JP2681619B2

JP2681619B2 - プローブ装置

Info

Publication number: JP2681619B2
Application number: JP7054985A
Authority: JP
Inventors: 正雄山口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH07221144A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、複数の半
導体デバイスを形成した半導体ウェハや液晶表示装置を
構成する画素駆動回路を形成したガラス基板のような被
検査対象の電気的特性を測定するプローブ装置に関し、
特に、プローブ装置におけるプローブカード保持具、プ
ローブカード保持構造およびプローブ針先端の前記被検
査対象に対する平行度調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体デバイスは、半導体
ウェ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ェハは切断される。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、半導体ウェハの状態で行い、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】上記プローブ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ方向
に移動可能に構成されたウェハ載置台を備えており、こ
のウェハ載置台上には、半導体デバイスの電極パッドに
対応した多数のプローブ針を備えたプローブカードが適
当なプローブ保持具により固定されている。測定時に
は、上記ウェハ載置台上に半導体ウェハなどの被検査対
象を載置固定し、上記ウェハ載置台を駆動して、半導体
デバイスの電極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に構成され
ている。

【０００４】このようなプローブ装置において、上記プ
ローブカードとテスタとの接触は、最近では、プローブ
カード上に配置された各プローブ針に対応して、電気的
リード線で結線された電極ランド部分に弾性付勢された
接触ピン（ポゴピン）を押圧するポゴコンタクトにより
行われている。ところで、検査時に、例えば１００本の
プローブ針とテスタとのコンタクトを得るためには、プ
ローブ針１本あたり約１０ｇの押圧が加えられれば、プ
ローブカード全体に対して１Ｋｇの押圧力を加える必要
がある。

【０００５】特に、スーパーコンピュータのＣＰＵ等の
半導体デバイスの高集積化に伴い、１チップの検査に要
するプローブ針の本数も増加する傾向にあり、最近で
は、１０００本ないし２０００本のプローブ針が立設さ
れたプローブカードが半導体製造業界では要求されるに
至っている。それらが、例えば２ｃｍ×２ｃｍの空間に
立設される場合がある。かかる際には、プローブカード
全体に対して１０Ｋｇないし２０Ｋｇの押圧力が付加さ
れることになり、そのためプローブカードが押圧力に応
じてＺ方向に歪み、プローブ針が均一な圧力でかつ均一
な平行度で被検査対象に接触できなくなり、精密な検査
を実施できない。そのため、プローブカード自体の耐歪
み特性を高める工夫がなされているが、それにも限界が
あり、何らかの対策が希求されている。

【０００６】また、最近では、半導体ウェハを載置した
載置台により常温から約１５０℃まで適当な加熱手段で
加熱し、高温状態で半導体ウェハの電気的特性を行う方
法も実施されている。このような高温測定の場合には、
プローブカード自体に比較して熱変形しやすい金属部
材、例えばステンレスやアルミニウムで構成されたプロ
ーブカード保持具が大きく歪み、プローブ針が均一な圧
力でかつ均一な平行度で被検査対象に接触できなくな
り、精密な検査を実施できない。したがって、高温測定
のためにも、プローブカード保持具の耐歪み特性を高め
ることが要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
従来のプローブ装置の有する上記のような問題点に鑑み
てなされたものであり、被検査対象を高温状態で検査す
る高温測定を実施する場合であっても、プローブカード
保持具自体の歪みを矯正することが可能であり、したが
って精密な測定を実施することが可能であり、特に、測
定時にポゴピンなどによりプローブカードに対して押圧
力を付加した場合であっても、プローブカードの強度を
補強し、そのＺ方向の歪みを回避することが可能な新規
かつ改良されたプローブカード保持具およびプローブカ
ード保持構造を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，請求項１の発明は，被検査対象に電気的に接触して
その電気的特性を測定するプローブ針とそのプローブ針
を被検査対象に対して案内するための案内手段とを備え
たプローブカードと，そのプローブカードをプローブ装
置の所定の測定位置に保持固定するためのプローブカー
ド保持具と，を備えたプローブ装置において，測定時に
プローブカード保持具に加わる応力集中を緩和するよう
にプローブカード保持具の周方向に沿って孔部を備えた
ことを特徴としている。

【０００９】また，請求項２に記載の発明によれば，被
検査対象に電気的に接触してその電気的特性を測定する
プローブ針とそのプローブ針を被検査対象に対して案内
するための案内手段とを備えたプローブカードと，その
プローブカードをプローブ装置の所定の測定位置に保持
固定するためのプローブカード保持具とを備えたプロー
ブ装置において，測定時にプローブカード保持具に加わ
る応力集中を緩和するようにプローブカード保持具の周
方向に沿って溝部を備えたことを特徴としている。

【００１０】また，請求項３に記載の発明によれば，被
検査対象に電気的に接触してその電気的特性を測定する
プローブ針とそのプローブ針を被検査対象に対して案内
するための案内手段とを備えたプローブカードと，その
プローブカードをプローブ装置の所定の測定位置に保持
固定するためのプローブカード保持具とを備えたプロー
ブ装置において，測定時にプローブカード保持具に加わ
る熱変位を補償するようにプローブカード保持具を熱膨
張率の異なる材質を組み合わせて構成したことを特徴と
している。

