JP3172760B2 - バキュームコンタクタ - Google Patents

バキュームコンタクタ

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JP3172760B2
JP3172760B2 JP10088197A JP10088197A JP3172760B2 JP 3172760 B2 JP3172760 B2 JP 3172760B2 JP 10088197 A JP10088197 A JP 10088197A JP 10088197 A JP10088197 A JP 10088197A JP 3172760 B2 JP3172760 B2 JP 3172760B2
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  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ（以
下、単に「半導体ウエハ」と称す。）に形成された半導
体素子の検査を行う際に使用されるバキュームコンタク
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程ではウエハ上に形成され
た多数の半導体素子（以下、「チップ」と称す。）をウ
エハ状態のまま検査する工程がある。この検査工程には
ウエハ上のチップを１個ずつまたは複数個ずつ検査する
検査装置として例えばプローブ装置が広く用いられてい
る。このプローブ装置は、一般に、ウエハを１枚ずつ搬
送するウエハ搬送機構と、このウエハ搬送機構で搬送す
る間に例えばオリエンテーションフラットを基準にして
ウエハのプリアライメントを行うサブチャックと、この
サブチャック上でプリアライメントされたウエハを搬送
機構を介して受け取るＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能
なメインチャックと、このメインチャック上方に配置さ
れたプローブカードと、このプローブカードとテスタと
の電気的接続を図る接続リング、パフォーマンスボード
及びテストヘッドと備えて構成されている。
【０００３】そして、ウエハの電気的特性検査を行う場
合に、ウエハを載せたメインチャックをＸ、Ｙ、Ｚ及び
θ方向に移動させてウエハの検査用電極パッド（以下、
単に「電極パッド」と称す。）とプローブカードの接触
子（例えば、プローブピン）との位置合わせを行った
後、メインチャックをＺ方向にオーバドライブさせてウ
エハの電極とプローブピンとを電気的に接触させてウエ
ハの電気的特性検査を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
チップの高集積化が急激に進みむに連れて電極パッド数
が増加し、電極パッドに接触させるプローブピンが２０
００本程度にも達することがある。一方、検査時に電極
パッドとプローブピンとの導通を図るためにプローブピ
ン１本当たり例えば５ｇの圧力が掛かるが、上述のよう
にプローブピンの本数が２０００本にも達すると、１０
Ｋｇ程度の荷重が掛かり、この荷重がメインチャックの
偏荷重となってメインチャックが僅かではあるが傾く。
すると、電極パッドの微細化と相俟ってプローブピンの
中には電極パッドから位置ずれなどを起こして検査精度
が低下する虞がある。従って、メインチャックをＺ方向
にオーバドライブさせてプローブピンと電極パッドとを
圧接させる従来のコンタクタ方式の場合には、メインチ
ャックに対して偏荷重対策が必要になり、偏荷重対策と
してメインチャックの剛性を高める等の対策を講じると
メインチャック等が益々重量化すると共に高コスト化す
るという課題があった。しかし、従来から偏荷重自体を
なくすことは不可能であった。
【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、載置台に偏荷重を掛けることなく、半導体
ウエハの検査用電極と接触端子とを正確に接触させて各
半導体素子の電気的検査を高精度に行うことができるバ
キュームコンタクタを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のバキュームコンタクタは、半導体ウエハの少なくとも
１個分の半導体素子の検査用電極と接触可能な複数の突
起端子を下面に有するコンタクタ本体と、このコンタク
タ本体が貫通して一体化し且つこのコンタクタ本体の突
出部を包含する空間を形成するチャンバーとを備え、こ
のチャンバー周壁の下面に上記半導体ウエハと接触して
上記空間の気密を保持するシール部材を設けると共に上
