TWI386648B - Probe device - Google Patents

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TWI386648B
TWI386648B TW098111988A TW98111988A TWI386648B TW I386648 B TWI386648 B TW I386648B TW 098111988 A TW098111988 A TW 098111988A TW 98111988 A TW98111988 A TW 98111988A TW I386648 B TWI386648 B TW I386648B
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Kenichi Washio
Masashi Hasegawa
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Nihon Micronics Kk
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Description

探針裝置
本發明係關於一種對形成有多個半導體元件之半導體晶圓、或自半導體晶圓切割之半導體元件之類的被檢查體進行測試的探針裝置。
先前，係對形成有多個半導體元件之半導體晶圓、或自半導體晶圓切割之半導體元件之類的被檢查體進行測試，來判斷半導體元件是否按照規格書所述而製作。
於進行上述測試之探針裝置中，有時會進行預燒測試：將被檢查體置於零下幾十℃之極低溫狀態下或者百多℃之極高溫狀態下進行測試、即於所謂極限狀態下對被檢查體進行測試。
上述之極低溫測試中，不僅是被檢查體，而且與被檢查體電氣連接之探針卡亦會成為低溫，故而，被檢查體或探針卡之周圍的空氣中所存在之水分會結露，而附著於被檢查體、探針卡之上下表面、連接裝置(探針)、性能板之下表面等，從而妨礙準確的測試。
作為防止因水分結露而附著於被檢查體、探針卡等上的一種技術，有專利文獻1中所述之技術。
專利文獻1中所述之技術中，係於被檢查體與探針卡之間形成空間，使該空間內之氣體自該空間之一方排出，而使含有所排出之氣體中的一部分的氣體自上述空間之另一側供應。藉此，使上述空間內充滿不含水分之氣體，從而可防止因水分結露而附著於被檢查體或探針卡等上而妨礙準確的測試。
然而，專利文獻1中所述之技術中，難以將完全不含水分之氣體供應至空間，且若自空間之另一側供應的氣體只要含有一點水分，則無法防止該些水分於被檢查體或探針卡等上結露。
另外，提出有以下技術，亦即，將被檢查體及探針卡配置於氣密空間內，對該氣密空間進行排氣而使其成為真空(專利文獻2以及3)。
專利文獻2中所述之技術中，係使探針卡由頂板支撐，且於承接被檢查體之主夾頭(夾頭頂部)與位於探針卡之上側的頂板之間形成上述氣密空間。
然而，專利文獻2中所述之技術中，不僅將頂板配置於探針卡的上側，而且亦將探針卡配置於氣密空間內，故而，無法成為將性能板配置於探針卡上方而使性能板與探針卡電氣連接的已知構造。
專利文獻3中所述之技術中，包括：保持板，具有伸縮性，用於將被檢查體保持於上表面；晶圓托盤，其周緣部保持該保持板，且具有形成於保持板之被檢查體保持區域的下側之凹部；探針卡，配置於保持板之上方；以及，剛性基板，將該探針卡保持於其下表面；而且，使上述氣密空間形成於晶圓托盤與剛性基板之間。
然而，專利文獻3中所述之技術中，將形成於保持板下側之空間保持為高壓狀態，藉此，使保持板上升，而使探針卡之接觸子與被檢查體之電極相對擠壓，故而，保持板彎曲，無法避免偏位載重作用於被檢查體之電極與探針卡之接觸子之間。
若上述之偏位載重作用於電極與接觸子之間，則每個接觸子上之作用於電極與接觸子之間的針壓會有所不同，故而，電極與接觸子之間的接觸電阻值會不同，其結果，無法準確地測試。