【００１１】また，請求項４に記載の発明によれば，被
検査対象の電気的特性測定用プローブ針を被検査対象に
対して案内するための案内手段を備えたプローブカード
をプローブ装置の所定の測定位置に保持固定するための
プローブカード保持具を備え，プローブカード保持具
は，プローブカードの裏面周辺部においてプローブカー
ドを上方に支承するための第１の部分と，プローブカー
ドの案内手段周辺部に備えられた係合部において案内手
段に係合しプローブカードを上方に支承するための第２
の部分と，プローブ装置の天板にプローブカード保持具
を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに天板とプ
ローブカード保持具との第１の係合面の平行度，および
案内手段とプローブカード保持具との第２の係合面の平
行度を調整することにより，プローブ針先端の被検査対
象に対する平行度を調整するように構成されたプローブ
装置において，測定時にプローブカード保持具に加わる
応力集中を緩和するようにプローブカード保持具の周方
向に沿って孔部を備えたことを特徴としている。

【００１２】また，請求項５に記載の発明によれば，被
検査対象の電気的特性測定用プローブ針を被検査対象に
対して案内するための案内手段を備えたプローブカード
をプローブ装置の所定の測定位置に保持固定するための
プローブカード保持具を備え，プローブカード保持具
は，プローブカードの裏面周辺部においてプローブカー
ドを上方に支承するための第１の部分と，プローブカー
ドの案内手段周辺部に備えられた係合部において案内手
段に係合しプローブカードを上方に支承するための第２
の部分と，プローブ装置の天板にプローブカード保持具
を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに天板とプ
ローブカード保持具との第１の係合面の平行度，および
案内手段とプローブカード保持具との第２の係合面の平
行度を調整することにより，プローブ針先端の被検査対
象に対する平行度を調整するように構成されたプローブ
装置において，測定時にプローブカード保持具に加わる
応力集中を緩和するようにプローブカード保持具の周方
向に沿って溝部を備えたことを特徴としている。

【００１３】また，請求項６に記載の発明によれば，被
検査対象の電気的特性測定用プローブ針を被検査対象に
対して案内するための案内手段を備えたプローブカード
をプローブ装置の所定の測定位置に保持固定するための
プローブカード保持具を備え，プローブカード保持具
は，プローブカードの裏面周辺部においてプローブカー
ドを上方に支承するための第１の部分と，プローブカー
ドの案内手段周辺部に備えられた係合部において案内手
段に係合しプローブカードを上方に支承するための第２
の部分と，プローブ装置の天板にプローブカード保持具
を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに天板とプ
ローブカード保持具との第１の係合面の平行度，および
案内手段とプローブカード保持具との第２の係合面の平
行度を調整することにより，プローブ針先端の被検査対
象に対する平行度を調整するように構成されたプローブ
装置において，測定時にプローブカード保持具に加わる
熱変位を補償するようにプローブカード保持具を熱膨張
率の異なる材質を組み合わせて構成したことを特徴とし
ている。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明によれば，測定時にプロ
ーブカード保持具に加わる熱膨張又は熱収縮による応力
集中を，プローブカード保持具の周方向に沿って備えら
れる孔部によって弾性変形として吸収することにより，
緩和することができる。その結果，プローブカード保持
具の熱変位が減少し，歪みの発生を抑えることができる
ため，プローブカードを所望の状態で保持することがで
きる。すなわち例えばプローブ針をあらかじめ設定され
たオーバードライブ量を維持して被検査対象に均一に接
触させることができるため，正確な検査を実施すること
ができる。

【００１５】また，請求項２に記載の発明によれば，測
定時にプローブカード保持具に加わる応力集中を，プロ
ーブカード保持具の周方向に沿って備えられる溝部によ
って緩和することができる。従って，プローブカード保
持具に歪みが生じることがないため，プローブカードを
所望の状態で保持することができ，プローブ針と被検査
対象との接触を均一かつ高精度に行うことができる。

【００１６】また，請求項３に記載の発明によれば，測
定時の熱変位を補償するような熱膨張率の異なる材質を
組み合わせて構成されたプローブカード保持具により，
被検査対象からプローブ針を介して伝達された熱によっ
てプローブカードに生じる変形を相殺することができ
る。すなわち，例えばプローブカード保持具を多層構造
として，その上層の周方向に熱膨張率の大きな材料を採
用することによりプローブカード保持具を一種のバイメ
タルにし，そのバイメタル効果によって熱伝導による応
力集中を補償するようにプローブカード保持具を変位さ
せることによって，プローブカードに生じる変形を相殺
することができる。その結果，プローブカード保持具及
びプローブカードの歪みの発生を抑えることができ，プ
ローブ針と被検査対象との接触を正確かつ確実に行うこ
とができる。

【００１７】また，請求項４に記載の発明によれば，第
１の係合面の平行度及び第２の係合面の平行度を調整す
ることにより，プローブ針先端の被検査対象に対する平
行度を調整するように構成されたプローブ装置におい
て，測定時にプローブカード保持具に加わる応力集中
を，プローブカード保持具の周方向に沿って備えられた
孔部により緩和することができる。従って，測定時に大
きな温度差が生じても第１の係合面及び第２の係合面に
歪みが生じることがなく，プローブ針を被検査対象に均
一かつ所望の状態で接触させることができる。