記チャンバーに排気手段を連結してなり、検査時には上
記排気手段によって上記チャンバーと上記半導体ウエハ
によって形成された気密空間の気体を排気して上記半導
体ウエハを真空吸着すると共に上記検査用電極とこれに
対応する突出端子とを接触させることを特徴とするもの
である。
【０００７】また、本発明の請求項２に記載のバキュー
ムコンタクタは、請求項１に記載の発明において、上記
コンタクタ本体を可撓性プリント基板を介してパフォー
マンスボードに対して電気的に接続すると共に、上記チ
ャンバーを板バネを介して上記パフォーマンスボードに
連結したことを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明の請求項３に記載のバキュー
ムコンタクタは、請求項１または請求項２に記載の発明
において、上記コンタクタ本体をセラミックによって形
成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。本実施形態のバキューム
コンタクタ（以下、単に「コンタクタ」と称す。）１
は、図１、図２に示すように、コンタクタ本体２と、こ
のコンタクタ本体２と一体化したチャンバー３とを主体
に構成され、後述するプローブ装置に適用されるもので
ある。コンタクタ本体２はウエハＷの熱膨張率とほぼ同
一かこれに近い熱膨張率のセラミック例えばシリコンに
よって矩形状に形成され、高い剛性を有している。この
コンタクタ本体２は例えば一辺が２０ｍｍの大きさに形
成されている。このコンタクタ本体２の下面には例えば
ウエハＷの１個分または複数個分のチップの電極パッド
（図示せず）に対応する突出端子２Ａが全面に点在して
形成されている。また、コンタクタ本体２の上面には各
突出端子２Ａに対応する接続端子（図示せず１）が例え
ば四辺に沿って複数列に配列して形成されている。そし
て、下面の各突出端子と上面の接続端子は互いにコンタ
クタ本体２内に複数層に渡って形成された配線層（図示
せず）を介して接続されている。
【００１０】上記コンタクタ本体２は例えば４枚の可撓
性プリント配線基板４を介してパフォーマンスボード５
と接続されている。この可撓性プリント配線基板４はほ
ぼ扇形に形成され、その一端がコンタクタ本体２上面に
配列された接続端子に接続され、その他端がパフォーマ
ンスボード５下面の円弧状に配列された接続端子に接続
されている。そして、４枚の可撓性プリント配線基板４
はそれぞれコンタクタ本体２の四辺から放射状に配置さ
れている。
【００１１】また、上記チャンバー３は図１、図２に示
すように例えば耐食性に優れたステンレス等の金属によ
って下面に凹陥部３Ａを有する偏平なキャップ状に形成
されている。このチャンバー３は例えば外径が５０ｍｍ
程度の大きさに形成されている。この凹陥部３Ａの周壁
３Ｂの下面には例えばシリコンゴム等からなるＯリング
６が装着され、このＯリング６を介してチャンバー３が
ウエハＷと接触するようにしてある。そして、チャンバ
ー３の中央部には孔が形成され、この孔をコンタクタ本
体２が貫通し、上述のようにチャンバー３と一体化して
いる。コンタクタ本体２の各突出端子２Ａはチャンバー
３内の空間に包含され、その下端がＯリング６の下端よ
りも内側に後退した位置に設定されている。従って、チ
ャンバー３がＯリング６を介してウエハＷに単に接触し
ただけでは各突出端子２ＡがウエハＷと接触しないよう
にしてある。また、チャンバー３には壁面内を通る排気
通路３Ｃが形成され、この排気通路３Ｃの一端は凹陥部
３Ａ内面で開口し、他端は周壁３Ｂの外周面に開口して
いる。排気通路３Ｃの外周面開口には連結部材７Ａを介
して排気管７が連結され、図示しない排気装置によりチ
ャンバー３内の気体を排気するようにしてある。この排
気装置はコントローラの制御下でウエハＷの検査を行う
時のみ駆動し、ウエハＷをチャンバー３で吸着するよう
にしてある。
【００１２】更に、上記チャンバー３は例えば４枚の金
属製の板バネ８を介してパフォーマンスボード５に連結
されている。この板バネ８はほぼ矩形状に形成され、そ
の一端がチャンバー３上面に溶着され、その他端がパフ
ォーマンスボード５下面に固定されたリング部材９に溶
着されている。そして、４枚の板バネ８はそれぞれチャ
ンバー３から四方に放射状に配置されている。従って、
チャンバー３は、自由状態で板バネ８を介してパフォー
マンスボード５によって吊持され、可撓性プリント配線
基板４に対して無理な張力を付与しないようにしてあ
る。そして、検査時にメインチャック５が板バネ８のバ
ネ力に抗してチャンバー３を持ち上げると、Ｏリング６
を介してチャンバー３がウエハＷと密着し、チャンバー