[專利文獻1]日本專利第3619345號公報
[專利文獻2]日本專利第4037726號公報
[專利文獻3]日本專利特開2007-294632號公報
本發明之目的在於防止偏位載重作用於電極與接觸子之間，而能夠準確地測試。
本發明之探針裝置，其具備：檢查載台，具有承受被檢查體之平坦之夾頭頂部；探針卡，隔著間隔配置於該夾頭頂部上方，且具有具複數條配線之配線基板、及配置於該配線基板且下端部具有針尖之複數個接觸子；卡台，在該接觸子之針尖朝向該夾頭頂部側之狀態下，支撐該探針卡；性能板，於該探針卡上方，隔著間隔支撐於該卡台；中間體，配置於該性能板之下側且抵接於該探針卡及該性能板兩者；第一密封件，將該夾頭頂部與該探針卡之間之第一空間維持氣密；第二密封件，將該探針卡與該性能板之間之第二空間維持氣密；第一排氣路，將該第一空間連接於排氣裝置；以及第二排氣路，將該第二空間連接於排氣裝置。
探針裝置可進一步具備將該性能板可拆裝地安裝於該卡台的安裝裝置。
探針裝置可進一步具備配置於該性能板之下側，將該配線基板之配線與該性能板電氣連接的連接裝置。
該第一排氣路係形成於該夾頭頂部，該第二排氣路係形成於該性能板亦可。
該第一密封件可包含配置於該夾頭頂部與該配線基板之間的第一O形環，而且，該第二密封件可包含配置於該配線基板與該性能板之間的第二O形環。
探針裝置可進一步具備配置於該性能板之上方的測試頭、及將該性能板電氣連接於該測試頭的複數個配線裝置。
探針裝置可進一步具備自該性能板延伸至下方且沿上下方向貫通該配線基板的複數個定位銷、及自該測試頭延伸至下方且沿上下方向貫通該性能板的複數個導軸。
本發明中，可對夾頭頂部與探針卡之間的第一空間、及探針卡與性能板之間的第二空間進行排氣而使其等成為真空狀態。其結果，能防止水分結露而附著於被檢查體、探針卡之上下表面、連接裝置(探針)、性能板之下表面等，從而能準確地測試。
而且，因存在與探針卡及性能板抵接之中間體，故而，當接觸子之針尖與被檢查體之電極相對擠壓時，能防止探針卡、尤其是配線基板產生彎曲，而且，作用於接觸子之擠壓力會經由中間體而傳遞至性能板。其結果，能抑制作用於電極與接觸子之間的偏位載重。其結果，能防止偏位載重作用於電極與接觸子之間。
進而，雖然中間體配置於探針卡與性能板之間，但藉由使中間體比探針卡以及性能板小，能與先前相同地使探針卡與性能板電氣連接，儘管如此，仍能抑制偏位載重作用於電極與接觸子之間。
若如上所述抑制作用於電極與接觸子之間的偏位載重，則能提高由針尖形成之探針卡側的假想針尖面、與由電極形成之被檢查體側的假想電極面之平行度，且使針壓大致相等，從而使電極與接觸子確實地接觸。其結果，能獲得準確的測試結果。
[關於術語]
本發明中，於圖1中，將左右方向稱作左右方向或者X方向，將垂直於紙面之方向稱作前後方向或者Y方向，將上下方向稱作上下方向或者Z方向。然而，該等方向會根據待測試之被檢查體配置於探針裝置上的姿態的不同而有所不同。
然而，作為上述方向，可對應於實際的探針裝置而將X方向以及Y方向決定為水平面、相對於水平面傾斜之傾斜面、以及垂直於水平面之垂直面中的任一種平面，亦可決定為該等面之組合。
[實施例]
參照圖1至圖3，探針裝置10係將具有未切割之多個半導體元件之半導體晶圓作為被檢查體12，且一次或分成多次對被檢查體12上之多個半導體元件進行測試。
被檢查體12上之各半導體元件具有多個電極(未圖示)。該等電極之上端位於共通之假想電極面上。以下說明中，將各電極視作具有矩形、圓形、橢圓形等平面形狀之焊墊電極。然而，各電極未必一定須為板狀電極，亦可具有如半球狀之所謂凸塊電極般的其他凸形狀。
