JPWO2011016097A1

JPWO2011016097A1 - ウエハトレイおよび試験装置

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Publication number: JPWO2011016097A1
Application number: JP2009534384A
Authority: JP
Inventors: 敏之清川; 芳春梅村
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2013-01-10
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Abstract

半導体ウエハ上に形成された複数の被試験デバイスの試験時間短縮を目的として、当該試験を行う試験装置に装着して用いられるウエハトレイは、半導体ウエハを真空吸着によりウエハトレイに固定するための第１流路と、ウエハトレイを真空吸着により試験装置に固定するための第２流路と、少なくとも半導体ウエハを載置する載置面を加熱するためのヒータとを有する。このようなウエハトレイを採用することにより、異なるテストヘッド間で被試験体である半導体ウエハを円滑に着脱することができ、また、テストヘッドへの装着後に迅速に試験を開始することができる。

Description

本発明は、ウエハトレイおよび試験装置に関する。

下記の特許文献１には、被検査体をステージに載せて、被検査体の位置合わせマークをＣＣＤカメラで観察することにより、プローブ電極との位置合わせを行って被検査体の検査を行う検査装置が記載されている。これにより、被検査体の検査に要する時間の短縮を図っている。

特開平８−１１５９５４号公報

半導体ウエハに形成される複数の被試験デバイスは回路規模が年々巨大化しており、これに伴って必要な試験が多岐にわたるようになり、条件の異なる複数の試験を同一の半導体ウエハに対して行いたいという要請がより一層強くなっている。条件の異なる試験を行う場合、全体としての試験時間短縮を目的として、異なるテストヘッド間での半導体ウエハの円滑な着脱、およびテストヘッドへの装着後の迅速な試験開始が求められる。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の態様として、半導体ウエハ上に形成された複数の被試験デバイスを試験する試験装置に装着して用いられるウエハトレイであって、半導体ウエハを真空吸着によりウエハトレイに固定するための第１流路と、ウエハトレイを真空吸着により試験装置に固定するための第２流路と、少なくとも半導体ウエハを載置する載置面を加熱するためのヒータとを有するウエハトレイが提供される。

また、本発明の第２の態様として、少なくとも載置面を冷却するための冷媒を循環させる第３流路を更に有する第１の態様のウエハトレイが提供される。

また、本発明の第３の態様として、第１流路と第２流路は連結されている第１の態様または第２の態様のウエハトレイが提供される。

また、本発明の第４の態様として、試験装置は、第１流路に接続される第１排気装置と第２流路に接続される第２排気装置を有し、第１流路の真空度を第２流路の真空度よりも高くなるように、第１排気装置および第２排気装置の駆動を制御する制御部を更に有する、第１の態様または第２の態様のウエハトレイを用いる試験装置が提供される。

また、本発明の第５の態様として、試験装置は、半導体ウエハに重ね合わされる接触面において複数の被試験デバイスの電気接点にそれぞれ接続される電気接点が配されたプローブカードを有し、ウエハトレイは、プローブカードとの間で形成される密封空間を利用した真空吸着により試験装置に固定される、第１の態様から第３の態様のいずれかのウエハトレイを用いる試験装置が提供される。

また、本発明の第６の態様として、プローブカードは、少なくとも、ハード基板である配線基板と、弾性シートに電気接点が配されたメンブレンユニットとから構成され、密封空間は、メンブレンユニットに設けられた貫通穴を介して、ウエハトレイと配線基板との間に形成される第５の態様の試験装置が提供される。

また、本発明の第７の態様として、プローブカードは試験装置に対して着脱可能であり、密封空間における真空吸着を維持したまま、プローブカード、ウエハ及びウエハトレイを一体的に移動することができる第５の態様または第６の態様の試験装置が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これら特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

試験装置１００の正面図である。試験装置１００の部分縦断面図である。試験装置１００の部分水平断面図である。アライメントユニット４００の部分縦断面図である。テストヘッド２００の断面図である。プローブカード３００の分解図である。メンブレンユニット３７０の部分拡大断面図である。ＰＣＲシート３４０、３６０の部分拡大断面図である。インタポーザ３５０の部分断面図である。配線基板３２０の平面図である。コンタクタ２０２の部分分解斜視図である。コンタクタ２０２の拡大断面図である。コンタクタハウジング２８０における信号配列を示す図である。ウエハトレイ４５０の上面斜視図である。テストヘッド２００およびプローブカード３００の断面図である。テストヘッド２００およびプローブカード３００の断面図である。試験実行領域１０３を示す平面図である。試験実行領域１０３を示す平面図である。プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０の断面図である。ガイドユニット３３０周辺の分解斜視図である。プローブカード３００の平面図である。コンタクタ２０２の動作を示す模式図である。コンタクタ２０２周辺の他の構造を示す斜視図である。コンタクタ２０２の側面図である。プローブカード３００の平面図である。プローブカード３００の部分拡大斜視図である。コンタクタ２０２の更に他の構造を示す側面図である。

１００試験装置、１０１ウエハ、１０２素子領域、１０３試験実行領域、１０５試験非実行領域、１１０ＥＦＥＭ（ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＦｒｏｎｔＥｎｄＭｏｄｕｌｅ）、１１２シグナルランプ、１１４ＥＭＯ（ＥＭｅｒｇｅｎｃｙＯｆｆ）、１１５、４０２、４２２レール、１１６ロボットアーム、１１７コラム、１１８プリアライナ、１２０操作部、１２２ディスプレイ、１２４アーム、１２６入力装置、１３０ロードユニット、１３２ロードテーブル、１３４ロードゲート、１４０チラー、１５０ＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）、１６０メインフレーム、２００テストヘッド、２０１、４０１筐体、２０２コンタクタ、２１０ピンエレクトロニクス、２２０マザーボード、２２２、２２６アングルコネクタ、２２４中継コネクタ、２２８小基板、２３０フラットケーブル、２３２コネクタハウジング、２３４コンタクトピン、２４０支持基板、２５０三次元アクチュエータ、２６０コンタクタ基板、２７０サブ基板、２７１絶縁シート、２７２、２７３、２７７、２８２、２９６、３１３、３１５、３１７、３２７、３３６ネジ穴、２７４実装部品、２７５補強部材、２７６、２９２レセプタクル、２７８、３２１、３２３、３５１、３５３、３７１コンタクトパッド、２７９、２９８、３１６、３１９、３２９、３３９ネジ、２８０コンタクタハウジング、２８１通過部、２８３傾斜部、２８４ハウジング穴、２８５水平部、２８６スプリングピン、２８７電源ライン、２８８グランドライン、２８９信号ライン、２９０ソケット、２９４係合ピン、２９５ガイドピン、２９９バネ、３００プローブカード、３０９枠部、３１０スティフナ、３１１吸着子、３１２、６１２上部フレーム、３１４下部フレーム、３１８クロスメンバ、３２０配線基板、３２４パッド群、３２８非貫通孔、３３０ガイドユニット、３３１長穴、３３２チャネル部材、３３３ローラ、３３４連結部、３３５作動バー、３３７スピンドル、３４０、３６０ＰＣＲシート（ＰｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＲｕｂｅｒＳｈｅｅｔ）、３４１、３６１貫通電極、３４３、３６３弾性支持部、３４２、３６２フレーム、３４４、３４６、３５４、３６４、３６６、３７４貫通穴、３５０インタポーザ、３５２基板、３５５、３７５スルーホール、３５７配線層、３７０メンブレンユニット、３７２弾性シート、３７３バンプ、３７６フレーム、３８０ガイドバー、３８１段差、３８２溝カム、３８６ガイド穴、３８７端部、４００アライメントユニット、４１０アライメントステージ、４２０ステージキャリア、４３０マイクロスコープ、４４０ハンガフック、４５０ウエハトレイ、４５２、４５４流路、４５６ダイヤフラム、４５８、４６０開口、４６２配線、４６４ヒータ、４７２基台、４７４載置面、５１０、５２０減圧源、５１２、５２２バルブ

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、試験装置１００全体を示す正面図である。試験装置１００は、ＥＦＥＭ１１０、操作部１２０、ロードユニット１３０、チラー１４０を備える。

ＥＦＥＭ１１０は、試験対象となる基板を試験装置１００の内部で搬送する機構を内蔵する。試験装置１００のなかでＥＦＥＭ１１０は寸法が最も大きいので、試験装置１００の動作状態を示すシグナルランプ１１２と、試験装置１００を非常停止させる場合に操作するＥＭＯ１１４とが、ＥＦＥＭ１１０前面の高い位置に配される。

操作部１２０も、ＥＦＥＭ１１０に支持される。操作部１２０は、ディスプレイ１２２、アーム１２４および入力装置１２６を有する。アーム１２４は、一端をＥＦＥＭ１１０に結合され、他端においてディスプレイ１２２および入力装置１２６を移動自在に支持する。