３とウエハＷとで気密空間を形成するようにしてある。
【００１３】次に、本実施形態のコンタクタ１を適用し
たプローブ装置の一例について図５を参照しながら説明
する。このプローブ装置１０は、同図に示すように、カ
セットＣ内のウエハＷを搬送するローダ部１１と、この
ローダ部１１内に配設された搬送機構（図示せず）を介
して搬送されたウエハＷを検査するプローバ部１２と、
このプローバ部１２及びローダ部１１を制御するコント
ローラ１３と、このコントローラ１３を操作する操作パ
ネルを兼ねる表示装置１４とを備えて構成されている。
【００１４】また、上記ローダ部１１にはサブチャック
（図示せず）が配設され、このサブチャックを介してオ
リエンテーションフラットを基準にしたウエハＷのプリ
アライメントを行い、搬送機構を介してプリアライメン
ト後のウエハＷをプローバ部１２へ搬送するようにして
ある。
【００１５】また、プローバ部１２には、ウエハＷを載
置するＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能なメインチャッ
ク１５と、このメインチャック１５上に載置されたウエ
ハＷを検査位置に正確にアライメントするアライメント
ブリッジ１６Ａ等を有するアライメント機構１６と、ア
ライメント機構１６によりアライメントされたウエハＷ
の電気的検査を行うためのコンタクタ１及びパフォーマ
ンスボード５とが配設されている。また、コンタクタ１
及びパフォーマンスボード５はヘッドプレート１７の中
央孔に配置されている。そして、コンタクタ１の排気管
７は、例えばヘッドプレート１７の下面及びプローバ部
１２の側面に沿って設けられ、プローバ部１２の下側に
配置された排気装置に接続されている。また、プローバ
部１２にはテストヘッド１８が旋回可能に配設され、プ
ローバ部１２上に旋回したテストヘッド１８がパフォー
マンスボード５を介してコンタクタ１と電気的に接触
し、テスタからの測定信号をパフォーマンスボード５、
コンタクタ１を介してメインチャック１５上のウエハＷ
に送信し、測定結果に基づく信号を逆経路でテスタが受
信することでウエハＷの各チップを１個ずつあるいは複
数個ずつ順次検査するようにしてある。
【００１６】また、上記プローブ装置１０は−５５℃〜
１５０℃の範囲でウエハＷの電気的検査を行えるように
してある。即ち、上記メインチャック１５内には図４で
要部のみを示すように冷媒が通る冷媒通路１５Ａが形成
され、この通路１５Ａには冷却機構１９が接続されてい
る。この冷却機構１９は、冷媒として例えばエチレング
リコール溶液を所定の低温に冷却する熱交換器１９Ａ
と、この熱交換器１９Ａとメインチャック１５内の冷媒
通路１５Ａを接続する冷媒配管１９Ｂとを備え、通路１
５Ａ、冷媒配管１９Ｂによってエチレングリコール溶液
の循環路が形成されている。そして、冷媒配管１９Ｂに
はポンプ１９Ｃ及び電磁バルブ１９Ｄが配設され、ウエ
ハＷの検査中は、コントローラ１３の制御下でポンプ１
９Ｃが駆動すると共に電磁バルブ１９Ｄが開き、エチレ
ングリコール溶液を通路１５Ａに循環させてウエハＷを
所定の低温まで冷却するようにしてある。更に、図示し
てないがメインチャック１５には例えば面ヒータが設け
られ、コントローラ１３の制御下で面ヒータによってウ
エハＷを所定の高温に加熱するようにしてある。尚、メ
インチャック１５の表面には同心円状の複数の溝が形成
され、各溝内には真空吸着用の孔がそれぞれ複数箇所に
形成され、これらの孔を介してウエハＷを真空吸着して
ウエハＷをメインチャック１５上に固定するようにして
ある。
【００１７】次に、動作について説明する。ウエハＷの
低温検査を行う場合について説明する。図３において、
プローブ装置１０はコントローラ１３の制御下で以下の
ように駆動する。即ち、ローダ部１１内で搬送機構が駆
動し、カセットＣ内からウエハＷを１枚取り出し、サブ
チャック上に載置する。ここでウエハＷのプリアライメ
ントを行った後、再び搬送機構が駆動し、サブチャック
上のウエハＷを受け取ってプローバ部１２のメインチャ
ック１５上へ移載する。
【００１８】プローバ部１２ではメインチャック１５上
でウエハＷを真空吸着し、ウエハＷをメインチャック１
５上に固定する。その後、メインチャック１５がＸ、Ｙ
方向に移動すると共にアライメント機構１６の作用下で
ウエハＷの電極パッドとコンタクタ１の突出端子２Ａと
のアライメントを行う。引き続きメインチャック１５が
上昇し、メインチャック１５上のウエハＷがコンタクタ
１の板バネ８のバネ力に抗してＯリング６と接触した時
点でメインチャック１５が停止する。
