CN101382580B - 探测器装置以及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种探测器装置以及探测方法，能够在使探测器与被检查体的电极片电气接触对该被检查体的电器特性进行测定，实现装置的小型化，并且将测试头合适地安装在探测器主体上。利用保持体保持测试头，使其从离开探测器主体的顶板的退缩位置旋转至水平位置，将该测试头交接至设置在探测器主体上的升降支撑机构上，利用该升降支撑机构使测试头下降，将探测器主体安装在测试头上。因为在测试头的旋转以及下降过程中不与探测器主体的部件干涉，所以能够可靠地将测试头安装在探测器主体上，因此能够将测试头的铰链机构搭载在探测器主体的上表面，从而实现装置的小型化。

Description

探测器装置以及探测方法

技术领域

本发明涉及使探测器(probe)与被检查体的电极片(pad)电气接触以对该被检查体的电气特性进行检测的探测器装置以及探测方法，特别涉及测试头(test head)的驱动部分。

背景技术

在半导体设备的制造工序中，通过在集成电路芯片完成后对其进行各种电气特性检查，使得在独立化之前的状态下对各集成电路芯片是否良莠进行判断。该检查是如下述这样进行的，即，将半导体晶片(以下简称为“晶片”)载置在载置台上，使载置台上升，从而使晶片上的集成电路芯片的电极片与探针卡(probe card)的例如探针接触。此外，最近，在集成电路完成之前的阶段，为了对在此之前形成的电路部分的良莠进行判断也是这样利用探针进行探测的。

这种探测器装置包括：由框体构成的检查装置主体，其用于收容载置台，并且在其顶板设置有探针卡；以及测试头(test head)，其能够在该检查装置主体的上方位置以及退避位置之间在水平旋转轴的周围转动。对于测试头而言，其以水平姿势位于检查装置的上方，并且与探针卡的电极电气接触，通过探针卡向基板的被检查芯片(包括制造中途的芯片)发送检查信号，从而对电气特性进行检查。

此外，用于使测试头旋转的铰链机构与装置主体独立设置，其旋转轴的中心位于比探针卡的上表面低的地方。因此，由于测试头的旋转半径比较长，所以在探针卡的上表面附近的测试头的前端部的移动轨迹可以认为大致沿着垂直方向。然而，随着晶片的大口径化，对装置设置空间的狭小化的要求进一步加强，由此认为将铰链机构搭载在装置主体上是有利的。

但是，若这样进行设计布置，则铰链机构和测试头的距离变短，而且与铰链机构的旋转轴相比，因为探针卡的上表面一方变低，因此，如图8所示，测试头100的旋转半径变短，从而在探针卡101的上表面附近，测试头100的前端部的移动轨迹在水平方向的移动量变大。另一方面，探针卡101被固定在装置主体102的上表面的圆形的开口部的下侧，与装置主体102的上表面相比位于较低的位置。因此，测试头100的前端部进入到上述开口部中与探针卡101接触，但是当利用铰链机构103使测试头100旋转时，若在上述开口部中测试头100的前端部沿水平方向移动，则有可能与探针卡101的增强部件、开口部的周缘部干涉。在铰链机构103上除具有旋转机构之外还具有升降机构，使测试头100旋转至水平位置为止，之后使其下降，利用旋转臂104从单侧支撑测试头100，所以，因测试头100的重量导致旋转臂104弯曲，最终有可能导致与增强部件等的干涉，此外装置的结构复杂化导致成本增加。

在专利文献1中，揭示有下述技术，即，通过在装置主体上垂直抬升测试头，在该场所处使其旋转90度，使测试头的旋转空间变小，由此来进行测试头和探针卡的接触以及功能板(performance board)的交换。但是，为了对安装在测试头上的功能板进行交换，操作者必须使用梯子等在高处进行作业，具有不容易进行维护作业的问题。

此外，在专利文献2中，揭示有下述技术，即，在使测试头旋转并搭载在预定位置之后，利用支撑机构对测试头的位置以及倾斜度进行微调整，但是该技术并不能解决上述问题。

专利文献1：日本特开平8-148534(段落(0016)、图1、图2)