ディスプレイ１２２は、例えば液晶表示装置等を含み、試験装置１００の動作状態、入力装置１２６からの入力内容のエコーバック等を表示する。入力装置１２６は、キーボード、マウス、トラックボール、ジョグタイヤル等を含み得、試験装置１００の設定、操作等を受け付ける。

なお、入力装置１２６から入力され、または予めプログラムされている各構成要素の動作等、試験装置１００全体の制御は、図示されていない制御部が行う。この場合、各構成要素はそれぞれに設けられた個別の制御部が制御を行い、複数の構成要素が協調作業を行うときのタイミング等の指示を全体の制御部が個別の制御部に行うようにしても良い。

ロードユニット１３０は、ロードテーブル１３２およびロードゲート１３４を有する。ロードテーブル１３２は、試験の対象となる半導体ウエハを収容した容器が載せられる。ロードゲート１３４は、試験装置１００に半導体ウエハを搬入または搬出する場合に開閉する。これにより、試験装置１００内部の清浄度を低下させることなく、外部から半導体ウエハをロードできる。

チラー１４０は、試験装置１００における試験により温度が上昇したウエハを搬出前に冷却する場合等に、冷却された媒体を供給する。このため、チラー１４０は、熱交換器を有して、試験を実行するテストヘッドの近傍に配される。なお、チラー１４０は、多くの場合は、冷媒を冷却する目的で使用される。しかしながら、加熱用熱源を供給する目的で、熱媒の加熱に使用される場合もある。また、冷却または加熱された熱媒の供給源が試験装置１００の外部に別途用意されている場合は、チラー１４０が試験装置１００から省かれる場合もある。

図２は、試験装置１００の部分縦断面図である。図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。試験装置１００は、ロードユニット１３０、ＥＦＥＭ１１０、メインフレーム１６０、アライメントユニット４００、プローブカード３００およびテストヘッド２００を備える。この図ではチラー１４０の図示は省いた。

この試験装置１００においては、ロードユニット１３０、ＥＦＥＭ１１０およびメインフレーム１６０が、前面（図中の左側）から後方（図中の右側）に向かって順次隣接して配される。また、アライメントユニット４００、プローブカード３００およびテストヘッド２００は、メインフレーム１６０の上に積層される。

ロードユニット１３０のロードテーブル１３２には、ＦＯＵＰ１５０が載せられている。ＦＯＵＰ１５０は、試験対象となるウエハ１０１を複数格納する。また、試験終了後のウエハ１０１を回収する場合にも、ＦＯＵＰ１５０にウエハが収納される。

ＥＦＥＭ１１０は、ロボットアーム１１６を内蔵する。ロボットアーム１１６は、レール１１５に沿って走行するコラム１１７に搭載され、ロードユニット１３０およびアライメントユニット４００の間でウエハを搬送する。このため、ロードユニット１３０とＥＦＥＭ１１０、アライメントユニット４００とＥＦＥＭ１１０は、それぞれ内部で気密に連通し、これらの内部は高い清浄度を保たれる。

メインフレーム１６０は、試験装置１００全体の動作を制御する。例えば、操作部１２０に接続されて、入力装置１２６から入力を受け付け、それを試験装置１００の各部に反映させる。また、試験装置１００の動作状態を反映させた表示内容を生成して、ディスプレイ１２２に表示させる。

更に、メインフレーム１６０は、ロードユニット１３０、ＥＦＥＭ１１０およびアライメントユニット４００の動作を同期させて、ウエハ１０１を相互に受け渡しさせる。また更に、ＥＭＯ１１４が操作された場合は、試験装置１００各部の動作を直ちに停止させる。これらの動作は、試験の対象となるウエハ１０１の種類、試験の内容に関わらず求められるので、メインフレーム１６０は試験装置１００に恒常的に装備される。

アライメントユニット４００は、アライメントステージ４１０を有する。換言すれば、プローブカード３００を交換することにより、レイアウトの異なるウエハ１０１に試験装置１００を対応させることができる。

アライメントステージ４１０は、ウエハトレイ４５０およびウエハ１０１を搭載してレール４０２に沿って走行する。また、アライメントステージ４１０は、垂直方向に伸縮して、搭載したウエハ１０１を上昇または降下させることができる。これにより、プローブカード３００に対してウエハ１０１を位置合わせした後、ウエハ１０１を上方のプローブカード３００に押し付ける。

プローブカード３００は、試験装置１００において試験を実行する場合に、テストヘッド２００とウエハ１０１との間に介在して、テストヘッド２００およびウエハ１０１を電気的に接続する配線基板ユニットとして用いられる。ウエハ１０１に対して試験を実行する場合は、プローブカード３００により、テストヘッド２００とウエハ１０１との間に電気的な信号経路が形成される。

テストヘッド２００は、複数のピンエレクトロニクス２１０を格納する。ピンエレクトロニクス２１０は、試験の対象および試験の内容に応じて求められる電気回路を実装される。換言すれば、テストヘッド２００は、下面に装着されたコンタクタ２０２を介して、プローブカード３００に対して電気的に接続される。

上記のような試験装置１００において、試験に供するウエハ１０１は、ＦＯＵＰ１５０に収容された状態で、ロードテーブル１３２に搭載される。ロボットアーム１１６は、ロードゲート１３４を通してウエハ１０１を１枚ずつ取り出して、アライメントユニット４００に搬送する。

アライメントユニット４００において、ウエハ１０１は、アライメントステージ４１０上のウエハトレイ４５０に搭載される。アライメントステージ４１０は、搭載されたウエハ１０１をプローブカード３００に対して位置合わせした後、プローブカード３００に対して下方から押し付ける。以後の動作については後述する。

図３は、試験装置１００の部分水平断面図である。図１および図２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。試験装置１００は、４基のロードユニット１３０と、４基のテストヘッド２００とを備える。また、ロードユニット１３０の各々には、ＦＯＵＰ１５０が装填される。

ＥＦＥＭ１１０およびアライメントユニット４００は１基ずつ配される。また、アライメントユニット４００は、単一のアライメントステージ４１０を備える。

ＥＦＥＭ１１０において、ロボットアーム１１６を支持するコラム１１７は、レール１１５に沿って、ＥＦＥＭ１１０の略全幅にわたって移動する。従って、ロボットアーム１１６は、４基のロードユニット１３０および４基のテストヘッドの全てにウエハ１０１を搬送できる。

なお、ＥＦＥＭ１１０内部の、チラー１４０と反対側の端部に、プリアライナ１１８が配される。プリアライナ１１８は、ロボットアーム１１６に対するウエハ１０１の搭載位置を、テストヘッド２００が要求する精度よりは低いが相当に高い精度で調整する。

これにより、ロボットアーム１１６がウエハトレイ４５０にウエハ１０１を搭載する場合の初期位置精度が向上され、プローブカード３００に対する位置合わせに要する時間が短縮される。また、試験装置１００のスループットを向上させることができる。

アライメントユニット４００は、レール４０２、４２２、ステージキャリア４２０、アライメントステージ４１０およびマイクロスコープ４３０を有する。レール４０２は、筐体４０１底面の略全幅にわたって配される。ステージキャリア４２０は、レール４０２に沿って、筐体４０１の長手方向に移動する。

ステージキャリア４２０は、筐体４０１のレール４０２に直行するレール４２２を上面に有する。アライメントステージ４１０は、レール４２２の上を筐体４０１の短手方向に移動する。

マイクロスコープ４３０の一部は、テストヘッド２００の各々に対応して、プローブカード３００の各々の直近に配される。これらのマイクロスコープ４３０は、筐体４０１の天井面に、下方に向かって配される。

また、一対のマイクロスコープ４３０が、アライメントステージ４１０と共に、ステージキャリア４２０に搭載される。この一対のマイクロスコープ４３０は、アライメントステージ４１０と共に移動する。また、これらのマイクロスコープ４３０は、上方に向かって配される。

これらのマイクロスコープ４３０を用いることにより、プローブカード３００に対してアライメントステージ４１０上のウエハ１０１を位置合わせすることができる。即ち、アライメントステージ４１０上の上に搭載された段階では、ウエハ１０１の位置は、プリアライメントの精度で位置決めされている。そこで、下方を向いたマイクロスコープ４３０でウエハ１０１の例えば縁部を検出することにより、ウエハ１０１の位置を正確に検出することができる。

一方、筐体４０１に配されたマイクロスコープのプローブカード３００に対する相対位置は既知である。これにより、ウエハ１０１の位置とプローブカード３００の位置との差分を検出し、それが補償されるようにアライメントステージ４１０を移動させて、ウエハ１０１およびプローブカード３００を位置合わせすることができる。

なお、ウエハ１０１の検出は、縁部の検出に限られるわけではない。例えば、ディスプレイ１２２にマイクロスコープ４３０の映像を表示して、手動で位置合わせしてもよい。

図４は、アライメントユニット４００の構造を示す部分縦断面図である。図１から図３と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。アライメントユニット４００は、筐体４０１、アライメントステージ４１０およびハンガフック４４０を備える。