探針裝置10中包括：檢查載台14，設置於框架(未圖示)上；探針卡16，隔著間隔而配置於檢查載台14之上方；卡台18，設於上述框架上，支撐探針卡16；性能板20，隔著間隔而由卡台18支撐於探針卡16的上方；中間體22，配置於性能板20之下側；連接裝置24，使探針卡16與性能板20電氣連接；測試頭26，配置於性能板20之上方；以及多個連接裝置28，使性能板20與測試頭26電氣連接。
檢查載台14中，係使承接被檢查體12之平坦的夾頭頂部30位於XYZθ載台32的上端，而且，使夾頭頂部30藉由XYZθ載台32而向XYZ該三個方向三維地移動、且繞沿Z方向延伸之θ軸線而呈角度地旋轉。
如圖1至圖4所示，夾頭頂部30具有平坦的上表面及圓形的平面形狀，而且上表面具有以能解除之方式而真空吸附被檢查體12之多個吸附槽34(參照圖4)。吸附槽34 係經由空氣流路36以及配管38而共通地連接於真空裝置(未圖示)。
如圖1至圖3、圖5以及圖6所示，探針卡16包括：多層配線基板等公知的基板40，其內部具有多個配線(未圖示)；探針基板等公知的基板42，組裝於基板40之下側；以及多個接觸子(亦即，探針)44，配置於基板42之下表面。基板40以及42具有圓形的平面形狀。
基板40之上表面的外周緣部具有多個連接部46，該等連接部46係藉由上述與配線電氣連接之多個連接裝置24以及28而與測試頭26電氣連接(參照圖6)。圖示之示例中，多個連接部46係基板40之上表面外周緣部的設成同心之多個假想圓的多個測試器焊墊，但亦可為設於至少1個連接器上的多個端子。
基板42之內部具有與基板40之配線電氣連接的多個配線(未圖示)，而且下表面具有與該基板42之配線電氣連接的多個探針焊墊(未圖示)。
該實施例中，基板40與基板42形成本發明中所述之配線基板。然而，亦可僅使用基板40以及42中的任一者而作為本發明中所述的配線基板。
各個接觸子44係由導電性材料製作，而且分別與被檢查體12之電極相對應，進而，各個接觸子44之前端(圖示之示例中為下端部)具有受到被檢查體12所對應之電極擠壓之針尖(未圖示)。各接觸子44之另一端部(圖示之示例中，為上端部)，藉由焊料之類的接合材而接合於上述探針焊墊且由基板42支撐。
預先調整探針卡16，以使被檢查體12之針尖位於假想的共通之針尖面上。
卡台18包括：板狀支撐構件48，其藉由多個螺桿構件而由探針裝置10的框架(未圖示)支撐，且具有圓形平面形狀；以及環狀卡保持具50，其以沿Z方向貫通於支撐構件48之狀態而由支撐構件48支撐。
支撐構件48之中央區域具有沿上下方向貫通於該支撐構件48的圓形孔52(參照圖2)。孔52具有使孔52之下部內周緣向內方延伸之朝上的段部54(參照圖2)。支撐構件48可作為探針裝置10之筐體(未圖示)的一部分板狀部、安裝於上述筐體上的板構件等底板。
卡保持具50係由具有曲柄狀之截面形狀的構件而以如下方式形成為環狀：凸緣狀的上部外周緣部向半徑方向外側延伸而由支撐構件48之朝上的段部54承接，中間部自上部外周緣部之內側向下方向延伸而嵌合於孔52內，凸緣狀之下部內周緣部自中間部之下端向半徑方向內側延伸而承接探針卡16。
卡保持具50係藉由沿其厚度方向而貫通於其上部外周緣部從而螺合於支撐構件48上的多個安裝螺桿以及多個定位銷(兩者均未圖示)，來安裝於支撐構件48上。亦可於孔52形成用於承接探針卡16之段部，來代替卡保持具50。
探針卡16係以各接觸子44之針尖朝向下方之狀態，而將基板40之下表面外周緣部由卡保持具50之下部內周緣部承接。而且，探針卡16係藉由多個定位銷58而相對於卡保持具50定位。
各定位銷58係自卡保持具50之內周緣部向上方延伸，而貫通於設在基板40的外周緣部之定位孔56。藉此，各接觸子44之針尖定位於所對應之夾頭頂部30的上方。
如圖1至圖3以及圖7所示，性能板20包括圓板狀的基板60、及承接基板60的下表面外周緣部之安裝環62。基板60如配線基板般具有多個配線(未圖示)。安裝環62係配置於支撐構件48之上表面，且於上表面內周緣部藉由接著、熔接、螺固等適當的方法而將該安裝環62組裝於基板60的下表面外周緣部。