专利文献2：日本特开平9-22927(段落(0048)～(0053))

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够将探针头合适地安装在装置主体上的探测器装置以及探测方法。

本发明的第一方面提供一种探测器装置，该探测器装置将排列配置有多个被检查芯片的基板载置在移动自如的基板载置台上，使所述被检查芯片的电极片与探针卡的探测器接触来对被检查芯片进行检查，该探测器装置的特征在于，包括：

检查装置主体，在内部具有所述基板载置台并且在顶板部设置有探针卡；

测试头，从该探针卡的上方与所述探针卡的上表面接近并电气接触以进行信号的收发；

旋转驱动部，用于使该测试头在所述探针卡的上方在其下表面成为水平的水平位置与从所述检查装置主体的顶板离开的退避位置之间沿着水平旋转轴的周围旋转；

设置在所述旋转轴上并用于保持所述测试头的保持部；

升降支撑机构，设置在所述检查装置主体上，从所述保持部接受处于所述水平位置的测试头并使该测试头下降至与探针卡电气接触的位置，并且使该测试头上升至所述水平位置并将其交接至保持部上；和

保持/解除单元，用于设定测试头被保持在所述保持部上的保持状态以及解除该保持的解除状态的一方，当从所述保持部将测试头交接至所述升降支撑机构时成为解除状态，此外当从所述升降支撑机构将测试头交接至所述保持部上时成为保持状态。

优选所述旋转驱动部被设置在所述检查装置主体上，

所述旋转轴的中心被设定为比所述测试头与探针卡电气接触时的该测试头的下表面高的位置。

优选在所述保持部和测试头之间设置有沿着上下方向引导测试头的导向机构。

优选所述保持/解除单元构成为当测试头被置于与探针卡电气接触的位置时成为将该测试头保持在所述保持部上的状态。

本发明提供一种探测方法，该探测方法使用具有在内部设置有移动自如的基板载置台并且在顶板部设置有探针卡的检查装置主体的探测器装置，将排列配置有多个被检查芯片的基板载置在所述基板载置台上，使所述被检查芯片的电极片与所述探针卡的探测器接触来对所述被检查芯片进行检查，该探测方法的特征在于，包括：

使测试头保持在设置于水平旋转轴上的保持部上并且使其沿着该旋转轴的周围旋转，由此，从离开所述检查装置主体的顶板的退避位置旋转至在所述探针卡的上方其下表面成为水平的水平位置的工序；

使处于所述水平位置的测试头支撑在设置于所述检查装置主体上的升降支撑机构上的工序；

接着解除所述保持部对测试头的保持，利用所述升降支撑机构使测试头下降至该测试头与探针卡电气接触的位置的工序；和

之后，使基板与探针卡的探测器接触从而对所述基板的被检查芯片进行检查的工序。

优选利用所述升降支撑机构使测试头下降的工序，是利用设置在所述保持部与测试头之间的导向机构引导来进行。

优选在利用所述升降支撑机构使测试头下降至与探针卡电气接触的位置的工序之后，进行将该测试头保持在所述保持部上的工序。

本发明使探测器与被检查体的电极片电气接触来对该被检查体的电气特性进行测定，在使测试头从离开探测器主体的顶板的退缩位置旋转至水平位置，将该测试头交接至设置在探测器主体上的升降支撑机构上，利用该升降支撑机构使测试头下降，将探测器主体安装在测试头上。因为在测试头的旋转以及下降过程中不与探测器主体的部件干涉，所以能够可靠地将测试头安装在探测器主体上，因此能够将测试头的铰链机构搭载在探测器主体的上表面，从而实现装置的小型化。