筐体４０１は、複数のテストヘッド２００、例えば４基のテストヘッド２００に応じた幅を有する。また、筐体４０１の上面には、テストヘッド２００の各々に対応して４枚のプローブカード３００が装着される。更に、筐体４０１内部の天井面には、テストヘッド２００の各々に対応する位置に、開閉するハンガフック４４０がそれぞれ配される。

ハンガフック４４０は、閉じた場合にはウエハトレイ４５０を懸下して、プローブカード３００の直下に保持する。ハンガフック４４０が開いた場合、ウエハトレイ４５０は開放される。これにより、アライメントユニット４００は、テストヘッド２００およびプローブカード３００の各々の直下に、それぞれウエハトレイ４５０を待機させる。

アライメントステージ４１０は、筐体４０１の底面に配されたレール４０２に沿って、いずれのテストヘッド２００の下方にも移動できる。また、アライメントステージ４１０は、垂直方向に伸縮して、搭載したウエハトレイ４５０等を上昇または降下させることができる。

上記のような構造を有するアライメントユニット４００において、ハンガフック４４０に保持されたウエハトレイ４５０は、下方からアライメントステージ４１０を上昇させることにより、いったん、単独でアライメントステージ４１０に搭載される。続いて、ハンガフック４４０を開いて開放した状態でアライメントステージ４１０を降下させることにより、ウエハトレイ４５０をハンガフック４４０から開放する。

更に、アライメントステージ４１０の降下により上面を開放されたウエハトレイ４５０に、ＥＦＥＭ１１０のロボットアーム１１６がウエハ１０１を搭載する。こうして、アライメントステージ４１０は、ウエハトレイ４５０に載せられた状態でウエハ１０１を搭載できる。

次に、アライメントステージ４１０は、プローブカード３００に対してウエハ１０１を位置合わせしつつ、ウエハトレイ４５０を上昇させて、プローブカード３００の下面に押し付ける。プローブカード３００は、押し付けられたウエハトレイ４５０およびウエハ１０１を吸着する。プローブカード３００がウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を吸着する構造については後述する。

アライメントステージ４１０は、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を残して移動し、他のウエハ１０１を搬送する。こうして、ウエハ１０１を、テストヘッド２００に対して装填できる。

なお、試験を終えたウエハ１０１を回収する場合は、上記の一連の操作を逆の順序で実行すればよい。これにより、ロボットアーム１１６によりウエハ１０１を搬出できると共に、ウエハトレイ４５０は、テストヘッド２００の直下で待機する。

図示の例では、図上で右側のテストヘッド２００の直下で、ウエハトレイ４５０およびウエハ１０１が、プローブカード３００に吸着されている。ハンガフック４４０は閉じているが、ウエハトレイ４５０には接していない。

右から２番目のテストヘッド２００の直下では、アライメントステージ４１０が、搭載したウエハトレイ４５０およびウエハ１０１を押し上げて、プローブカード３００の下面に密着させている。他のテストヘッド２００の下方では、ハンガフック４４０がウエハトレイ４５０を保持して待機している。

このように、アライメントユニット４００においては、４基のテストヘッド２００の各々に対応してウエハトレイ４５０が装備される。これにより、テストヘッド２００の各々が個別にウエハ１０１を試験できる。

なお、複数のテストヘッド２００は、互いに同じ種類の試験を実行してもよいし、互いに異なる種類の試験を実行してもよい。また、後者の場合、時間のかかる試験を複数のテストヘッドに担わせることにより、試験装置１００のスループットを向上させることもできる。

このように、試験装置１００においては、単一のアライメントステージ４１０およびロボットアーム１１６を、複数のテストヘッド２００に対して用いる。これにより、試験を実行している期間は不要なアライメントステージ４１０およびロボットアーム１１６の利用効率を向上させることができる。

図５は、テストヘッド２００の断面図である。図１から図４と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。テストヘッド２００は、筐体２０１、コンタクタ２０２、ピンエレクトロニクス２１０、マザーボード２２０およびフラットケーブル２３０を備える。

筐体２０１の内部には、複数の中継コネクタ２２４を有するマザーボード２２０が水平に配される。中継コネクタ２２４は、マザーボード２２０の上面側および下面側にそれぞれレセプタクルを有し、マザーボード２２０を貫通する信号経路を形成する。

マザーボード２２０の上面において、中継コネクタ２２４の各々には、アングルコネクタ２２２を介してピンエレクトロニクス２１０が装着される。このような構造により、試験対象の仕様および試験内容に応じてピンエレクトロニクス２１０を交換することができる。

複数のピンエレクトロニクス２１０は、互いに同じ仕様である場合も、互いに異なる仕様である場合もある。また、一部の中継コネクタ２２４に、ピンエレクトロニクス２１０が装着されない場合もある。

マザーボード２２０の下面において、中継コネクタ２２４の各々には、アングルコネクタ２２６を介して小基板２２８が接続される。小基板２２８には、フラットケーブル２３０の一端が接続される。これにより、筐体２０１内部のピンエレクトロニクス２１０と、後述するコンタクタ２０２とを、フラットケーブル２３０を介して接続できる。

筐体２０１の下面には、コンタクタ２０２が装着される。コンタクタ２０２は、支持基板２４０、三次元アクチュエータ２５０、コンタクタ基板２６０、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０を有する。

支持基板２４０は、上面を筐体２０１に対して固定されると共に、下面において、三次元アクチュエータ２５０の上端を支持する。三次元アクチュエータ２５０の下端は、コンタクタ基板２６０を支持する。更に、コンタクタ基板２６０の下面には、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０が固定される。

三次元アクチュエータ２５０は、支持基板２４０の下面に沿って水平方向に移動し得ると共に、垂直方向にも伸縮する。これにより、コンタクタ基板２６０を、三次元的に移動させることができる。コンタクタ基板２６０が移動した場合、コンタクタ基板２６０と共に、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０も移動する。

なお、フラットケーブル２３０の下端は、コンタクタハウジング２８０に保持された端子、例えばスプリングピンに結合される。これにより、ピンエレクトロニクス２１０は、テストヘッド２００の最下面まで電気的に接続される。また、ここでは一例としてスプリングピンを挙げたが、容量結合、光接続等、スプリングピンを用いない接続を含む構造も採り得る。

図６は、プローブカード３００の分解図である。プローブカード３００は、配線基板３２０、ＰＣＲシート３４０、３６０、インタポーザ３５０およびメンブレンユニット３７０を備える。

配線基板３２０は、比較的機械強度の高い絶縁基板、例えばポリイミド板により形成される。配線基板３２０の周縁部は、互いに積層してネジ３１６により締結された、それぞれが枠状の上部フレーム３１２および下部フレーム３１４に挟まれる。これにより、配線基板３２０の機械的強度は更に向上される。

また、配線基板３２０は、上面にガイドユニット３３０を複数有する。ガイドユニット３３０は、コンタクタ２０２が配線基板３２０に当接する場合に、コンタクタ２０２を案内して位置決めするコネクタガイドとして機能する。

更に、配線基板３２０の下面には、接触により電気的接続を得られる複数のコンタクトパッド３２３が配される。コンタクトパッド３２３は、配線基板３２０の上面において、ガイドユニット３３０の内側に配された、図示されていないコンタクトパッドに電気的に接続される。

ＰＣＲシート３４０は、表裏を貫通する貫通電極３４１を有する。また、ＰＣＲシート３４０の貫通電極３４１は、配線基板３２０下面のコンタクトパッド３２３と同じレイアウトを有する。これにより、配線基板３２０とＰＣＲシート３４０とが密接して積層された場合、コンタクトパッド３２３および貫通電極３４１は、互いに電気的に接続される。

インタポーザ３５０は、上面および下面に、それぞれコンタクトパッド３５１、３５３を有する。上面のコンタクトパッド３５１は、ＰＣＲシート３４０の貫通電極３４１と同じレイアウトを有する。これにより、ＰＣＲシート３４０とインタポーザ３５０とが密接して積層された場合、貫通電極３４１およびコンタクトパッド３５１は、互いに電気的に接続される。

インタポーザ３５０下面のコンタクトパッド３５３は、上面のコンタクトパッド３５１と異なるレイアウトを有する。このため、インタポーザ３５０の表裏では、コンタクトパッド３５１、３５３のピッチが異なっている。ただし、下面のコンタクトパッド３５３には、対応する上面のコンタクトパッド３５１があり、対応するコンタクトパッド３５１、３５３は互いに電気的に接続される。

ＰＣＲシート３６０は、表裏を貫通する貫通電極３６１を有する。また、ＰＣＲシート３６０の貫通電極３６１は、インタポーザ３５０下面のコンタクトパッド３５３と同じレイアウトを有する。これにより、インタポーザ３５０とＰＣＲシート３６０とが密接して積層された場合、コンタクトパッド３５３および貫通電極３６１は、互いに電気的に接続される。