性能板20上，於基板60之下表面中央藉由未圖示之接著劑而組裝有中間體22，而且，藉由未圖示之結合構件而將環狀的連接裝置24組裝於基板60之下表面。
中間體22係藉由橡膠等可彈性變形之構件而形成為圓板狀。連接裝置24係由電氣絕緣材料製成之具有環的形狀之探針區塊。連接裝置24上，多個探針64設成沿上下方向(厚度方向)貫通於連接裝置24的狀態。
性能板20中，係將安裝環62之下表面外周緣部載置於支撐構件48之上表面，而藉由多個安裝片66以受到支撐構件48擠壓之狀態組裝。各安裝片66係藉由自上方至下方貫通於安裝片66而與支撐構件48螺合之螺桿構件68，而安裝於支撐構件48上。
於性能板20安裝於支撐構件48上之狀態下，各探針64之下端部受到設於基板40上的上述測試器焊墊的擠壓而與該測試器焊墊電氣連接，各探針64之上端部受到設於基板60上的上述配線的擠壓而與該配線電氣連接。而且，中間體22抵接於基板40之上表面。
而且，性能板20係藉由多個定位銷70而相對於探針卡16定位。各定位銷70係自性能板20之內周緣部向下方延伸，而貫通於設在基板40上的定位孔72(參照圖5以及圖6)。
測試頭26係以與性能板20相對向之方式而由探針裝置10的框架支撐。測試頭26包括分別安裝有電子零件之多個配線基板(未圖示)、及與各配線基板連接之多個第二端子(未圖示)，而且，與控制探針裝置10且對訊號進行處理之控制處理裝置(未圖示)電氣連接。
另外，性能板20係藉由自測試頭26向下方延伸之多個導軸74而可相對於測試頭26而上下移動。各導軸74以可滑動之方式而貫通於導孔，且該導孔係沿上下方向(厚度方向)而貫通於基板60。
性能板20藉由多個導軸74而可相對於測試頭26而上下移動，而且，藉由配置於導軸74的下端部外周之壓縮螺旋彈簧76而受到朝向上方的施力。各導軸74具有組裝於測試頭26上的大徑部、自該大徑部向下方延伸而以可滑動之方式貫通於基板60的小徑部、以及設於小徑部的下端之朝外的凸緣部。
導軸74之大徑部係作為限制性能板之上升位置的制動件而發揮作用。導軸74之朝外的凸緣部可防止壓縮螺旋彈簧76向下方脫落。
如圖1所示，各連接裝置28中，於可撓性配線板78之兩端設有連接器80、82。連接器80之各端子係與設於基板60之上表面的連接端子(未圖示)電氣連接，而連接器82之各端子係與設於測試頭26之下表面的連接端子(未圖示)電氣連接。基板60之各連接端子係與設於基板60上的上述配線電氣連接。
夾頭頂部30與探針卡16之間的第一空間84，係藉由第一密封件而對於外部維持氣密，該第一密封件包括：O形環88，其配置於設在夾頭頂部30之上表面外周緣部的環狀的槽86內；以及板狀的密封環90，其配置於基板40之下表面外周緣部。
同樣，探針卡16與性能板20之間的第二空間92，係藉由第二密封件而對於外部維持氣密，該第二密封件包括：O形環96，其配置於設在基板60之下表面外周緣部的環狀的密封件基座94之槽內；以及板狀的密封環98，其配置於基板60之上表面外周緣部。
第一空間84係經由沿上下方向貫通於夾頭頂部30之吸引孔100、及與吸引孔100相連通之配管102，而藉由未圖示之排氣裝置排氣。對應於此，第二空間96係經由沿上下方向貫通於基板60之吸引孔104、及與吸引孔104相連通之配管106，而藉由上述之排氣裝置排氣。
[探針卡之配置]
首先，如圖3所示，於夾頭頂部30已下降之狀態下，性能板20以及測試頭26與中間體22以及連接裝置24、28一同藉由未圖示之機構而上升。
繼而，當設定新的探針卡時，如圖8所示，上述之組裝體自探針卡16之上方下降，而安裝於卡保持具50上。