【００１８】また，請求項５に記載の発明によれば，請
求項４に記載の発明の如くプローブ針先端の被検査対象
に対する平行度を調整するように構成されたプローブ装
置において，測定時にプローブカード保持具に加わる応
力集中を，プローブカード保持具の周方向に沿って備え
られる溝部により緩和することができる。従って，測定
時に第１の係合面及び第２の係合面に歪みが生じず，正
確な検査を行うことができる。

【００１９】また，請求項６に記載の発明によれば，請
求項４又は５に記載の発明の如くプローブ針先端の被検
査対象に対する平行度を調整するように構成されたプロ
ーブ装置において，請求項３に記載の発明と同様に，測
定時の熱変位を補償するような熱膨張率の異なる材質を
組み合わせて構成された，すなわち例えばバイメタルに
構成されたプローブカード保持具により，プローブカー
ドに生じる変形を相殺することができる。その結果，第
１の係合面及び第２に係合面に歪みが生じることがな
く，所望の検査を行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成されたプローブカード保持具およびプローブカ
ード保持構造について説明する。なお、各図において同
一部材については同一の参照符号を付して説明を簡略化
する。まず、理解を容易にするために、プローブ装置全
体の構成および動作を図１を参照して概略的に説明す
る。

【００２１】図１において、プローブ装置１００のほぼ
中央にはメインステージ１０１が設けられている。この
メインステージ１０１には、半導体ウェハ１０２を載置
固定するための載置台１０３が取り付けられている。こ
の載置台１０３はＺ方向およびθ方向ステージ１０３
Ａ、Ｘ方向ステージ１０３ＢおよびＹ方向ステージ１０
３Ｃから構成され、上記メインステージ１０１上におい
て所望の方向に移動可能に構成されている。この載置台
１０３の上方には、後述するプローブアセンブリ１０４
が上記半導体ウェハ１０２に対向するように設けられて
いる。図示はしていないが、プローブ装置１００の中央
手前側にはアライメントユニットが設けられている。こ
のアライメントユニットには、アライメント用の画像認
識装置としてカメラなどが設けられており、アライメン
トをとる場合には、上記載置台１０３がカメラの下方位
置にまで移動される。

【００２２】また、上記プローブ装置１００の図面右側
には半導体ウェハ１０２に搬入搬出用のオートローダ１
０５が配置され、図面左側にはプローブアセンブリ１０
４を交換するための交換機１０６がそれぞれ設けられて
いる。

【００２３】上記オートローダ１０５には多数の半導体
ウェハ１０２を互いに垂直方向に所定間隔を有して収容
したウェハカセット１０７がカセット載置台１０８上に
交換可能に配置されている。このウェハカセット１０７
と上記載置台１３との間には水平面内で移動可能なロー
ダステージ１０９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ェハハンドリングアー
ム１１０とが設けられている。

【００２４】半導体ウェハ１０２を上記プローブアセン
ブリ１０４によりプローブ検査するときには、この半導
体ウェハ１０２が上記ローダステージ１０９により上記
載置台１０３近くにまで搬送され、上記ハンドリングア
ーム１１０により上記載置台１０３上に載置固定され
る。その後、所定位置に位置決めされたプローブアセン
ブリ１０４の後述するプローブ針が半導体ウェハ上の所
定コンタクトポイントに接触され、後述するポゴピンリ
ング５０を介してテスタ６０に対して検査結果が送信さ
れ、そのテスタ６０において被検査対象の良否が判定さ
れる。検査終了後は、上記半導体ウェハ１０２は上記ハ
ンドリングアーム１１０により上記ローダステージ１０
９上に再び移動され、そのローダステージ１０９により
上記ウェハカセット１０７にまで搬送される。

【００２５】上記交換機１０６には、プローブカード１
０をプローブカード保持具３０に装着してなるプローブ
カードアセンブリ１０４が収納室１１０内の収納棚１１
１に垂直方向に所定間隔を置いて複数個収容されてお
り、必要に応じてプローブ装置１００の本体内に設置さ
れたプローブカードアセンブリ１０４と交換可能に構成
されている。

【００２６】また、上記プローブ装置１００の上部に配
置された上記テスタ６０の上部には、必要に応じて、顕
微鏡やテレビカメラのような監視装置１１２を設置する
ことが可能であり、上記プローブカード１０および上記
プローブカード保持具２０の中央部に形成された開口を
介して、下方に位置する半導体ウェハおよびプローブカ
ード１０のプローブ針の先端を監視するように構成する
ことも可能である。また、このプローブ針の監視の他の
実施方法として、被検査対象を載置した載置台に上向き
のカメラを設けて位置合わせすることもできる。