附图说明

图1是表示本发明的探测器装置的一个例子的立体图。

图2是表示上述探测器装置的纵截面图。

图3是表示上述探测器装置的平面图。

图4是表示连接在测试头下侧的中间环和探针卡接触时的状态的纵截面图。

图5是表示连接在测试头下侧的中间环和探针卡接触时的状态的纵截面图。

图6是表示连接在测试头下侧的中间环和探针卡接触时的状态的纵截面图。

图7是表示测试头旋转至维护位置时的状态的纵截面图。

图8是表示现有的探测器装置中的探测头的位置产生不良情况的侧视图。

标号说明

11  探测器(probe)主体

12  测试头(test head)

13  装载部

31  探针卡(probe card)

33  增强件

40  升降体

41  旋转轴

42  铰链(hinge)机构

43  旋转臂

45  保持体

46  保持/解除机构

51  导向器接受部

63  垂直导向器

65  接受部件

具体实施方式

参照图1～图3，对作为本发明探测器装置的探测器装置进行说明。该探测器装置包括：作为检查装置主体的探测器主体11；测试头12；和装载部13。

探测器主体11具有构成外装部的框体20。如图2所示，在该框体20内设置有：载置台21，用于载置在表面排列配置有多个被检查芯片的作为被检查基板的晶片W；和移动机构22，用于使该载置台21沿X、Y、Z方向移动并且使其沿铅直方向轴向旋转。在该图中，标号23为X方向移动部，标号24为Y方向移动部，标号25为Z方向移动部。此外，在Z方向移动部25上，虽然省略图示，但是设置有用于对后述的探针26进行摄像的照相机。

在框体20的顶板35上形成有圆形的开口部27，通过在其周缘嵌入***环28的凸缘部29而将该***环28固定。该***环28的下缘形成为向内侧水平突出的环状的卡止面部30。

通过保持探针卡31的保持环32的上部的凸缘和***环28的上述卡止面部30相互卡止，将探针卡31固定在框体20的顶板35上。因此，探针卡31的上表面位于比顶板35的上表面低例如3.9cm的高水平位置。在该探针卡31的下表面侧形成有相对于晶片W例如倾斜伸出的作为探测器的多个探针26。其中，作为探测器，对于垂直针和凸块(bump)也可以。在探针卡31的上表面，以包围电极的配置区域的方式或者以与探针卡31同心的方式配置有外径比探针卡31的外径小的增强件33。该增强件33用于抑制探针卡31的变形。

在顶板35的下表面侧，以沿着水平方向能够自由移动的方式设置有用于对晶片W的表面进行摄像的图未示出的照相机。通过该照相机和上述在Z方向移动部25上设置的图未示出的照相机，取得晶片W上的被检查芯片的电极片和探针26的坐标位置。

如图1以及图3所示，在顶板35的右缘以及左缘(X方向作为左右方向表示)，为了接受测试头12使其升降，分别在前后例如各设置有3个升降体40。该升降体40能够通过升降用驱动机构例如气缸(图未示出)进行升降，在该例子中，由升降体40和气缸构成升降支撑机构。

此外，在顶板35的后缘侧，设置有具有旋转轴41的铰链机构42和使该旋转轴41旋转的图未示出的驱动部，在从铰链机构42向右侧突出的旋转轴41上安装有长度较短的旋转臂43。在该例子中，由铰链机构42和驱动部构成旋转驱动部，构成为后述的测试头12能够在探针卡31的上方在与水平面平行的水平位置和在探测器主体11的后方例如在进行测试头12的维护等的退避位置之间转动。在该退避位置中的测试头12成为例如具有电极的下表面侧向着上方的状态。上述旋转轴41的旋转中心被设定为比顶板35的上表面例如高22.5cm的位置。

在旋转臂43的顶端部，如图3所示，连接着沿着左右打开并向前方伸出、并且形成有腕部44、44的平面呈“コ”字型的保持体45的后面部。以在该腕部44、44之间从左右夹着的方式，通过沿着腕部44的整个长度方向形成的间隙52将大致呈方形的测试头12进行保持。此外，对于图1中的腕部44而言，为了方便起见，以能够观察到上述升降体40的方式切去下侧的一部分。