然而，當更換探針卡時，於性能板20以及測試頭26與中間體22以及連接裝置24、28已一同藉由未圖示之機構而上升的狀態下，除去配置於卡台20上之探針卡之後，將新的探針卡如上所述地安裝於卡保持具50上。
繼而，如圖8所示，性能板20以及測試頭26與中間體22以及連接裝置24、28一同下降，而安裝於卡台18上。
繼而，如圖8所示，性能板20係藉由作為安裝裝置而發揮作用之安裝片66以及螺桿構件68而安裝於支撐構件48上。藉此，各接觸子44經由基板40以及42之配線、探針64、性能板20之配線、以及連接裝置28之配線，而與測試頭26電氣連接。
於如上所述而組裝之狀態下，對探針裝置10進行各種調整，如使探針卡16之針尖面、與配置於夾頭頂部30上的被檢查體12之電極面平行。
[被檢查體之測試]
對被檢查體12進行測試時，將被檢查體12配置於夾頭頂部30，對吸附槽34進行排氣。藉此，被檢查體12真空吸附於夾頭頂部30。
繼而，夾頭頂部30藉由XYZθ載台32而沿X方向以 及Y方向二維地移動，而且，繞θ軸線而呈角度地旋轉。藉此，使被檢查體12之電極與接觸子44之針尖定位，而使兩者相對向。
繼而，夾頭頂部30藉由XYZθ載台32而上升，而使被檢查體12之電極與接觸子44之針尖相對擠壓，而且，使第一以及第二空間84以及92分別藉由第一密封件以及第二密封件而維持氣密。
被檢查體12之電極與接觸子44之針尖相對擠壓時，過驅動會作用於各接觸子44上。因該過驅動而產生之作用力，自探針卡16經由中間體22而傳遞至性能板20，且自性能板20進而經由安裝片66以及螺桿構件68而傳遞至支撐構件48。各接觸子44因受到過驅動之作用而產生彈性變形。
於上述狀態下，自上述控制處理裝置向被檢查體供應檢查用訊號，且來自被檢查體12之訊號被控制處理裝置取得。控制處理裝置係藉由對來自被檢查體12之訊號進行處理而判斷被檢查體是否良好。
測試結束後之被檢查體12，係於夾頭頂部30藉由XYZθ載台32而下降之後，自夾頭頂部30除去。
於測試期間、尤其是第一空間84以及第二空間92維持氣密之期間，第一空間84以及第二空間92分別經由吸引孔100及104而排出，從而維持真空狀態。其結果，能防止水分結露而附著於被檢查體、探針卡之上下表面、連接裝置(探針)、性能板之下表面等上，故而能準確地測試。
而且，因探針卡16與性能板20之間存在中間體22，故而，當接觸子44之針尖與被檢查體12之電極相對擠壓時，能防止探針卡16、尤其是基板40以及42產生彎曲，而且，作用於接觸子44之擠壓力會經由中間體22而傳遞至性能板20。其結果，作用於被檢查體12之電極與接觸子44之間的偏位載重得到抑制。其結果，能防止偏位載重作用於被檢查體12之電極與接觸子44之間。
進而，雖然中間體22配置於探針卡16與性能板20之間，但藉由使中間體22小於探針卡16以及性能板20，可與先前同樣地使探針卡16與性能板20電氣連接，儘管如此，仍能抑制偏位載重作用於被檢查體12之電極與接觸子44之間。
因上述偏位載重得到抑制，而使藉由固接觸子44之針尖而形成的針尖面、與藉由被檢查體12之電極而形成的電極面之平行度提升，且使針壓大致相等，從而使被檢查體12之電極與接觸子44確實地接觸。其結果，能獲得準確的測試結果。
本發明並不限於上述實施例，只要不脫離本發明之申請專利範圍中所述之主旨，均可進行多種變更。
10．．．探針裝置
12．．．被檢查體
14．．．檢查載台
16．．．探針卡
18．．．卡台
20．．．性能板
22．．．中間體
24．．．連接裝置
26．．．測試頭
28．．．連接裝置
30．．．夾頭頂部
32‧‧‧XYZθ載台
40、42‧‧‧基板(配線基板)
44‧‧‧接觸子
48‧‧‧支撐構件
50‧‧‧卡保持具
60‧‧‧基板
62‧‧‧安裝環
64‧‧‧探針
66‧‧‧安裝片
68‧‧‧螺桿構件
74‧‧‧導軸
76‧‧‧壓縮螺旋彈簧
78‧‧‧配線板
80、82‧‧‧連接器