【００２７】次に、図２、図３および図４を参照しなが
ら被検査対象をプローブ検査するためのプローブカード
１０の構造について説明する。プローブカード１０は、
略円板状のプリント基板１１と、プローブ針１２と、プ
ローブ針１２を被検査対象に案内するためのガイド部１
３から構成されている。図２に示されるように、このプ
ローブ針１２は、例えば金（Ａｕ）、タングステン
（Ｗ）などの導電体から構成され、部分１２Ａが被検査
対象に対して垂直方向に配され、検査時には、後述する
ように針の先端部１２Ｂが被検査対象の基板を載置した
載置台が水平方向に微小移動することで、半導体ウェハ
表面の酸化被膜を掻き破り所定のコンタクトポイントＰ
に接触するように構成されている。プローブ針１２は上
記プリント基板１１の上面に突出した部分１２Ｃおいて
基板の外周部に向かって基板の上面に略平行に屈曲し、
ポイント１９において上記プリント基板１１内に埋設さ
れ、後述するポゴコンタクト用のランド２０に接続する
ように配線される。なお、図示の例ではプローブ針は１
２Ｄにおいて上記プローブカード１０内に埋設されてい
るが、上記プローブカード１０の裏面側に配線を施し作
業を容易にすることも可能である。

【００２８】上記プローブカード１０のプリント基板１
１の裏面に配置されたプローブ針１２を案内するための
ガイド部１３は、上部ブロック１３Ａ、中間ブロック１
３Ｂおよび下部ブロック１３Ｃから構成されている。上
部ブロック１３Ａの中央には針固定用樹脂１４が配置さ
れており、その針固定用樹脂１４の下面には針固定板１
５が取り付けられている。この針固定板にはプローブ針
に対応する穴が穿設されており、その穴に針が位置決め
固定される。

【００２９】中間ブロック１３Ｂの中央には空胴部分１
６Ａが設けられており、その空胴部分１６Ａの下端に上
部案内板１７が取り付けられている。この上部案内板１
８にもプローブ針に対応する穴が穿設されており、その
穴に針が位置決め固定される。プローブ針１２は、上記
針固定板１５と上記上部案内板１７との間に設けられた
上記空胴部分１６Ａの間で、図３の（ｂ）に示すよう
に、半導体ウェハなどの被検査対象１０２にプローブ針
の先端部１２Ｂが押圧されるにつれて、先端部１２Ｂは
垂直に上昇し、針固定板１５と案内板１７の間のプロー
ブ針の胴体が弾性的に屈曲するように構成されている。

【００３０】下部ブロック１３Ｃの中央部にも空胴部分
１６Ｂが設けられており、その空胴部分１６Ｂの下端に
下部案内板１８が取り付けられている。この下部案内板
１８にもプローブ針に対応する穴が穿設されており、そ
の穴に針が位置決め固定される。プローブ針は、上記上
部案内板１７と上記下部案内板１８との間において、図
３の（ａ）および（ｂ）に示されるように、半導体ウェ
ハなどの被検査対象１０２にプローブ針の先端部１２Ｂ
が押圧されるにつれて、上下の案内板１７および１８に
案内されて上下に移動可能に構成されている。

【００３１】なお、上記例では垂直方向にプローブ針が
立設された、いわゆる垂直針型プローブカードに即して
説明を行ったが、本発明はかかる構成に限定されない。
本発明は、従来の装置のようにタングステン針をカード
の表面あるいは裏面から被検査対象に対して斜め方向に
配したプローブ針の先端をもって被検査体に接触する、
いわゆる横針型プローブカードとそのプローブカードの
保持具にも適用可能である。さらにまた、本発明は導電
性ゴムを利用したゴム型プローブカード、あるいはバン
プフィルムを利用したメンブレン型プローブカードとそ
れらの保持具にも同様に適用することが可能である。

【００３２】上記のように構成されたプローブカード１
１の平面図を図４に示すが、ロジックや高集積化ＡＳＩ
ＣのチップやスーパーコンピュータのＣＰＵチップの様
に、半導体が高集積化された場合や、１６ＭＤＲＡＭチ
ップの複数個同時接触の要求ある場合において、プロー
ブカード１１には多数の、例えば数千本のプローブ針１
２が配置されている。そのため、プローブカード１１の
表面領域は開口領域２１を中心として同心円状に、プロ
ーブ針１２が半導体ウェハに対して略垂直に立設される
針立てエリア（Ａ）、そのプローブ針１２の部分１２Ｃ
が配線される配線エリア（Ｂ）およびポゴコンタクト用
のランド２０が配設されるパットエリア（Ｃ）が立錐の
余地がないほど広がっている。したがって、現在使用さ
れているプローブカード１１には、後述するような記憶
素子を上記プローブカード１１上に配置するための物理
的スペースを設けることが困難である。また、上記高集
積化されたプローブ針を介して伝達される測定用信号は
信号成分以外のノイズを極端にきらい、記憶素子をプロ
ーブ装置間の通信に用いる信号ラインをでき得る限り離
間したいという要求がある。