在左右的两腕部44的内侧(测试头12一侧)的侧面，对于各自沿着上下隔开间隔并列的例如两个导向器接受部51的组，相对于腕部44的长度方向并排设置有两组该导向器接受部51的组，另一方面，与该两组的导向器接受部51的位置相对应，在测试头12的两侧面，以长度比从上述上侧的导向器接受部51的上端到下侧的导向器接受部51的下端的距离长并且相对于上述导向器接受部51能够滑动而嵌合的方式设置有两根垂直导向器63。因此，通过这些导向器接受部51以及垂直导向器63的滑动作用，测试头12在两腕部44的导向器接受部51所引导，通过上述升降体40进行升降。这些导向器接受部51以及垂直导向器63构成导向机构。

在该腕部44、44的长度方向的大致中央的上部，沿着前后(Y方向)并列设置有：沿着腕部44使锁定销47b进退的锁定销进退部47a；和向着测试头12形成有两端部伸出的横截面形状形成为“コ”字型的槽部的锁定销支撑部49。该锁定销支撑部49起到使锁定销47b贯通在上述两端部的各个上形成的贯通孔48从而将其支撑的作用。在测试头12的侧面，以进入到由锁定销支撑部49的“コ”字型部分围住的槽部方式设置有纵长的止动部61，在该止动部61上，在与在保持体45和升降体40之间进行测试头12的过渡交接的上位置以及在探针卡31上安装测试头12的下位置分别对应的高度位置，在上下两处设置有锁定销47b的贯通孔62。因此，锁定销支撑部49的贯通孔48和止动部61的贯通孔62在前后方向重合的状态下，通过使锁定销47b贯通这些贯通孔48、62，成为锁定状态即在保持体45上保持测试头12的状态，此外，通过将锁定销47b从止动部61中拔出而成为解除该保持的状态。在该例子中，由锁定销进退部47a、锁定销47b、锁定销支撑部49以及止动部61构成保持/解除单元46。

在测试头12的下表面侧，安装有用于使该测试头12和探针卡31电气接触的中间环64，该中间环64其外径比探针卡31的外径稍小，此外内径比增强件33的外径稍大。此外，该中间环64的高度尺寸被设定为比从探针卡31的上表面至顶板35的上表面的距离大。因此，当该中间环64下降，被载置于探针卡31上时，测试头12不与顶板35发生冲突。此外，测试头12上升时的中间环64的下端面与探针卡31的上表面的距离例如被设定为3.4cm，在利用上述旋转臂43进行的测试头12的旋转中，例如即便因该测试头12的重量引起旋转轴43弯曲时，也不会与增强件33等干涉，能够得到充足的间隙(clearance)。

在测试头12的腕部44侧的两侧面的下侧，以与3个升降体40的各自位置对应的方式，隔开间隔设置有3个背面被固定在测试头12上并且下端面从测试头12沿着水平延伸配置的L字型的接受部件65。因此，利用升降体40接受接受部件65，经由该接受部件65支撑测试头12，若在该状态下使升降体40升降，则测试头12升降。在该测试头12上经由电缆连接有有测试器(图中均未示出)，从该测试器传递用于检查晶片W的电气信号。

在探测器主体11的右侧连接有装载部13，该装载部13的框体71内的进深侧(内侧)被划分壁72划分成上方区域73和下方区域74。在该上方区域73设置有载置作为收纳有例如25个晶片W的密闭型搬送容器的FOUP(前端开口一体盒)2的载置台75。FOUP2的右面的框体71成为开口部76，经由该开口部76在图未示出的搬送单元和载置台75之间进行FOUP2的交接。

在框体71的前面侧(面前侧)的区域，设置有能够自由旋转升降以及伸缩的搬送臂77，在上方区域73的FOUP2和探测器主体11的载置台21之间，通过在探测器主体11和装载部13之间形成的开口部78进行晶片W的交接。