メンブレンユニット３７０は、弾性シート３７２、コンタクトパッド３７１、バンプ３７３およびフレーム３７６を有する。弾性シート３７２は、弾性を有する絶縁材料により形成される。

コンタクトパッド３７１は、ＰＣＲシート３６０下面における貫通電極３６１と同じレイアウトで、弾性シート３７２の上面に配される。従って、ＰＣＲシート３４０とメンブレンユニット３７０とが密接して積層された場合、貫通電極３６１およびコンタクトパッド３７１は互いに電気的に接続される。

バンプ３７３は、弾性シート３７２の下面に配される。フレーム３７６は、弾性シート３７２の周縁部を把持して、弾性シート３７２を平坦な状態に維持する。

なお、ＰＣＲシート３４０、３６０、インタポーザ３５０およびメンブレンユニット３７０の各々は、表裏を貫通する貫通穴３４４、３５４、３６４、３７４を有する。貫通穴３４４、３５４、３６４、３７４は、相互に概ね同じ位置にレイアウトされる。これにより、ＰＣＲシート３４０、３６０、インタポーザ３５０およびメンブレンユニット３７０を積層した場合に貫通穴３４４、３５４、３６４、３７４が連通して、部材相互の間の排気を助ける。

図７は、メンブレンユニット３７０の部分拡大断面図である。メンブレンユニット３７０において、バンプ３７３は、試験対象となるウエハ１０１上の回路の試験パッドと同じレイアウトに配される。試験パッドは、ウエハ１０１上のデバイスの試験を実行する場合に、被試験デバイスに対する信号に入出力、電力の供給等に用いる電気接点をなす。

また、バンプ３７３は、ウエハ１０１上の個々の回路に対応して複数のバンプ３７３を含むセットを形成し、更に、当該セットが、ウエハ１０１上の回路の数と同数形成される。更に、バンプ３７３の各々は、下方に向かって中央が突出した形状を有する。これにより、バンプ３７３は、プローブカード３００の最下面において、ウエハ１０１に対する接触端子として機能する。

また、バンプ３７３のそれぞれは、弾性シート３７２に埋設されたスルーホール３７５を介して、コンタクトパッド３７１のいずれかに電気的に接続される。既に説明した通り、コンタクトパッド３７１は、ＰＣＲシート３６０の貫通電極３６１、および、インタポーザ３５０下面のコンタクトパッド３５３と同じレイアウトを有する。従ってメンブレンユニット３７０、ＰＣＲシート３６０およびインタポーザ３５０が相互に積層された場合、バンプ３７３からインタポーザ３５０に至る電気的接続が形成される。

図８は、ＰＣＲシート３４０、３６０の部分拡大断面図である。ＰＣＲシート３４０、３６０は、貫通電極３４１、３６１、フレーム３４２、３６２および弾性支持部３４３、３６３を有する。

フレーム３４２、３６２は、金属等の比較的剛性の高い材料で形成され、貫通電極３４１、３６１の外径よりも大きな内径を有する貫通穴３４６、３６６を複数有する。貫通電極３４１、３６１の各々は、フレーム３４２、３６２に形成された貫通穴３４６、３６６の内側において、弾性支持部３４３、３６３を介してフレーム３６２から支持される。

弾性支持部３４３、３６３は、シリコンゴム等の柔軟な材料により形成される。また、貫通電極３４１、３６１は、フレーム３６２の厚さよりも大きな長さを有する。これにより、ＰＣＲシート３４０、３６０がインタポーザ３５０および配線基板３２０の間、あるいは、インタポーザ３５０およびメンブレンユニット３７０の間に挟まれた場合、各部材の凹凸のばらつきを吸収して、良好な電気的接合を形成する。

図９は、インタポーザ３５０の部分断面図である。インタポーザ３５０の基板３５２は、基板３５２を表裏に貫通する複数のスルーホール３５５を有する。スルーホール３５５の各々は、配線層３５７を介して、コンタクトパッド３５１、３５３に接続される。これにより、基板３５２の表裏のコンタクトパッド３５１、３５３が電気的に接続される。

また、スルーホール３５５とコンタクトパッド３５１、３５３との間に配線層３５７が介在するので、上面のコンタクトパッド３５１と裏面のコンタクトパッド３５３とに異なるレイアウトを与えることができる。従って、インタポーザ３５０下面のコンタクトパッド３５３を、試験対象となるウエハ１０１の試験パッドに一致させた場合でも、インタポーザ３５０上面のコンタクトパッド３５１を任意にレイアウトできる。

より具体的には、ウエハ１０１の試験パッドは、集積回路に造り込まれているので、それぞれの面積も、試験パッド相互のピッチも小さい。しかしながら、インタポーザ３５０下面のコンタクトパッド３５３のピッチＰ２を試験パッドに合わせる一方、インタポーザ３５０上面のコンタクトパッド３５１のピッチＰ１をより大きくすることにより、インタポーザ３５０の上側に積層されるＰＣＲシート３４０および配線基板３２０においては、貫通電極３４１およびコンタクトパッド３２３のピッチを大きくすることができる。

また、インタポーザ３５０の上面におけるコンタクトパッド３５１の面積を、下面のコンタクトパッド３５３の面積よりも大きくすることにより、インタポーザ３５０、ＰＣＲシート３４０および配線基板３２０に相互の位置精度要求を緩和できる。また、接触抵抗等に起因する電気特性も改善できる。

このように、プローブカード３００上面に配されたコンタクトパッド３５１のピッチは、メンブレンユニット３７０のバンプ３７３よりも広い。また、コンタクトパッド３２１の面積は、バンプ３７３よりも広くすることができる。これにより、コンタクタ２０２とプローブカード３００との接続を容易且つ確実にできる。

図１０は、配線基板３２０平面図である。配線基板３２０は、点線で示すウエハ１０１に外接する矩形よりもわずかに大きな矩形の平面形状を有する。スティフナ３１０は、配線基板３２０の外側を包囲する。また、スティフナ３１０は、配線基板３２０を横切るクロスメンバ３１８を有する。

クロスメンバ３１８は、枠状のスティフナ３１０に対して高剛性に取り付けられる。これにより、スティフナ３１０と一体化された配線基板３２０全体の曲げ剛性が向上されると共に、ねじれ剛性も高くなる。従って、配線基板３２０の反り等の変形も抑制できる。

ガイドユニット３３０は、スティフナ３１０およびクロスメンバ３１８の間で、配線基板３２０の上面に互いに並行に多数配される。また、ガイドユニット３３０の各々の内側には、配線基板３２０上面の複数のコンタクトパッドが集まってパッド群３２４を形成する。このように、プローブカード３００の複数のコンタクトパッド３２１は、互いに同一の信号配列を含むｎセットのパッド群３２４により形成してもよい。

パッド群３２４は、互いに同じ配置を有する。パッド群３２４を形成するコンタクトパッドの各々は、配線基板３２０下面のコンタクトパッド３２１のいずれかに電気的に接続されるが、パッド群３２４相互では、個々のコンタクトバッドに対する信号配列が共通している。

このように、コンタクタ２０２による一回の接続において試験対象となるパッド群３２４は、ウエハ１０１において互いに同一の信号配列を有する試験パッドに対応した配列にしてもよい。これにより、仕様の同じコンタクタ２０２を用いてパッド群３２４に電気的接続を形成できる。また、ひとつのコンタクタ２０２を移動させて、複数のパッド群３２４に対して電気的接続を形成することもできる。

配線基板３２０は、ウエハ１０１と重なる領域にもコンタクパッドが配され、ウエハ１０１に近い占有面積を有する。従って、配線基板３２０を含むプローブカード３００の小型化に寄与すると共に、試験装置１００の省スペース化にも寄与する。

図１１は、コンタクタ２０２の部分分解斜視図である。コンタクタ２０２は、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０を有する。サブ基板２７０は、コンタクタハウジング２８０の長手方向の寸法に略等しい長さと、コンタクタハウジング２８０の幅よりも大きな幅を有する。

また、サブ基板２７０は、自身を厚さ方向に貫通するネジ穴２７２およびレセプタクル２７６を有する。ネジ穴２７２は、後述するコンタクタハウジング２８０のネジ穴２８２と同じ配置を有し、ネジ２７９を挿通し得る内径を有する。

レセプタクル２７６は、コネクタハウジング２３２から下方に突出するコンタクトピン２３４と相補的な形状を有する。コネクタハウジング２３２は、フラットケーブル２３０の下端に装着され、コンタクトピン２３４の各々は、フラットケーブル２３０の各素線に電気的に接続される。

また、レセプタクル２７６は、サブ基板２７０の図示していない配線に接続される。これにより、コンタクトピン２３４がレセプタクル２７６に挿された場合、フラットケーブル２３０とサブ基板２７０の配線とが電気的に接続される。