【００１９】この時、ウエハＷは板バネ８のバネ力でメ
インチャック１５上に押し付けられた状態にあり、図４
に示すようにチャンバー３がウエハＷと接触し、Ｏリン
グ６を介してチャンバー３とウエハＷの間に気密空間を
作る。しかし、この時にはコンタクタ１の突出端子２Ａ
とウエハＷの電極パッドは離隔した状態にある。次い
で、コントローラ１３の制御下で電磁バルブ１９Ｄが開
くと共にポンプ１９Ｃが駆動すると熱交換器１９Ａによ
り冷却されたエチレングリコール溶液が冷媒配管１９Ｂ
を経由してメインチャック１５内の冷媒通路１５Ａを循
環し、ウエハＷを裏面から冷却する。この動作と同期し
て排気装置が駆動し、排気管７を介してチャンバー３の
気密空間から空気を排気し、メインチャック１５上のウ
エハＷをチャンバー３側に真空吸着すると、Ｏリング６
が圧縮変形し、コンタクタ１の各突出端子２Ａがウエハ
Ｗの電極パッドと徐々に接触し、導通可能な状態にな
る。この時、チャンバー３側にウエハＷを持ち上げよう
とするが、板バネ８によってチャンバー３をメインチャ
ック１５上に押し付けているため、ウエハＷがメインチ
ャック１５から離れることはないが、ウエハＷとメイン
チャック１５間の接触圧が低減し、メインチャック１５
の荷重による傾きが軽減し、突出端子２Ａに対する電極
パッドの位置精度が高精度に維持される。
【００２０】その後、テスタから測定用信号を送信する
と、パフォーマンスボード５及びコンタクタ１を介して
ウエハＷの各電極パッドにおいてその信号を受信し、１
個または複数個のチップの電気的検査を行い、検査結果
に基づいて信号をテスタへ送信し、チップの検査結果を
得る。測定信号を送信している間にチップは発熱する
が、エチレングリコール溶液によってウエハＷを冷却し
ているため、所定の低温下でチップの検査を行うことが
できる。検査終了後には、電磁バルブ１９Ｄにより冷媒
配管１９Ｂを閉じると共に排気装置を停止させ、チャン
バー３内の気密空間を常圧に戻した後、メインチャック
１５が下降すると、ウエハＷがコンタクタ１から離れ
る。引き続き、メインチャック１５をインデックス送り
して次の検査を行う。全チップの検査が終了すれば、メ
インチャック１５がローダ部１１側へ移動し、搬入時と
は逆の経路を辿ってウエハＷをカセットＣ内へ戻し、次
のウエハＷの検査を行う。
【００２１】以上説明したように本実施形態によれば、
検査時には排気装置によってチャンバー３とウエハＷに
よって形成された気密空間の空気を排気してウエハＷを
真空吸着すると共にウエハＷの電極パッドとこれに対応
するコンタクタ１の突出端子２Ａとを接触させるように
したため、検査時にメインチャック１５を従来のように
オーバードライブさせてメインチャック１５をコンタク
タ１に強く押し付けて偏荷重を掛けなくてもコンタクタ
１の各突出端子２ＡとウエハＷの各電極パッドとが均一
に接触してウエハＷの電気的検査を高精度に行うことが
できる。従って、今後、ウエハＷが高集積化してもメイ
ンチャック１５の偏荷重対策が不要でコスト高を抑制す
ることができ、しかも安定した検査を正確に行うことが
できる。
【００２２】また、チャンバー３にウエハＷが真空吸着
されてもウエハＷはＯリング６の圧縮変形分しかチャン
バー３側へ移動しないため、突出端子２Ａに過剰な針圧
が掛かる虞がなく、突出端子２Ａの損傷を防止すること
ができ、突出端子２Ａの物理的安定性及び耐用年数が高
くなる。また、突出端子２Ａはコンタクタ本体２の下面
全面に配列されているため、各突出端子２Ａはチップの
内部に配列された電極パッドに対しても均一な針圧で接
触し、高精度な電気的検査を行うことができる。また、
コンタクタ本体２がウエハＷと同一かあるいは近似した
熱膨張率の材料（シリコン）によって形成されているた
め、検査時にウエハＷを冷却あるいは加熱してもウエハ
Ｗに接触したコンタクタ本体２も同程度に冷却あるいは
加熱されてウエハＷの熱収縮あるいは熱膨張に追随し、
各突出端子２Ａがそれぞれの対応電極パッドと正確に接
触し、高精度な電気的検査を行うことができる。
【００２３】また、図５は本発明の他の実施形態のコン
タクタ１を適用したプローブ装置１０の要部を示す図で
ある。このプローブ装置１０は、コンタクタ１及びメイ
ンチャック１５の冷却機構が異なる以外は上記実施形態
のプローブ装置１０と同様に構成されている。このプロ
ーブ装置１０に用いられた冷却機構２０は、冷媒供給源
２０Ａ、熱交換器２０Ｂ、メインチャック１５内の冷媒
通路１５Ａ、ポンプ２０Ｃ及び温度コントローラ２０Ｄ
を備えている。そして、熱交換器２０Ｂと冷媒通路１５
Ａ間、冷媒通路１５Ａとポンプ２０Ｃ間、ポンプ２０Ｃ
と熱交換器２０Ｂ間はいずれも配管２０Ｅによって連結