【００３３】とりわけ、論理回路や１６ＭＤＲＡＭ以降
のメモリにおいて、作動電圧が従来の５Ｖから、例えば
２．４Ｖ以下に低下され、スレッショルドレベルが低下
してゆく傾向にあり、これらの回路や素子を複数並べた
被検査体の検査にはノイズ対策が強く望まれている。そ
のため本発明においては、図５および図６に示すよう
に、プローブカード保持具３０に記憶素子３１を設置す
るための領域３２を設けることにより上記問題点を解決
している。このように記憶素子３１をプローブカード１
０と別の領域に設置することにより、上記のような物理
的制約の問題を解決すると共に、プローブカード１０か
ら発生するノイズに対して記憶素子３１、また逆に被検
査対象の測定信号を保護することも可能になった。さら
にプローブカード１０が故障した場合であっても、従来
のようにまだ使用可能な記憶素子３１も一緒に廃棄する
必要がないので、上記記憶素子３１の再利用を図ること
が可能である。

【００３４】なおこの記憶素子は３１は上記領域３２の
上に適当な絶縁材３４を介して載置固定されている。こ
のように絶縁材３４を介することにより、プローブカー
ドの針先が被測定基板と接することにより生じる応力
で、プローブカードが変形することを少なくするため
に、剛性を持たせた金属材料、例えばアルミニウムやＳ
ＵＳのような導電性材料から構成されるプローブカード
保持具３０から上記記憶素子３１を電気的に絶縁し保護
することが可能である。

【００３５】また上記記憶素子３１は、図６に示すよう
に、例えば２つの素子３１Ａおよび３１Ｂから構成する
ことが可能であり、好ましくは、収納するデータ量に応
じた複数のＥＥＰＲＯＭ（ELECTRICALLY ERASABLE PROG
RAMMABLE READ ONLY MEMORY）が、記憶データの書き込
みおよび読み出しが可能な素子として使用される。一方
のＲＯＭ３１Ａには検査の前に設定したそのプローブカ
ード保持具３０に固定されたプローブカード１０に関す
る各種情報が、また他方のＲＯＭ３１Ｂには検査の度に
書き換えられるそのプローブカード１０に関する各種情
報がそれぞれ格納される。

【００３６】これらの情報としては、載置台１０３のＺ
方向の移動を制御するためのＺ方向移動データの他、例
えば、コンタクト回数（トータルおよびトリップ）、針
の相対位置、プローブカードのシリアル番号、プローブ
カードの種類、ピン数、マルチ数、マルチロケーショ
ン、針研実行タイミングおよびそのコンタクト回数、オ
ーバードライブ許容値、コンタクト後のスライド実施、
針研実施、プローブカード不良品の場合のアラームおよ
びリジェクトの実施などである。

【００３７】さらに上記記憶素子３１の上面には後述す
るポゴコンタクト用のランド３３がが適当な数配置され
ており、後述するような各ランド３３に対応するポゴピ
ンを備えたターミナルを押圧しポゴコンタクトを得るこ
とにより電気的に接触し、制御器９０との間でデータの
送受信を実施するように構成されている。

【００３８】また、図７のブロック図に示すように、上
記記憶素子３１、例えばＥＥＰＲＯＭ（ELECTRICALLY E
RASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY）と上記制御
器９０との間に、信号および＋５Ｖの電源ライン９２を
オン／オフ制御するためのリレー手段９３を介装するこ
とも可能である。かかる構成によれば、ＥＥＰＲＯＭに
アクセスがない場合には、上記リレー９３をオフに設定
し、プローブカードの信号がノイズを拾わないように構
成することができる。なお、リレー手段９３としては、
機械的リレー手段の他、トランジスタ等から構成される
リレー回路を採用することも可能である。

【００３９】次にプローブカード保持具３０の構造につ
いて説明する。図５に示すように、本発明に基づくプロ
ーブカード保持具３０は、プローブカード１０の周囲領
域、好ましくはポゴコンタクト用のランド２０が配置さ
れ、検査時に後述するポゴピンリング５０による負荷が
加わる領域、すなわちパッド領域（Ｃ）を裏面から上方
に支承する領域３５を備えている。プローブカード１０
はこの領域３５に図示しない適当な固定部材、例えばネ
ジなどを用いて固定することが可能である。

【００４０】この領域の外周には上述の記憶素子３１を
載置するための領域３２が設けられている。この領域３
５と領域３２の平面性は、プローブカード１０と記憶素
子３１をそれぞれ載置固定した場合に、プローブカード
１０上のポゴコンタクト用ランド２０の上面の水準線
と、記憶素子３１上のポゴコンタクト用ランド３３の上
面の水準線とがほぼ同一平面上にくるように調整され
る。このように構成することにより、後述するようにポ
ゴピンリング５０およびターミナル７０を下方に押圧駆
動した場合に、単一の動作により、プローブカード１０
とポゴピンリング５０およびターミナル７０と記憶素子
３１の２つの電気的接触を同時に達成することが可能で
ある。

【００４１】またその際に本発明によれば、ポゴピンリ
ング５０によりプローブカード１０に加えられる応力を
プローブカード保持具３０の領域３５により吸収するこ
とが可能なので、プローブカード１０の応力歪みを減少
することが可能である。この結果、針先端部１３Ｃにお
いて例えば±１０μｍ程度の平行度が要求される場合で
あっても、プローブ針１２の先端部１３Ｃを半導体ウェ
ハ１０２の表面に対して十分な平行度でかつ均一の圧力
で当接することができるので、精度の高いプローブ検査
を実施することができる。