サブ基板２７０の上面には、絶縁シート２７１、補強部材２７５および実装部品２７４が配される。絶縁シート２７１および補強部材２７５は、それぞれコンタクタハウジング２８０と略同じ占有面積を有する。また、絶縁シート２７１および補強部材２７５は、サブ基板２７０のネジ穴２７２と同じ配置を有し、それぞれが厚さ方向に貫通するネジ穴２７３、２７７を有する。

絶縁シート２７１は、誘電体材料により形成され、サブ基板２７０および補強部材２７５の間に間挿される。これにより、サブ基板２７０の上面に回路を形成した場合でも、補強部材２７５として導電性の金属等を用いることができる。

実装部品２７４は、例えばバイパスコンデンサ等の電気素子であり得る。この種の素子をサブ基板２７０に実装することにより、ウエハ１０１の直近においてノイズを抑制できる。

コンタクタハウジング２８０は、上面に開口する多数のハウジング穴２８４と、側面に形成され、傾斜部２８３および水平部２８５を含む段差とを有する。ハウジング穴２８４は、コンタクタハウジング２８０を高さ方向に貫通する。水平部２８５および傾斜部２８３は、コンタクタハウジング２８０の高さ方向について中程に配され、長手方向の一部は段差のない通過部２８１をなす。

補強部材２７５および絶縁シート２７１とコンタクタハウジング２８０とは、間にサブ基板２７０を挟んだ状態でネジ２７９により締結される。これにより、サブ基板２７０、絶縁シート２７１、補強部材２７５は相互に一体化され、高い機械的強度を発揮する。

ガイドユニット３３０は、チャネル部材３３２、ローラ３３３、作動バー３３５およびスピンドル３３７を有する。チャネル部材３３２は、一対の垂直壁の両端を、水平な一対の連結部３３４により結合した形状を有する。連結部３３４の中央にはネジ穴３３６が配される。

長穴３３１は、チャネル部材３３２の垂直壁を貫通して、チャネル部材３３２の長手方向に延在する。ローラ３３３は、長穴３３１に挿通されたスピンドル３３７の一端に支持され、チャネル部材３３２の内側に配される。スピンドル３３７の他端は、作動バー３３５により連結される。

これにより、作動バー３３５が、チャネル部材３３２の長手方向に移動した場合、複数のローラ３３３も一斉に移動する。なお、ガイドユニット３３０は、ネジ穴３３６に挿通されたネジ３３９により、配線基板３２０の上面に取り付けられる。

図１２は、コンタクタ２０２の拡大断面図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

コンタクタハウジング２８０は、ハウジング穴２８４のそれぞれにスプリングピン２８６を内蔵してコネクタの一例を形成する。スプリングピン２８６は伸長する方向に両端が付勢されている。従って、コンタクタハウジング２８０がサブ基板２７０に装着された段階で、スプリングピン２８６の上端は、サブ基板２７０下面のコンタクトパッド２７８に押し付けられ、サブ基板２７０の配線に電気的に接続される。

試験装置１００において試験が実行される場合、コンタクタハウジング２８０は、ガイドユニット３３０の内側に入り込む。ガイドユニット３３０のローラ３３３の間隔は、段差よりも上の部分では、コンタクタハウジング２８０の幅に略等しい。従って、通過部２８１を通過したローラ３３３が段差の上側に到達した段階で作動バー３３５を移動させることにより、ローラ３３３を段差に沿って移動させることができる。

通過部２８１から傾斜部２８３を通過したローラ３３３は、やがて水平部２８５の上に乗り上げる。この過程で、コンタクタハウジング２８０は、配線基板３２０に向かって押し下げられる。これにより、スプリングピン２８６の各々の下端は、配線基板３２０の上面のコンタクトパッド３２１に押し付けられる。こうして、配線基板３２０を含むプローブカード３００から、コンタクタ２０２およびフラットケーブル２３０を介して、テストヘッドまでの信号経路が形成される。

なお、コンタクタハウジング２８０は、ガイドユニット３３０単位で個々に引きつけられて配線基板３２０に押し付けられる。従って、コンタクタ２０２全体に大きな圧力をかけなくとも、確実な電気的結合が得られる。また、コンタクタハウジング２８０およびガイドユニット３３０が個々に引き合うので、プローブカード３００全体に大きな圧力をかけることなく電気的結合が得られる。

更に、コンタクタハウジング２８０の押し付けはガイドユニット３３０が担うので、テストヘッド２００は、コンタクタ２０２全体をプローブカード３００に押し付ける大きな押圧力を発生しなくてもよい。従って、三次元アクチュエータ２５０は、コンタクタ２０２を位置合わせに移動させる駆動力を発揮すれば足り、小型で廉価な仕様を選択できる。

図１３は、コンタクタハウジング２８０におけるスプリングピン２８６の信号配列を示す図である。ひとつのコンタクタハウジング２８０には、３つの群をなすハウジング穴２８４が配される。この各群に挿入されたスプリングピン２８６の信号配列を相互に一定とすることにより、仕様の同じコンタクタ２０２を用いてパッド群３２４に電気的接続を形成できる。また、ひとつのコンタクタ２０２を移動させて、複数のパッド群３２４に対して電気的接続を形成することもできる。

図示の例では、コンタクタハウジング２８０の端部に位置するスプリングピン２８６に電源ラインを２８７、コンタクタハウジング２８０の中程のスプリングピン２８６に信号ライン２８９を割り当て、両者の間にグランドライン２８８を配している。このような配列により、電源ライン２８７を共通化して、スプリングピン２８６の数を低減している。また、電源ライン２８７から信号ライン２８９へのノイズの飛び込みを抑制している。

図１４は、ウエハトレイ４５０の上面斜視図である。他の図と共通の要素は同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

基台４７２は、その上面中央部にウエハ１０１の載置面４７４を備える。載置面４７４には複数の開口４５８が設けられている。これらの開口４５８は、外部から接続されている流路４５２が基台４７２の内部で分岐して載置面４７４に現れた端部である。また、載置面４７４の外周部には複数の開口４６０が設けられている。これらの開口４６０は、外部から接続されている流路４５４が基台４７２の内部で分岐して載置面４７４の外周部に現れた端部である。また、基台４７２の内部と電気的に接続するための配線４６２が、基台４７２から外部へ引き出されている。

ウエハトレイ４５０は、基台４７２の上面であって、開口４６０の外側には、ダイヤフラム４５６を備える。ダイヤフラム４５６はゴム等の弾性部材によって形成され、アライメントステージ４１０が上昇してプローブカード３００へ押し付けられたときに弾性変形して、プローブカード３００との間に密封空間を形成する。

なお、流路４５２、４５４および配線４６２について、基台４７２のそれぞれ対応する内部との接続は、例えば、基台４７２内の流路４５２、４５４と基台４７２外の流路４５２、４５４とをその境界においてジョイント機構で接続し、同様に、配線４６２も基台４７２の内外の境界においてコネクタ機構で接続する。この場合、基台４７２外の流路４５２、４５４は可撓性のあるチューブで構成することができ、配線４６２は同様に可撓性のあるケーブルで構成することができる。このように構成することにより、ウエハトレイ４５０をアライメントステージ４１０に載置して、ステージキャリア４２０で隣接するテストヘッド２００下へ移動させることもできる。すなわち、それぞれのテストヘッド２００に対して備えられたウエハトレイ４５０は、相互に交換して利用することができる。ウエハトレイ４５０を相互に交換して利用する場合は、ロボットアーム１１６により交換される側のウエハトレイ４５０を一旦退避させる。

図１５は、テストヘッド２００およびプローブカード３００の断面図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

流路４５２の一端である開口４５８とは反対側の端は、バルブ５１２を介して排気装置である減圧源５１０に結合される。これにより、ウエハ１０１を搭載した状態でバルブ５１２を連通させると、ウエハトレイ４５０はウエハ１０１を真空吸着して保持する。

流路４５４の一端である開口４６０とは反対側の端は、バルブ５２２を介して排気装置である減圧源５２０に結合される。これにより、ウエハ１０１を搭載した状態でバルブ５２２を連通させると、ウエハトレイ４５０はプローブカード３００の下面に吸いついて、保持したウエハ１０１をプローブカード３００に押し付ける。つまり、プローブカード３００が筐体４０１に固定されている状態では、ウエハトレイ４５０が試験装置１００に対して真空吸着により固定されることになる。ここで、試験装置１００の制御部は、流路４５２の真空度が流路４５４の真空度より高くなるように、減圧源５１０、５２０の駆動を制御する。このように制御することで、ウエハ１０１を吸着させた状態で、ウエハトレイ４５０をプローブカード３００へ押し当てる工程中においても、ウエハ１０１が載置面４７４から浮くことがない。