在该探测装置中，如图3所示，设置有例如由计算机构成的控制部5，该控制部5具有程序存储部、存储器、由CPU构成的数据处理部等。该程序存储部中存储的程序具有用于实施向顶板35上进行测试头12的装卸的步骤组，进行晶片W的搬送或者定位的步骤组。此外，例如在存储器中，具有用于写入移动机构22的移动步骤或者移动量等的处理参数值的区域，CPU在进行程序的各种命令时，读出这些处理参数，根据其参数值的控制信号被发送到该探测器装置的各个部位。该程序(包括与处理参数的输入操作、显示有关的程序)，被存储在计算机存储介质例如软盘、光盘(compact disc)、MO(光磁盘)、硬盘等的存储部6中而被装载在控制部5中。

接着，对本发明的探测方法进行说明。首先，如图4(a)所示，使被设定为从顶板35的上方的水平位置离开的退避位置处的、利用保持/解除机构46固定在保持体45上的测试头12向下侧旋转。此时，如上所述，因为旋转轴41的旋转中心被设定在比顶板35的上表面高的位置，所以中间环64、测试头12的下表面的描绘轨迹与增强件33、***环28等并不干涉。在图4(b)的水平位置中，使测试头12停止。接着，使升降体40上升，与接受部件65的下表面接触(图1(c))。

如图5(a)所示，从锁定销支撑部49拔出锁定销47b，解除对测试头12的保持，由此，若将测试头12从保持部45过渡至升降体40，则测试头12的负载全部施加在升降体40上。因此，若使该升降体40下降(图5(b))，则测试头12的垂直导向器63被保持体45的导向器接受部51所引导，并且与升降体40一起下降至中间环64的下表面与探针卡31的上表面接触的位置。然后，将锁定销47b***到锁定销支撑部49内(图5(c))，使测试头12再次成为保持状态。该测试头12的再次保持，是用于防止例如因升降体40的气缸的故障等引起测试头12的全部荷载施加在探针卡31上。图6与上述图2相同，是改变视点描绘图4、图5的图，图6(a)与图5(a)相对应，图6(b)与图5(b)相对应。

然后，利用图未示出的搬送单元将收纳有例如25个晶片W的FOUP2载置在载置台75上。然后，利用搬送臂77从FOUP2中取出一个晶片W，并将其载置于探测器主体11内的载置台21上。接着，如上所述，对探针26和晶片W的位置进行定位，使探针26与形成于该晶片W上的被检查芯片上的电极片接触(图6(c))，从测试头12经由中间环64、探针卡31以及探针26向该电极片供给规定电气信号，由此进行电气特性检查。然后，使探针26顺次与晶片W上的电极片接触，对晶片W的各芯片进行检查。其中，也可以使采用使晶片W的各芯片的电极片一并全部与探针26接触的方式。在检查结束后，利用搬送臂77使晶片W返回到FOUP2。

然后，例如在晶片W的各批次期间，在进行中间环64的交换时或者在进行测试头12的维护时，如图7所示，使测试头12进行转动，从顶板35的上方的水平位置至作为探测器主体11的例如180度后侧的退避位置的维护位置为止。其中，为了使图示简化，对于图4～图7，省略一部分进行描绘。此外，在图4(b)、(c)、图5(a)以及图6(a)中，为了易于见到这些图面，将中间环64的下表面位置描绘成比顶板35的上表面位置高，但是实际上，如上所述，中间环64的下表面位置与顶板35的上表面位置相比进入(陷入)5mm。

在上述实施方式中，通过使探针26与晶片W的电极片电气接触来对晶片W的电气特性进行测定，将测试头12保持在保持体45上并且从离开顶板35的退避位置旋转至水平姿势的位置后，使测试头12从保持体45交接到设置在探测器主体11上的升降体40上并使其下降，因此，即便测试头12的旋转半径小，该测试头12也不与探测器主体11侧的部件例如增强件33、***环28等发生干涉，能够可靠地将测试头12安装在探测器主体11上。此外，因为即便测试头12的旋转轴41比探针卡31的上表面高，也能够使测试头12与探针卡31可靠地电气连接，所以能够将铰链机构42搭载在探测器主体11上，因此能够实现装置的小型化。此外，因为分别设置作为测试头12的旋转机构的铰链机构42和作为升降机构的升降体40，所以能够实现装置结构的简化以及实现低成本化。

