JPH0794560A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被検査体の接触パッドに多少の凹凸が存在して
も、両者がフィットして接触パッドと接触子とが確実に
接触して電気的に導通状態となるため、精度の高い測定
を行うことができるプローブ装置を提供することにあ
る。 【構成】半導体ウエハ１２を載置する載置台１３を有し
た装置本体１０に半導体ウエハ１２に対向するプリント
基板４２を設け、このプリント基板４２の配線層に両端
部が電気的に接続され、中間部に半導体ウエハ１２の電
極パッドに接触する接触子５３を配置した接触子配置領
域５２を備えた可撓性を有するプローブカード２１を設
ける。このプローブカード２１の接触子配置領域５２の
裏面側に、半導体ウエハ１２の接触パッドと接触子５３
とが接触したとき、その接触部に接触圧を付与するため
の膨張・収縮自在な流体チャンバ５４を設け、半導体ウ
エハ１２の接触パッドと接触子５３とが接触したとき、
その接触部に接触圧を付与するようにしたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイスのよ
うな被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体デバイスは、半導体
ウエ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エハは切断される。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、半導体ウエハの状態で行い、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】前記プローブ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ方向
に移動可能に構成された被検査体載置台としての載置台
を備えており、この載置台上には、被検査体としての半
導体ウエハ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固定される。そして、載置台上
に半導体ウエハを設置し、載置台を駆動して半導体ウエ
ハの電極パッド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構成されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、半導
体デバイスが益々微細化し、回路の集積度が高くなって
きており、電極パッドのサイズが微細化し、その間隔も
極狭くなってきている。例えば、半導体デバイスの各電
極パッドは、一辺が６０μｍ〜１００μｍ角であり、各
電極パッド列の相互間ピッチ距離は１００μｍ〜２００
μｍである。したがって、前述のように、プローブカー
ドの限られたスペースに、例えば数百本と多数本のプロ
ーブ針を配置することが技術的に困難で、限界に近付き
つつある。

【０００５】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、半導体デバイスの微
細化に伴って電極パッドのサイズが微細化し、その間隔
も高密度化されてきていても、その電極パッドに対応し
てプローブカードに接触子を配置することができ、電極
パッドに対して接触子を確実に位置決めして接触させる
ことができ、半導体デバイスの電気的特性の測定が高精
度に行うことができるプローブ装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、被検査体を載置する載置台
を有した装置本体と、この装置本体に設けられ前記載置
台に載置された被検査体に対向するプリント基板と、こ
のプリント基板の配線層に両端部が電気的に接続され、
中間部に前記被検査体の電極パッドに接触する接触子を
配置した接触子配置領域を備えた可撓性を有するプロー
ブカードと、このプローブカードの接触子配置領域の裏
面側に設けられると共に流体供給源に接続され、前記被
検査体の接触パッドと接触子とが接触したとき、その接
触部に接触圧を付与するための膨張・収縮自在な流体チ
ャンバと、この流体チャンバの圧力を検出し流体供給量
を制御して流体チャンバの内圧を制御する制御装置とを
具備したことにある。

【０００７】

【作用】プローブカードの接触子配置領域の裏面側に流
体チャンバを設け、この流体チャンバの内圧を制御する
ことにより、被検査体の接触パッドと接触子とが接触し
たとき、その接触部に弾性的に接触圧を付与することが
でき、被検査体の接触パッドに多少の凹凸が存在して
も、両者がフィットして接触パッドと接触子とが接触し
て電気的に導通状態となる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１および図２はプローブカードの取付け構
造を示す縦断正面図、図３はプローブ装置全体の構成
図、図４は載置台の斜視図である。

【０００９】図３において、符号１０はプローブ装置本
体を示し、ほぼ中央にはメインステージ１１が設けられ
ている。このメインステージ１１には、被検査体として
の半導体ウエハ１２の、後述する載置台１３が取り付け
られている。このメインステージ１１は水平面内におい
てＸ方向ならびにＹ方向に載置台１３と共に移動可能に
なっている。この載置台１３の上方には後述するプロー
ブ機構１４が設けられている。図示していないが、装置
本体１０の中央手前側にはアラインメントユニットが設
けられている。このユニットには、アラインメント用の
画像認識装置としてのカメラが設けられている。アライ
ンメントのために、載置台１３はこのカメラの下方にま
で移動される。

【００１０】装置本体１０の右側にはオートローダ１５
が、また左側にはプローブカード交換機１６が夫々設け
られている。オートローダ１５には多数の半導体ウエハ
１２を互いに垂直方向に所定間隔を有して収容したウエ
ハカセット１７がカセット載置台１８上に交換可能に配
置されている。このウエハカセット１７と前記載置台１
３との間には水平面内で移動可能なローダステージ１９
と、図示しないＹ方向駆動機構とＺ方向昇降機構とによ
り駆動可能なウエハハンドリングアーム２０とが設けら
れている。半導体ウエハ１２をプローブ検査するときに
は、ウエハはローダステージ１９により載置台１３近く
に搬送され、ハンドリングアーム２０により載置台１３
上に移される。検査後は、ウエハはハンドリングアーム
２０によりローダステージ１９上に移され、ローダステ
ージ１９によりウエハカセット１７に搬送される。

【００１１】プローブカード交換機１６には後述する複
数種類のプローブカード２１がカードホルダ２２に対し
て支持され、垂直方向に所定間隔を有して複数個収容さ
れている。