【００４２】さらに図５に示すプローブカード保持具３
０はプローブカード１０の周囲から中央部にかけて下方
に椀状に湾曲する領域３６を有している。この椀状領域
３６はさらに上記ガイド部１３の下部ブロック１３Ｃの
底面と同一平面上に配置されて底部領域３７に連続して
いる。本発明によれば、上記ガイド部１３の中間ブロッ
ク１３Ｂの周囲に張り出し部３８ａが設けられており、
このガイド部の張り出し部３８ａとプローブカード保持
具３０の底部領域３７とを係合させ、ネジなどの固定部
材３９ａにより固定するように構成されている。このよ
うに構成することにより、検査時にポゴピンリング５０
を下方に押圧駆動した際に、プローブカード１０の中央
部に分散された応力を上方に支承することが可能とな
り、上記領域３５と併せてプローブカード１０をポゴピ
ンリング５０による応力に対して支承して、その応力歪
みの発生を防止することが可能である。

【００４３】さらに本発明によれば領域３２の外周領域
に複数のショルダ部３８が設けられている。作動時に
は、このショルダ部３８をプローブ装置１００の所定の
場所に係合させることにより、プローブカード保持具３
０の位置決めが可能となると共に、プローブカード保持
具３０自体をポゴピンリング５０による応力に対してプ
ローブ装置１００に支持固定することが可能である。

【００４４】上記のように構成されたプローブカード１
０およびプローブカード保持具３０は、測定時にはプロ
ーブ装置１００の筐体上面の天板８０上に載置される。
その際に本発明によれば、プローブカード保持具３０の
第１の係合面８１と天板８０の第１の係合面８２とが高
い精度で平滑面に処理されるとともに、プローブカード
保持具３０の第２の係合面８３と上記張り出し部の第２
の係合面８４も高い精度で平滑面に処理される。このよ
うに上記第１の係合面８１、８２および上記第２の係合
面８３、８４において、それぞれ高い精度で平行度を達
成するだけで、プローブ針１２の先端１２Ｂを被処理体
に対して均一な圧力でかつ高い平行度で位置決めするこ
とが可能である。したがって、この他の部位の平滑表面
処理を省略することができるので、装置製造の工数を少
なくすることができる。

【００４５】また最近では、載置台１０３に内蔵されて
いる図示しないヒータにより半導体ウェハ１０２を例え
ば６０℃〜１５０℃前後の温度に加熱し、高温状態で半
導体ウェハ１０２上のＩＣチップの電気的特性を行う方
法が実施されている。また逆に冷却する場合には、前記
載置台に冷却水を循環させて、−１０℃まで半導体ウェ
ハを冷却することができる。かかる測定の場合には、加
熱または冷却されたウェハからの輻射熱や針先からの熱
伝導によってプローブカード１０やプローブカード保持
具３０が熱膨張または熱収縮し、特に伝熱性の高いアル
ミニウムやＳＵＳなどの材料から構成されるプローブカ
ード保持具３０に熱膨張または熱収縮による応力集中が
生じ、プローブカード保持具３０自体が熱変形し、プロ
ーブ針の先端１３Ｃの平行バランスが崩れ、予め常温で
設定したオーバードライブ量が加えることができなくな
り、正確な測定を行うことができなくなるおそれがあ
る。

【００４６】したがって、本発明に基づくプローブカー
ド保持具３０においては、図６に示されるように、上記
底部領域３７および上記椀状領域３６の周方向に孔部ま
たは溝部３９を設けることにより、熱膨張あるいは熱収
縮によって生じる応力集中を孔部または溝部における弾
性変形として吸収することが可能となる。その結果、プ
ローブカード保持具３０の熱変位が減少され、プローブ
カード１０のプローブ針などの接触手段がＺ方向に熱変
位する量を低く抑えることができるので、予め定められ
たオーバードライブ量を維持して、被検査対象に接触さ
せることが可能となるので、正確なプローブ検査を実施
可能である。

【００４７】図６に示す例では、上記プローブカード保
持具３０に孔部または溝部をもうけることにより応力集
中の緩和を図っているが、この他にも、上記プローブカ
ード保持具３０に加わる熱変位を補償するように上記プ
ローブカード保持具３０を熱膨張率の異なる材質を組み
合わせて構成し、応力集中の緩和を図ることも可能であ
る。例えば、プローブカード保持具３０を多層構造とし
て、その上層の周方向に熱膨張率の高い材質を採用する
ことによるバイメタル効果により、熱伝導による応力集
中を補償するようにプローブカード保持具３０を変位さ
せるように構成することも可能である。

【００４８】図５に示す例では、椀状に形成されガイド
部１３の中部ブロック１３Ｂの下方に形成された張り出
し部３８ａに固定されたプローブカード保持具３０の構
造を示したが、本発明に基づくプローブカード保持具３
０の構成は上記例に限定されない。例えば、図８または
図９に示すような構造を採用して、ポゴピンリング５０
により加えられる押圧力を支承することも可能である。
なお、図８または図９に示す実施例において、図５に示
す実施例の構成部材を同様の部材については同一の符号
を付してその説明を省略することにする。