此外，并不是从单侧支撑测试头12的旋转轴41，而是通过水平支撑的升降体40，进一步利用导向器接受部51向下侧对垂直导向器63进行引导，由此使探针卡31与中间环64进行接触，所以，能够高精度地对测试头12进行定位。因此，例如即便当上述的增强件33的外径大、与中间环64的空隙小的情况下，也能够抑制增强件33与中间环64或者与测试头12的干涉。

Claims (8)

1.一种探测器装置，该探测器装置将排列配置有多个被检查芯片的基板载置在移动自如的基板载置台上，使所述被检查芯片的电极片与探针卡的探测器接触来对被检查芯片进行检查，该探测器装置的特征在于，包括：

检查装置主体，在内部具有所述基板载置台并且在顶板部设置有探针卡；

测试头，从该探针卡的上方与所述探针卡的上表面接近并电气接触以进行信号的收发；

旋转驱动部，用于使该测试头在所述探针卡的上方在该测试头的下表面成为水平的水平位置与从所述检查装置主体的顶板离开的退避位置之间沿着水平旋转轴的周围旋转；

设置在所述旋转轴上并用于保持所述测试头的保持部；

升降支撑机构，设置在所述检查装置主体上，从所述保持部接受处于所述水平位置的测试头并使该测试头下降至与探针卡电气接触的位置，并且使该测试头上升至所述水平位置并将其交接至保持部上；和

保持/解除单元，用于设定测试头被保持在所述保持部上的保持状态以及解除该保持的解除状态的一方，当从所述保持部将测试头交接至所述升降支撑机构时成为解除状态，此外当从所述升降支撑机构将测试头交接至所述保持部上时成为保持状态。

2.如权利要求1所述的探测器装置，其特征在于：

所述旋转驱动部被设置在所述检查装置主体上，

所述旋转轴的中心被设定为比所述测试头与探针卡电气接触时的该测试头的下表面高的位置。

3.如权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于：

在所述保持部和测试头之间设置有沿着上下方向引导测试头的导向机构。

4.如权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于：

所述保持/解除单元构成为当测试头被置于与探针卡电气接触的位置时成为将该测试头保持在所述保持部上的状态。

5.一种探测方法，该探测方法使用具有在内部设置有移动自如的基板载置台并且在顶板部设置有探针卡的检查装置主体的探测器装置，将排列配置有多个被检查芯片的基板载置在所述基板载置台上，使所述被检查芯片的电极片与所述探针卡的探测器接触来对所述被检查芯片进行检查，该探测方法的特征在于，包括：

使测试头保持在设置于水平旋转轴上的保持部上并且使其沿着该旋转轴的周围旋转，由此，从离开所述检查装置主体的顶板的退避位置旋转至在所述探针卡的上方所述测试头的下表面成为水平的水平位置的工序；

使处于所述水平位置的测试头支撑在设置于所述检查装置主体上的升降支撑机构上的工序；

接着解除所述保持部对测试头的保持，利用所述升降支撑机构使该测试头下降至该测试头与探针卡电气接触的位置的工序；和

之后，使基板与探针卡的探测器接触从而对所述基板的被检查芯片进行检查的工序。

6.如权利要求5所述的探测方法，其特征在于：

所述旋转轴被设置在所述检查装置主体上，

所述旋转轴的中心被设定为比所述测试头与探针卡电气接触时的该测试头的下表面高的位置。

7.如权利要求5或6所述的探测方法，其特征在于：

利用所述升降支撑机构使测试头下降的工序，是利用设置在所述保持部与测试头之间的导向机构引导来进行。

8.如权利要求5或6所述的探测方法，其特征在于：

在利用所述升降支撑机构使测试头下降至与探针卡电气接触的位置的工序之后，进行将该测试头保持在所述保持部上的工序。

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