84、92‧‧‧第一及第二空間
88、96‧‧‧O形環(第一及第二密封件)
100、104‧‧‧吸引孔
102、106‧‧‧排氣用配管
圖1係表示本發明之探針裝置之一實施例的縱截面圖。
圖2係圖1中之一部分的放大縱截面圖。
圖3係用於說明圖1所示之探針裝置中所使用的探針卡之安裝作業的圖。
圖4係表示圖1所示之探針裝置中所使用的夾頭頂部之一實施例的俯視圖。
圖5係表示圖1所示之探針裝置中所使用的探針卡之一實施例的仰視圖。
圖6係表示圖1所示之探針裝置中所使用的探針卡之一實施例的俯視圖。
圖7係表示圖1所示之探針裝置中所使用的性能板之一實施例的仰視圖。
圖8係用於說明圖1所示之探針裝置之組裝法的圖。
10．．．探針裝置
12．．．被檢查體
14．．．檢查載台
16．．．探針卡
18．．．卡台
20．．．性能板
22．．．中間體
24．．．連接裝置
26．．．測試頭
28．．．連接裝置
30．．．夾頭頂部
32．．．XYZθ載台
36．．．空氣流路
38．．．配管
40、42．．．基板(配線基板)
44．．．接觸子
48．．．支撐構件
50．．．卡保持具
58、70．．．定位銷
60．．．基板
62．．．安裝環
64．．．探針
66．．．安裝片
68．．．螺桿構件
74．．．導軸
76．．．壓縮螺旋彈簧
78．．．配線板
80、82．．．連接器
84、92．．．第一及第二空間
86．．．槽
88、96．．．O形環(第一及第二密封件)
90、98．．．密封環
94．．．密封件基座
100、104．．．吸引孔
102、106．．．排氣用配管

Claims (7)

  1. 一種探針裝置，其具備：檢查載台，具有承受被檢查體之平坦之夾頭頂部；探針卡，隔著間隔配置於該夾頭頂部上方，且具有具複數條配線之配線基板、及配置於該配線基板且下端部具有針尖之複數個接觸子；卡台，在該接觸子之針尖朝向該夾頭頂部側之狀態下，支撐該探針卡；性能板，於該探針卡上方，隔著間隔支撐於該卡台；中間體，配置於該性能板之下側且抵接於該探針卡及該性能板兩者；第一密封件，將該夾頭頂部與該探針卡之間之第一空間維持氣密；第二密封件，將該探針卡與該性能板之間之第二空間維持氣密；第一排氣路，將該第一空間連接於排氣裝置；以及第二排氣路，將該第二空間連接於排氣裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其進一步具備將該性能板可拆裝地安裝於該卡台的安裝裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其進一步具備配置於該性能板之下側，將該配線基板之配線與該性能板電氣連接的連接裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其中，該第一排氣路係形成於該夾頭頂部，該第二排氣路係形成於該性能 板。
  5. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其中，該第一密封件包含配置於該夾頭頂部與該配線基板之間的第一O形環，該第二密封件包含配置於該配線基板與該性能板之間的第二O形環。
  6. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其進一步具備配置於該性能板之上方的測試頭、及將該性能板電氣連接於該測試頭的複數個配線裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項之探針裝置，其進一步具備自該性能板延伸至下方且沿上下方向貫通該配線基板的複數個定位銷、及自該測試頭延伸至下方且沿上下方向貫通該性能板的複數個導軸。
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