【００４９】図８に示す実施例においては、図５に示す
実施例にプローブカード１０の周囲部分から下方に延び
る領域３６とは異なり、領域３５の終端部分から、すな
わち配線エリア（Ｂ）とパットエリア（Ｃ）との境界領
域付近から下方に湾曲して延びる領域４０を備えてい
る。この領域４０はプローブカード１０のガイド部１３
の上部ブロック１３Ａの下面に対して係合し、ネジなど
の固定部材４１により固定される。この結果、上記プロ
ーブカード１０の中央に分散された押圧力は上部ブロッ
ク１３Ａの下面において領域４０により支承吸収され、
上記プローブカード１０の応力歪みの発生を回避するこ
とができる。

【００５０】図９に示す実施例においては、さらに構成
が単純化され、図５に示すプローブカード保持具３０の
領域３６はパットエリア（Ｃ）を越えて領域４２へとほ
ぼ直線的に連続し、配線エリア（Ｂ）においてもプロー
ブカード１０を支承するように構成されている。さらに
この実施例においては、上記プローブカード１０のガイ
ド部１３の上部ブロック１３Ａの周囲にショルダ部４３
が設けられており、このショルダ部４３にプローブカー
ド保持具３０の領域４４が下方から係合し、ネジなどの
固定部材により４５に固定するように構成される。この
結果、上記プローブカード１０に加わる負荷がプローブ
カード保持具３０全面により支承され、上記プローブカ
ード１０の応力歪みの発生を回避することができる。

【００５１】次に図１０および図１１を参照しながら本
発明に基づいて構成されたプローブカード保持具３０の
作動状態について説明する。まず図１０の分解図に示す
ように、本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具３０の上面の領域３５の上にプローブカード１０が
載置固定される。また同時に領域３２に記憶素子３１が
載置固定される。そして、検査時には上記プローブカー
ド１０に対してポゴピンリング５０が押圧される。

【００５２】図１０および図１１に示すように、このポ
ゴピンリング５０は図示のように、中央に円筒状の空間
が設けられた略円柱形状の部材であり、その下面には、
プローブカード１０のパッドエリア（Ｃ）に適当に配置
されたランド２０に対応するようにポゴピン５１が配置
されている。検査時にはこのポゴピンリング５０が適当
な押圧駆動手段により駆動されて、上記ポゴピン５１が
プローブカード１０のランド２０に対して押圧され電気
的に接触し、プローブ針からの検査データが伝達され
る。またポゴピンリング５０の上面にもポゴピン５２が
配置されており、検査時にはこれらの上面のポゴピン５
２も対応するテスタ６０のランドに押圧され電気的に接
触し、プローブ針からの検査データがさらにテスタに対
して伝送され、そのテスタ６０において被検査対象の良
否が判定される。また同時に、ターミナル７１の下面に
設けられたポゴピン７１も記憶素子の上面に設けられた
ランド３３に押圧接触し、ケーブル７２を介して所定の
データを制御器９０に伝送するように構成されている。

【００５３】さらに制御器９０はＣＰＵ９１に接続され
ており、ＣＰＵ９１は制御器からの信号に基づいて必要
な駆動信号を載置台１０３に送ることにより、各ステー
ジ１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃを最適に駆動制御
することが可能である。

【００５４】また図１１に示すようにポゴピンリング５
０とターミナル７０とは面７３において相互に係合して
おり、さらにプローブカード１０のランド２０および記
憶素子３１のランド３３が略同一面にくるように調整さ
れているので、単一の動作でプローブカード１０のラン
ド２０および記憶素子３１のランド３３の双方に対して
それぞれのポゴピン５１および７１を押圧接触させるこ
とが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明に基づくプローブ
装置によれば、被検査対象を高温または低温状態で検査
する高温または低温測定を実施する場合や、外部から応
力負荷が加わった場合であっても、プローブカード保持
具自体の熱変形や応力集中を少なくする構造を持たせた
ので、プローブ針先と検査対象との接触を最適な押圧力
で維持して精密な測定を実施することが可能である。

【００５６】さらにまた本発明によれば、測定時にポゴ
リングによりプローブカードに対して押圧力を付加した
場合であっても、プローブカードの針先の強度に補強が
施してあるので、その応力を吸収することができ、プロ
ーブカードの歪みを回避することが可能である。その結
果、プローブ針の先端部の平行度および圧力を均一に保
持することができるので、精度の高いプローブ検査を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくプローブカード保持具を実装し
たプローブ装置の全体の構成を示す概略図である。

【図２】プローブカードの構成を示す縦断面図である。

【図３】プローブカードのプローブ針の作動を示す拡大
断面図である。

【図４】プローブカードの構成を示す平面図である。

【図５】本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具の縦断面図である。

【図６】本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具の平面図である。

【図７】本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具のＥＥＰＲＯＭとプローブ装置との接続状態を示す
ブロック図である。