されて冷媒の循環路が形成されている。また、本実施形
態のコンタクタ１にはウエハＷの各チップに形成された
温度センサと接触する突出端子２Ａが形成され、この突
出端子２Ａには配線２０Ｆを介して温度コントローラ２
０Ｄが接続されている。従って、検査時にコンタクタ１
の突出端子２Ａがチップの温度センサに接触し、検出信
号を配線２０Ｆを介して温度コントローラ２０Ｄにフィ
ードバックし、この検出信号に基づいて循環路における
冷媒の循環量を制御して検査時の温度を所定の低温に維
持することができる。また、メインチャック１５上面に
は例えば合成樹脂製の熱伝導シート（例えば、サーコン
〔製品名：富士高分子工業社製〕）２１が敷設され、こ
の熱伝導シート２１によって熱伝達効率を高め、冷却機
構２０の冷却能力を高めるようにしてある。
【００２４】本実施形態の場合には、チップ温度を温度
センサを介して速やかに検出し、この検出信号に基づい
てウエハＷを制御するようにしてあるため、チップ温度
を正確に制御することができる。その他、上記実施形態
の場合と同様の作用効果を期することができる。
【００２５】尚、本発明は、上記各実施形態に何等制限
されるものではなく、ウエハＷの電極パッドと突出端子
とを真空吸着により接触させる方式であれば良く、コン
タクタの構成要素は必要に応じて適宜設計変更すること
ができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項３に記載の発
明によれば、載置台に偏荷重を掛けることなく、半導体
ウエハの検査用電極と突出端子とを正確に接触させて各
半導体素子の電気的検査を高精度に行うことができるバ
キュームコンタクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンタクタの一実施形態を示す平面図
である。
【図２】図１に示すコンタクタの断面図である。
【図３】図１に示すコンタクタを適用したプローブ装置
の一例を示す要部断面図である。
【図４】図３に示すプローブ装置を用いてウエハを検査
する時の状態を示す要部断面図断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態のコンタクタを用いてウ
エハを検査する時の状態を示す図４に相当する断面図で
ある。
【符号の説明】
１ バキュームコンタクタ ２ コンタクタ本体 ２Ａ 突出端子 ３ チャンバー ３Ｃ 排気通路（排気手段） ４ 可撓性プリント配線基板 ５ パフォーマンスボード ６ Ｏリング（シール部材） ７ 排気管（排気手段） ８ 板バネ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/28 H01L 21/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウエハの少なくとも１個分の半導
    体素子の検査用電極と接触可能な複数の突起端子を下面
    に有するコンタクタ本体と、このコンタクタ本体が貫通
    して一体化し且つこのコンタクタ本体の突出部を包含す
    る空間を形成するチャンバーとを備え、このチャンバー
    周壁の下面に上記半導体ウエハと接触して上記空間の気
    密を保持するシール部材を設けると共に上記チャンバー
    に排気手段を連結してなり、検査時には上記排気手段に
    よって上記チャンバーと上記半導体ウエハによって形成
    された気密空間の気体を排気して上記半導体ウエハを真
    空吸着すると共に上記検査用電極とこれに対応する突出
    端子とを接触させることを特徴とするバキュームコンタ
    クタ。
  2. 【請求項２】 上記コンタクタ本体を可撓性プリント基
    板を介してパフォーマンスボードに対して電気的に接続
    すると共に、上記チャンバーを板バネを介して上記パフ
    ォーマンスボードに連結したことを特徴とする請求項１
    に記載のバキュームコンタクタ。
  3. 【請求項３】 上記コンタクタ本体を半導体ウエハの熱
    膨張率と近似した熱膨張率を有する材料によって形成し
    たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバ
    キュームコンタクタ。
JP10088197A 1997-03-07 1997-03-07 バキュームコンタクタ Expired - Fee Related JP3172760B2 (ja)

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