接触したとき、その接触部に
弾性的に接触圧を付与することができる。この結果、被
検査体の接触パッドに多少の凹凸が存在しても、両者が
フィットして接触パッドと接触子とが確実に接触して電
気的に導通状態となるため、精度の高い測定を行うこと
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示すプローブ装置の
要部の縦断正面図。

【図２】同実施例のプローブカードの斜視図。

【図３】同実施例のプローブ装置の全体の概略的構成
図。

【図４】同実施例の載置台の斜視図。

【図５】この発明の第２の実施例を示すプローブ装置の
要部の縦断正面図。

【符号の説明】

１０…装置本体、１２…半導体ウエハ（被検査体）、１
３…載置台、２１…プローブカード、４２…プリント基
板、５２…接触子配置領域、５３…接触子、５４…フレ
ーム、５７…流体チャンバ（弾性部材）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置する載置台を有した装置
   本体と、 この装置本体に設けられ前記載置台に載置された被検査
   体に対向するプリント基板と、 このプリント基板の配線層に両端部が電気的に接続さ
   れ、中間部に前記被検査体の電極パッドに接触する接触
   子を配置した接触子配置領域を備えた可撓性を有するプ
   ローブカードと、 このプローブカードの接触子配置領域の周囲に設けられ
   前記プリント基板を基準面として接触子配置領域と前記
   被検査体との平行度を保つ剛性を有するフレームと、 前記プローブカードの接触子配置領域の裏面側に設けら
   れ前記被検査体の接触パッドと接触子とが接触したと
   き、その接触部に接触圧を付与する弾性部材と、 を具備したことを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】 フレームは、接触配置領域を囲繞するよ
   うに矩形枠状に形成されたアルミニウムフレームで形成
   され、支持ブロックを介してプリント基板に固定されて
   いることを特徴とする請求項１記載のプローブ装置。
3. 【請求項３】 弾性部材は、内部に気体または液体が封
   入された流体チャンバであることを特徴とする請求項１
   または２記載のプローブ装置。