【図８】本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具の別の実施例の縦断面図である。

【図９】本発明に基づいて構成されたプローブカード保
持具のさらに別の実施例の縦断面図である。

【図１０】本発明に基づいて構成されたプローブカード
保持具、プローブカードおよびポゴピンリングの分解図
である。

【図１１】本発明に基づいて構成されたプローブカード
保持具をプローブ装置に実装した様子を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１０プローブカード１１基板１２プローブ針１３ガイド部１４針固定用樹脂１５針固定板１７上部案内板１８下部案内板２０ポゴコンタクト用ランド３０プローブカード保持具３１記憶素子３２第３の部分３３記憶素子のランド３４絶縁材３５第１の部分３７第２の部分３９孔部又は溝部５０ポゴピンリング６０テスタ１００プローブ装置１０２半導体ウェハ１０３載置台Ａ針立てエリアＢ配線エリアＣパッドエリア

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査対象に電気的に接触してその電気
的特性を測定するプローブ針とそのプローブ針を前記被
検査対象に対して案内するための案内手段とを備えたプ
ローブカードと，そのプローブカードをプローブ装置の
所定の測定位置に保持固定するためのプローブカード保
持具と，を備えたプローブ装置において，測定時に前記プローブカード保持具に加わる応力集中を
緩和するように前記プローブカード保持具の周方向に沿
って孔部を備えたことを特徴とする，プローブ装置。
【請求項２】被検査対象に電気的に接触してその電気
的特性を測定するプローブ針とそのプローブ針を前記被
検査対象に対して案内するための案内手段とを備えたプ
ローブカードと，そのプローブカードをプローブ装置の
所定の測定位置に保持固定するためのプローブカード保
持具と，を備えたプローブ装置において，測定時に前記プローブカード保持具に加わる応力集中を
緩和するように前記プローブカード保持具の周方向に沿
って溝部を備えたことを特徴とする，プローブ装置。
【請求項３】被検査対象に電気的に接触してその電気
的特性を測定するプローブ針とそのプローブ針を前記被
検査対象に対して案内するための案内手段とを備えたプ
ローブカードと，そのプローブカードをプローブ装置の
所定の測定位置に保持固定するためのプローブカード保
持具と，を備えたプローブ装置において，測定時に前記プローブカード保持具に加わる熱変位を補
償するように前記プローブカード保持具を熱膨張率の異
なる材質を組み合わせて構成したことを特徴とする，プ
ローブ装置。
【請求項４】被検査対象の電気的特性測定用プローブ
針を前記被検査対象に対して案内するための案内手段を
備えたプローブカードをプローブ装置の所定の測定位置
に保持固定するためのプローブカード保持具を備え，前記プローブカード保持具は，前記プローブカードの裏
面周辺部において前記プローブカードを上方に支承する
ための第１の部分と，前記プローブカードの前記案内手
段周辺部に備えられた係合部において前記案内手段に係
合し前記プローブカードを上方に支承するための第２の
部分と，前記プローブ装置の天板に前記プローブカード
保持具を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに，前記天板と前記プローブカード保持具との第１
の係合面の平行度，および前記案内手段と前記プローブ
カード保持具との第２の係合面の平行度を調整すること
により，前記プローブ針先端の前記被検査対象に対する
平行度を調整するように構成されたプローブ装置におい
て，測定時に前記プローブカード保持具に加わる応力集中を
緩和するように前記プローブカード保持具の周方向に沿
って孔部を備えたことを特徴とする，プローブ装置。
【請求項５】被検査対象の電気的特性測定用プローブ
針を前記被検査対象に対して案内するための案内手段を
備えたプローブカードをプローブ装置の所定の測定位置
に保持固定するためのプローブカード保持具を備え，前記プローブカード保持具は，前記プローブカードの裏
面周辺部において前記プローブカードを上方に支承する
ための第１の部分と，前記プローブカードの前記案内手
段周辺部に備えられた係合部において前記案内手段に係
合し前記プローブカードを上方に支承するための第２の
部分と，前記プローブ装置の天板に前記プローブカード
保持具を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに，前記天板と前記プローブカード保持具との第１
の係合面の平行度，および前記案内手段と前記プローブ
カード保持具との第２の係合面の平行度を調整すること
により，前記プローブ針先端の前記被検査対象に対する
平行度を調整するように構成されたプローブ装置におい
て，測定時に前記プローブカード保持具に加わる応力集中を
緩和するように前記プローブカード保持具の周方向に沿
って溝部を備えたことを特徴とする，プローブ装置。
【請求項６】被検査対象の電気的特性測定用プローブ
針を前記被検査対象に対して案内するための案内手段を
備えたプローブカードをプローブ装置の所定の測定位置
に保持固定するためのプローブカード保持具を備え，前記プローブカード保持具は，前記プローブカードの裏
面周辺部において前記プローブカードを上方に支承する
ための第１の部分と，前記プローブカードの前記案内手
段周辺部に備えられた係合部において前記案内手段に係
合し前記プローブカードを上方に支承するための第２の
部分と，前記プローブ装置の天板に前記プローブカード
保持具を取り付け可能な張り出し部とを備え，さらに，前記天板と前記プローブカード保持具との第１
の係合面の平行度，および前記案内手段と前記プローブ
カード保持具との第２の係合面の平行度を調整すること
により，前記プローブ針先端の前記被検査対象に対する
平行度を調整するように構成されたプローブ装置におい
て，測定時に前記プローブカード保持具に加わる熱変位を補
償するように前記プローブカード保持具を熱膨張率の異
なる材質を組み合わせて構成したことを特徴とする，プ
ローブ装置。