更に、プローブカード３００の最下面に位置するメンブレンユニット３７０の弾性シート３７２には、貫通穴３７４が設けられている。従って、プローブカード３００およびウエハトレイ４５０の間の密封空間が減圧された場合、プローブカード３００の内部も減圧される。これにより、プローブカード３００の配線基板３２０、ＰＣＲシート３４０、３６０、インタポーザ３５０およびメンブレンユニット３７０は相互に押し付けられ、ウエハ１０１からテストヘッド２００に至る信号経路を確実に形成する。

更に、ウエハトレイ４５０の基台４７２の内部には、ヒータ４６４が埋設されている。ヒータ４６４は、配線４６２に接続されており、載置面４７４の温度が管理されるように試験装置１００の制御部によって制御される。このように構成することにより、ヒータ４６４によって載置面４７４を加熱することができるので、テストヘッド２００により加熱試験を行う場合に、ウエハ１０１をいち早く目的温度に到達させることができる。

このように、ウエハ１０１に形成された複数のデバイスを試験する試験装置１００であって、ウエハ１０１に重ね合わされるプローブカード３００の下面において複数の試験パッドにそれぞれ接続され、プローブカード３００の上面に対応する複数のコンタクトパッド３２１が配されるプローブカード３００と、プローブカード３００の複数のコンタクトパッド３２１のうちの一部分ずつに順次、接続するコンタクタ２０２とを備えた試験装置１００が形成される。

図１６は、テストヘッド２００およびプローブカード３００の断面図である。この図は、コンタクタ２０２のコンタクタ基板２６０およびコンタクタハウジング２８０が移動して、図１５の場合とは異なるガイドユニット３３０に嵌合している点を除いて、図１５と変わらない。そこで、共通の要素に同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

ガイドユニット３３０の作動バー３３５を移動させてローラ３３３を通過部２８１の位置まで移動させることにより、コンタクタハウジング２８０をガイドユニット３３０から上昇させることができるようになる。この状態で、コンタクタ２０２において、三次元アクチュエータ２５０を動作させることにより、コンタクタ基板２６０、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０を引き上げて、コンタクタハウジング２８０をガイドユニット３３０から引き抜くことができる。

更に、三次元アクチュエータ２５０を動作させることにより、コンタクタ基板２６０、サブ基板２７０およびコンタクタハウジング２８０を水平に移動して（図示の例では右側）、他の位置で再び降下させることにより、図１５の状態では空いていたガイドユニット３３０にコンタクタハウジング２８０を挿入できる。他のガイドユニット３３０の内部においても、ローラ３３３による引きつけ機構と、コンタクトパッド３２１に対する信号配列は共通なので、同じテストヘッド２００を用いて、他のガイドユニット３３０において同じ試験を実行することができる。

図１７は、ウエハ１０１において試験を実行される領域を示す平面図である。コンタクタ２０２およびプローブカード３００が図１５に示すように接続された場合に、例えば、ウエハ１０１の複数の素子領域１０２のうち、左端の列から１列おきの素子領域１０２が、図中に斜線で示すように、試験を実施される試験実行領域１０３となる。

また、その余の素子領域１０２は、コンタクタ２０２が接続されていないガイドユニット３３０に対応し、試験を実行しない試験非実行領域１０５となる。

図１８も、ウエハ１０１において試験を実行される領域を示す平面図である。ただし、図１８は、コンタクタ２０２が変位して図１６に示すようにコンタクタ２０２およびプローブカード３００が接続された場合を示す。

この場合、図１７では試験実行領域１０３であった素子領域１０２が試験非実行領域１０５となる。また、図１７で試験非実行領域１０５であった領域は、試験実行領域１０３となる。

このように、プローブカード３００上のパッド群３２４の各々が、ウエハ１０１において隣接した素子領域１０２に順次、接続されていてもよい。これにより、コンタクタ２０２を移動させることにより、２回に分けてウエハ１０１全体を試験することができる。換言すれば、ウエハ１０１全体を１回で試験する場合に比較すると、テストヘッド２００の規模を半分にすることができる。

また、コンタクタ２０２は、コンタクトパッド３２１のピッチおよび面積が拡大されたプローブカード３００の上面に対して当接、離間する構造なので、ウエハ１０１に対して直接にコンタクタ２０２を当接させる構造に比較してコンタクタ２０２の位置決め精度に余裕がある。これにより、コンタクタ２０２の昇降および移動を高速にでき、試験装置１００のスループットを向上させることができる。

なお、部分毎に試験してウエハ１０１全体を試験する場合の回数は２回に限られるわけではなく、ウエハ１０１上の配列におけるｎ個毎の複数の素子領域１０２に対応する複数のスプリングピン２８６を含むコンタクタ２０２を順次、接続することにより、例えばｎ回に分けてウエハ１０１全体を試験できる。一枚のウエハ１０１に対する試験の実行をｎ回に分けた場合は、プローブカード３００にコンタクタ２０２を押し付ける力は１／ｎになり、試験装置１００の強度および動力源に余裕が生じる。また、プローブカード３００等の強度にも余裕が生じると共に、ウエハ１０１に反りを生じるような大きな負荷をかけずに試験できる。

更に、そのような小さな押し付け力でコンタクタ２０２を押し付けても、コンタクタ２０２とプローブカード３００との電気的な接続が確実に得られる。

また、試験実行領域１０３および試験非実行領域１０５の配置も図示の例に限られるわけではない。例えば、試験実行領域１０３が一松模様を描くようにして、試験による素子領域１０２の発熱をウエハ１０１に均一に分布させてもよい。

このように、ウエハ１０１上に配列された多数の素子領域１０２のうちの一部に対応した複数のコンタクタ２０２を有し、プローブカード３００を介してウエハ１０１に順次、接続することにより、何回かに分けて試験を実行してもよい。これにより、コストへの影響が高い電気接点の数およびピンエレクトロニクスの数を減らして、試験装置１００を小型化、低コスト化できる。

なお、上記実施形態では、固定されたプローブカード３００に対してコンタクタ２０２を動かして、異なるパッド群３２４にコンタクタ２０２を接続する構造とした。しかしながら、試験装置１００の構造がこれに限定されるわけではなく、コンタクタ２０２を固定して、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一体的に移動させる構造とすることもできる。

図１９は、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一体的に移動させる場合の、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０の断面図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図１５及び図１６を用いて説明した断面図においては、プローブカード３００は、上部フレーム３１２で筐体４０１へ固定されていた。しかし、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一体的に移動させる場合は、プローブカードが筐体４０１に対して着脱できるように構成されている。

具体的には、図６を用いて説明した上部フレーム３１２に替えて、上部フレーム６１２を用いる。上部フレーム６１２の外周縁は、下部フレーム３１４の外周縁と同じ形状を有する。そのため、筐体４０１と干渉することなく、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一体的に、コンタクタ２０２から下方向へ分離することができる。

逆に、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一体的にコンタクタ２０２へ装着する場合は、ガイドユニット３３０をマイクロスコープ４３０で観察して位置合わせを行い、アライメントステージ４１０を垂直方向に持ち上げる。この場合、ウエハ１０１の位置合わせを行う場合と異なり、ガイドユニット３３０の位置合わせは、求められる精度に大きな違いがあるので、簡易、迅速に行うことができる。ガイドユニット３３０の大きさによっては、マイクロスコープ４３０による観察を必要とするまでもなく、プリアライメントの精度で位置合わせを完了させることもできる。

また、上部フレーム６１２には、吸着子３１１が埋め込まれており、これに対応して筐体４０１にも電磁石が設置されている。これらが電磁力で引き合うことにより、プローブカード３００は、単独で筐体４０１に固定され得る。

このように構成することにより、プローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を、密封空間における真空吸着を維持した状態で移動させることができる。具体的には、これらをアライメントステージ４１０に載置して、ステージキャリア４２０で隣接するテストヘッド２００下へ移動させることができる。すなわち、それぞれのテストヘッド２００に対して、一体化されたプローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を相互に交換して利用することができる。相互に交換して利用する場合は、ロボットアーム１１６により交換される側の一体化されたプローブカード３００、ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を一旦退避させる。

次に、ウエハトレイ４５０の変形例について説明する。上述のウエハトレイ４５０では、ウエハ１０１を真空吸着するための流路４５２と、ウエハトレイ４５０をプローブカード３００の下面に真空吸着させるための流路４５４を別系統とし、それぞれ異なる減圧源５１０、５２０を設けた。しかし、基台４７２内で流路４５２と流路４５４を一つにまとめ、外部へは一つのジョイントおよび一本のチューブを介して一つの減圧源に接続しても良い。つまり、基台４７２内で流路４５２と流路４５４を連結することで、真空吸着を実現するために必要な構成を簡略化することができる。

また、別の変形例としては、基台４７２内に、冷媒を循環させる流路を別系統として設けても良い。基台４７２内で冷媒を循環させることにより、載置面４７４を加熱するだけではなく、冷却することも可能となる。具体的には、冷媒を循環させる流路を、流路４５２および４５４と同様の構成により、外部の冷却装置もしくはチラー１４０とチューブで接続する。このように構成することにより、さまざまな試験温度に設定されるテストヘッド２００に対して順送りされて試験を行う場合でも、迅速に試験を開始することができる。さらに、冷媒に替えて温媒を循環させても良い。温媒も循環させられるように構成することで、より柔軟に試験温度に対応することができる。

試験を終えたウエハ１０１は、ウエハトレイ４５０から取り出される。その後新たに試験されるウエハ１０１がウエハトレイ４５０に搭載されるまでの間は、ウエハトレイ４５０にダミーウエハを搭載して、プローブカード３００と共に一体的に待機させることが好ましい。ダミーウエハを挟んで一体的に待機させると、プローブカード３００を構成するメンブレンユニット３７０のバンプ３７３を外気に曝すことなく、また、ウエハトレイ４５０の開口４５８との接触による損傷を回避することができる。

また、新たに試験されるウエハ１０１がウエハトレイ４５０に搭載されるまでの間もヒータ４６４の加熱状態を維持することが好ましい。このように制御することにより、新たに試験されるウエハ１０１をいち早く目的温度に到達させることができる。また、プローブカード３００の温度変化による劣化を抑制することができる。好ましくは、この場合も、ダミーウエハを挟んで一体的に待機させる。

なお、新たに試験されるウエハ１０１がウエハトレイ４５０に搭載されるまでの間の上記の処理は、図１５及び図１６を用いて説明したプローブカード３００が上部フレーム３１２で筐体４０１へ固定される構成でも、図１９を用いて説明したプローブカードが筐体４０１に対して着脱できる構成であっても採用することができる。

図２０は、他の構造を有するガイドユニット３３０周辺の分解斜視図である。なお、以下に説明する部分を除いた部分については、これまでに説明した試験装置１００と同じ構造を有するので、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この図では、テストヘッド２００側をコンタクタハウジング２８０単独で示す。また、プローブカード３００側を、スティフナ３１０、配線基板３２０およびガイドユニット３３０により示す。

コンタクタハウジング２８０は、図１１に示したものと略同じ構造を有するが、側面に形成された段差の傾斜部２８３および水平部２８５が短くなっている。ただし、通過の位置と幅は変わらない。

スティフナ３１０は、クロスメンバ３１８を有する。クロスメンバ３１８は、両端にネジ穴３１７を有する。また、クロスメンバ３１８には、ガイドユニット３３０の配列間隔と等しい間隔で２種のネジ穴３１５、３２７が配される。更に、スティフナ３１０の上面には、クロスメンバ３１８の端部と相補的な形状を有する結合部３１１が形成される。更に、結合部３１１には、ネジ穴３１３が形成される。

クロスメンバ３１８は、ネジ穴３１７に挿通されて、ネジ穴３１３に螺入されたネジ３１９により、スティフナ３１０に対して高剛性に結合される。これにより、スティフナ３１０およびクロスメンバ３１８は一体となり、高い剛性を発揮する。ネジ穴３２７の用途については後述する。

ガイドユニット３３０は、チャネル部材３３２、ローラ３３３および連結部３３４を一体的に有する。チャネル部材３３２は、上面および下面が開放され、互いに平行な一対の側壁を有する。複数のローラ３３３は、チャネル部材３３２の側壁内側に、等間隔で配される。ローラ３３３の各々は、スピンドル３３７により回転自在に取り付けられている。このガイドユニット３３０では、ローラ３３３は移動しない。

連結部３３４は、ガイドユニット３３０の長手方向両端の外側に配され、それぞれ、ネジ穴３３６を有する。ネジ穴３３６にネジ３３９を挿通してクロスメンバ３１８のネジ穴３１５に螺入することにより、ガイドユニット３３０をクロスメンバ３１８に固定することができる。

配線基板３２０は、上面に複数のパッド群３２４を有する。ただし、図中で右方にややオフセットして配置されている。このように、配線基板３２０は、ガイドユニット３３０に結合され、ガイドユニット３３０を配線基板３２０の方向へ付勢するスティフナ３１０およびクロスメンバ３１８を更に備えてもよい。

図２１は、プローブカード３００の平面図である。プローブカード３００は、スティフナ３１０、配線基板３２０およびガイドユニット３３０を有する。

スティフナ３１０は、矩形の枠体をなす。スティフナ３１０の上辺および下辺と平行に、２本のクロスメンバ３１８がスティフナ３１０に組み付けられる。クロスメンバ３１８の両端は、スティフナ３１０の結合部３１１にそれぞれネジ３１９によりネジ止めされる。

更に、クロスメンバ３１８と直交して、複数のガイドユニット３３０が配される。一対のクロスメンバ３１８の間に配されたガイドユニット３３０は、両端の連結部３３４をクロスメンバ３１８に、ネジ３３９によりネジ止めされる。

また、スティフナ３１０の上辺または下辺とクロスメンバ３１８との間に配されたガイドユニット３３０は、一方の連結部３３４をスティフナ３１０に、他方の連結部３３４をクロスメンバ３１８に、それぞれネジ３３９によりネジ止めされる。なお、このため、スティフナ３１０の上辺および下辺には、ガイドユニット３３０の連結部３３４を対象とした結合部３１１が形成される。

スティフナ３１０およびクロスメンバ３１８に対して固定されたガイドユニット３３０の内側には、それぞれ、パッド群３２４が位置する。ここで、パッド群３２４は、ガイドユニット３３０の長手方向の一方、図中では上方にオフセットして配される。

このようにして、試験装置１００側のコンタクタ２０２をウエハ１０１の試験パッドに電気的に接続するプローブカード３００であって、試験パッドに対応するパッド群３２４を上面に有する配線基板３２０と、配線基板３２０の一方の面に配され、コンタクタ２０２を配線基板３２０に案内すると共に、コンタクタ２０２のスプリングピン２８６を配線基板３２０のパッド群３２４に押圧するガイドユニット３３０とを備えるプローブカード３００が形成される。

図２２は、上記のようなプローブカード３００に対するコンタクタ２０２の動作を示す模式図である。プローブカード３００の上面をなす配線基板３２０は、スティフナ３１０またはクロスメンバ３１８のネジ穴３２７に挿通されたネジ３２９によりネジ止めされる。

ここで、配線基板３２０には、ネジ３２９が螺入されるネジ穴として非貫通孔３２８が形成される。このように、ネジ穴を非貫通孔３２８とすることによりネジ穴を通じて配線基板３２０の表裏が連通することが防止され、プローブカード３００の内部が気密に封止される。

上記のようなプローブカード３００に対して電気的接続を形成する場合、コンタクタ２０２は、ローラ３３３がコンタクタハウジング２８０の通過部２８１を通過する位置で、図中に点線で示すように、配線基板３２０に向かって垂直に降下する。コンタクタハウジング２８０の下面に突出したスプリングピン２８６の下端が配線基板３２０の上面に当接するまで降下したコンタクタハウジング２８０は、ガイドユニット３３０に案内されつつ、配線基板３２０の表面に沿って水平に移動する。

ここで、ローラ３３３が傾斜部２８３の上を通過して水平部２８５に至るようにコンタクタハウジング２８０を水平に摺動させることにより、ガイドユニット３３０は、スプリングピン２８６を収容したコンタクタハウジング２８０の側面において、配線基板３２０に向かって押し付けられる。

やがて、スプリングピン２８６は、オフセットして配置されたパッド群３２４のうちの対応するコンタクトパッド３２１に接する。これにより、プローブカード３００からコンタクタ２０２への電気信号の経路が形成される。また、スプリングピン２８６の配線基板３２０に対する摺動によるセルフクリーニング効果で、スプリングピン２８６およびコンタクトパッド３２１の酸化皮膜等が除去されるので、スプリングピン２８６およびコンタクトパッド３２１の間には、良好な接続が得られる。

なお、図１１および図２０に示した例では、それぞれ、側面に段差を有するコンタクタハウジング２８０と、ローラ３３３を有するガイドユニット３３０により、スプリングピン２８６をコンタクトパッド３２１に押し付ける構造であった。これに対して、以下に示す例では、コンタクタハウジング２８０の側面に係合ピンが、プローブカード３００側に溝カムが、それぞれ形成される。

図２３は、試験装置１００のテストヘッド２００におけるコンタクタ２０２周辺の他の構造を示す斜視図である。コンタクタ２０２は、コンタクタハウジング２８０およびソケット２９０を含む。

コンタクタハウジング２８０は、ハウジング穴２８４とネジ穴２８２とを有する。ハウジング穴２８４は、コンタクタハウジング２８０を高さ方向に貫通して多数配される。ハウジング穴２８４の各々には、スプリングピン２８６が挿通される。ネジ穴２８２も、コンタクタハウジング２８０を厚さ方向に貫通する。ネジ穴２８２には、ネジ２９８が下から挿通される。

ソケット２９０は、レセプタクル２９２、係合ピン２９４およびネジ穴２９６を有する。レセプタクル２９２は、フラットケーブル２３０の下端に装着されたコネクタハウジング２３２と相補的な形状を有する。

ネジ穴２９６は、ソケット２９０を高さ方向に貫通する。ネジ穴２９６には、コンタクタハウジング２８０のネジ穴２８２に挿通されたネジ２９８の先端が更に挿通される。ネジ２９８の上端は、テストヘッド２００の三次元アクチュエータ２５０に結合される。これにより、コンタクタハウジング２８０がテストヘッド２００に装着されると共に、三次元アクチュエータ２５０の動作に応じて昇降または水平移動する。

また、コンタクタハウジング２８０およびソケット２９０は密着して積層され、図示されていない配線により、電気的に結合される。これにより、テストヘッド２００側に結合されたフラットケーブル２３０の一端が、コンタクタハウジング２８０のスプリングピン２８６に電気的に結合される。

係合ピン２９４は、ソケット２９０の側面から垂直に突出する。係合ピン２９４の機能については後述する。

図２４は、コンタクタ２０２の側面図である。なお、図２３と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。

図示のように、コンタクタハウジング２８０の下面には、下方に向かって突出する複数のガイドピン２９５が配される。ガイドピン２９５は、後述する配線基板３２０の上面に形成されたガイド穴３８６と嵌合して、配線基板３２０上におけるコンタクタハウジング２８０の位置を位置決めする。

図２５は、上記コンタクタ２０２に対応したプローブカード３００の平面図である。プローブカード３００は、スティフナ３１０、配線基板３２０およびガイドバー３８０を備える。

配線基板３２０は、試験対象となるウエハ１０１に略外接する矩形の形状を有する。また、配線基板３２０の上面には、複数のパッド群３２４とガイド穴３８６とが規則的に配される。スティフナ３１０は、配線基板３２０を全体に包囲する枠部３０９と、枠部３０９の平行な一対の辺を結合する２本のクロスメンバ３１８とが一体に形成される。

ガイドバー３８０は、クロスメンバ３１８と直交する方向に、コンタクタハウジング２８０の幅と同じ間隔で複数平行に配される。ガイドバー３８０の各々は、段差３８１および溝カム３８２を有する。段差３８１は、スティフナ３１０に隣接する部分においてガイドバー３８０の高さを減じるように形成される。溝カム３８２は、ガイドバー３８０の側面に配される。

また、クロスメンバ３１８の各々は、後述するように、スティフナ３１０の奥行き（図中の高さ）よりも大きな長さを有して、スティフナ３１０の枠部３０９およびクロスメンバ３１８を貫通する。このため、枠部３０９の下端から、ガイドバー３８０の端部３８７が突出する。

突出した端部３８７がガイドバー３８０の長手方向に押された場合、ガイドバー３８０は押された方向に移動する。これにより、ガイドバー３８０の端部３８７はスティフナ３１０の枠部３０９に入り込み、ガイドバー３８０の上端がスティフナ３１０の上端から突出する。

図２６は、プローブカード３００の一部を抜き出して示す部分拡大斜視図である。図２５と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

スティフナ３１０の外側において、ガイドバー３８０の端部３８７は、スティフナ３１０の枠部３０９から左下方に突出する。一方、スティフナ３１０の内側においては、端部３８７と反対側において、スティフナ３１０のクロスメンバ３１８の手前でガイドバー３８０の高さが減じられた段差が位置する。これにより、端部３８７が押された場合、段差３８１の立ち上がり面がクロスメンバ３１８に当接するまで、ガイドバー３８０が移動する。

ガイドバー３８０の各々側面には、Ｌ字型の溝カム３８２が配される。溝カム３８２の各々は、ソケット２９０の側面に配された係合ピン２９４の径よりも大きな幅を全長にわたって有する。また、溝カム３８２内側の下向きの面は、溝カム３８２の奥に行くにつれて降下する傾斜を有する。なお、段差３８１と重なる領域に配された溝カム３８２は垂直部分が省かれているが、水平部分の形状は他の溝カム３８２と変わらない。

上記のようなガイドバー３８０の間にコンタクタ２０２が降下した場合、コンタクタハウジング２８０はガイドバー３８０およびスティフナ３１０に側面を案内されつつ降下して、やがて、ガイドピン２９５の下端がガイド穴３８６に入り込む。ガイドピン２９５がガイド穴３８６に案内されることにより、コンタクタハウジング２８０に保持されたスプリングピン２８６の下端とパッド群３２４とが正確に位置合わせされる。

また、ソケット２９０の側面に配された係合ピン２９４は、ガイドバー３８０の溝カム３８２の内部に入り込む。係合ピン２９４が溝カム３８２の底面に当たるまでコンタクタ２０２が降下すると、図示していないアクチュエータにより、ガイドバー３８０の端部３８７が、その長手方向に一斉に押される。これにより、溝カム３８２も変位して、その上面の傾斜に従って係合ピン２９４を下方に押し下げる。このような動作に鑑みて、係合ピン２９４は、ローラ３３３のように回転する構造であってもよい。

ガイドバー３８０は、スティフナ３１０および配線基板３２０に挟まれて支持されているので、上記の動作により、ソケット２９０およびコンタクタハウジング２８０は、配線基板３２０に向かって引き付けられる。こうして、コンタクタハウジング２８０に保持されたスプリングピン２８６の各々は、パッド群３２４を形成するパッドに対して押し付けられ、パッドおよびスプリングピン２８６の間に良好な電気的接続が形成される。

図２３から図２６までに示した構造は、ガイドバー３８０がコンタクタハウジング２８０の案内と引き付けを両方担う。このため、図１１および図１２並びに図２０から図２２までに示した構造に比較すると、部品点数が少なく、構造が簡単になる。しかしながら、他の形態と同等の機能を有している。

図２７は、コンタクタ２０２の更に他の構造を示す側面図である。図２６までに示した例では、複数のパッド群３２４に対応するスプリングピン２８６が、単一のコンタクタハウジング２８０に保持されていた。

これに対して、図２７に示す例では、パッド群３２４毎に、個別のコンタクタハウジング２８０が配される。また、コンタクタハウジング２８０およびソケット２９０の各々は、三次元アクチュエータ２５０から、バネ２９９を介して個別に支持される。

これにより、コンタクタハウジング２８０の各々が、ガイドピン２９５に個別に案内されて個別に位置決めされるので、配線基板３２０側の不可避な寸法誤差と、コンタクタ２０２側の不可避な寸法誤差とが重畳されることが防止される。従って、配線基板３２０の全ての領域において高い位置精度が保たれ、良好な電気的接続が形成される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップおよび段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

Claims

半導体ウエハ上に形成された複数の被試験デバイスを試験する試験装置に装着して用いられるウエハトレイであって、
前記半導体ウエハを真空吸着により前記ウエハトレイに固定するための第１流路と、
前記ウエハトレイを真空吸着により前記試験装置に固定するための第２流路と、
少なくとも前記半導体ウエハを載置する載置面を加熱するためのヒータとを有するウエハトレイ。
少なくとも前記載置面を冷却するための冷媒または温媒を循環させる第３流路を更に有する請求項１に記載のウエハトレイ。
前記第１流路と前記第２流路は連結されている請求項１または２に記載のウエハトレイ。
前記試験装置は、前記第１流路に接続される第１排気装置と前記第２流路に接続される第２排気装置を有し、
前記第１流路の真空度を前記第２流路の真空度よりも高くなるように、前記第１排気装置および前記第２排気装置の駆動を制御する制御部を更に有する、請求項１または２に記載のウエハトレイを用いる試験装置。
前記試験装置は、前記半導体ウエハに重ね合わされる接触面において前記複数の被試験デバイスの電気接点にそれぞれ接続される電気接点が配されたプローブカードを有し、
前記ウエハトレイは、前記プローブカードとの間で形成される密封空間を利用した真空吸着により前記試験装置に固定される、請求項１から３のいずれかに記載のウエハトレイを用いる試験装置。
前記プローブカードは、少なくとも、ハード基板である配線基板と、弾性シートに前記電気接点が配されたメンブレンユニットとから構成され、
前記密封空間は、前記メンブレンユニットに設けられた貫通穴を介して、前記ウエハトレイと前記配線基板との間に形成される請求項５に記載の試験装置。
前記プローブカードは前記試験装置に対して着脱可能であり、
前記密封空間における真空吸着を維持したまま、前記プローブカード、前記ウエハ及び前記ウエハトレイを一体的に移動することができる請求項５または６に記載の試験装置。
前記半導体ウエハが前記ウエハトレイに載置されていないときには、前記ウエハトレイは、ダミーウエハを載置して前記試験装置に固定される請求項５から７のいずれか１項に記載の試験装置。