【００１２】前記載置台１３を、図４を参照してさらに
詳しく説明する。この載置台１３は、Ｘ方向に延在され
る２本のレールに沿ってＸ方向に移動可能なＸステージ
３１ａと、このＸステージ３１ａ上をＹ方向に延在され
る２本のレールに沿ってＹ方向に移動可能なＹステージ
３１ｂとを備えている。このＸ，Ｙステージ３１ａ，３
１ｂは、パルスモータなどを含む慣用の駆動機構によっ
て水平面内をＸ方向とＹ方向とに駆動される。Ｙステー
ジ３１ｂ上に搭載されたチャック３２は、慣用の昇降機
構によって上下方向（Ｚ方向）に駆動されると共に、そ
の中心を通りＺ軸に平行な中心線の周りに慣用の回転機
構によって回転されるようになっている。

【００１３】Ｙステージ３１ｂの側面には昇降機構３４
が固定されている。この昇降機構３４には上下方向に昇
降自在な移動カメラ３３が保持されている。この移動カ
メラ３３は、高倍率部３３ａと低倍率部３３ｂとから構
成されている。

【００１４】チャック３２の側面には、その径方向に水
平に突出する小片３５が固定されている。この小片３５
は、導電性薄膜、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）薄
膜あるいはクロムを用いて描かれた十字マークの中心に
よって定義されるターゲット３５ａが表面に形成された
短冊状の透明板からなる。これはカメラ３３により検出
する際の基準点として機能する。また、十字状の薄膜の
周辺には、これを覆うように導電性透明薄膜、例えばＩ
ＴＯの薄膜が配設される。導電性透明薄膜は、静電容量
センサによるＺ方向の位置検出を可能とするために配設
されている。

【００１５】ターゲット３５ａが形成された小片３５
は、チャック３２の回転により移動カメラ３３の高倍率
部の光軸上に移動し、かつここから退避できるようにな
っている。また、小片３５はチャック３２に着脱自在に
取付けるように構成することも可能である。

【００１６】また、この発明の要部であるプローブ機構
１４は、図１、図２に示すように構成されている。すな
わち、装置本体１０の上部にはメインステージ１１に対
向してエポキシ系のプリント基板４２が固定されてい
る。このプリント基板４２の下面には硬質の合成樹脂材
料または金属材料からなる支持ブロック４９が固定ねじ
または接着剤によってプリント基板４２に対して固定さ
れている。この支持ブロック４９は肉厚の矩形枠状に形
成され、中央部の空間部５０が形成されていると共に、
下面に係合段部５１が形成されている。そして、前記支
持ブロック４９に対して前記プローブカード２１が支持
された状態で、プリンク基板４２に対して着脱可能に取
付けられている。

【００１７】すなわち、プローブカード２１は、可撓性
を有する矩形状の絶縁板状体からなる基板２１ａにフレ
キシブルプリント回路（ＦＰＣ）２１ｂを組み合わせた
ものであり、基板２１ａの長手方向の両端部にはコネク
タ２１ｃが設けられている。このコネクタ２１ｃにはフ
レキシブルプリント回路２１ｂと電気的に接続された複
数のコネクタピン（図示しない）が設けられ、前記プリ
ント基板４２と電気的に接続されるようになっている。

【００１８】さらに、基板２１ａの長手方向の中間部に
は接触子配置領域５２が設けられ、この接触子配置領域
５２には前記半導体ウエハ１２の１つのチップに対応し
て同サイズで、同チップの電極パッドと同ピッチに配置
された多数の接触子５３が基板２１ａの下面から突出し
た状態に設けられている。

【００１９】また、前記支持ブロック４９の空間部５０
には流体チャンバ５４が収納されている。この流体チャ
ンバ５４は内部に気体または液体を封入した可撓性を有
する袋体によって形成されている。この流体チャンバ５
４の下面には剛性を有する平板状の接触板５５が設けら
れている。この接触板５５は金属板または硬質合成樹脂
等の剛性を有するベース５６とこの下面に設けられた２
層のエラストマ５７とからなり、この接触板５５が前記
プローブカード２１に形成された接触子配置領域５２の
裏面に接合している。

【００２０】接触板５５を含む流体チャンバ５４の周囲
には横方向の膨張を規制するためのガイド部材５８が囲
繞して設けられ、この下端部には接触板５５の周縁部と
当接して流体チャンバ５４の下降ストロークを規制する
ストッパ５８ａが一体に設けられている。そして、流体
チャンバ５４に所定量以上の流体が供給されて加圧され
たとき、膨張してその上面がプリント基板４２の下面
に、下面が接触板５５を介してプローブカード２１の裏
面に圧接するようになっており、流体が排出された内部
が減圧されると、収縮して接触板５５がプローブカード
２１の裏面と離間するようになっている。

【００２１】さらに、流体チャンバ５４には圧力センサ
５９が設けられていると共に、流体供給源（図示しな
い）と接続する流体流入口６０および流体流出口６１が
設けられている。この流体流入口６０および流体流出口
６１にはそれぞれ電磁バルブ６０ａ，６１ａが設けられ
ている。そして、この電磁バルブ６０ａ，６１ａは圧力
センサ５９の圧力検出信号に基づいて制御装置６２によ
り開閉制御され、流体チャンバ５７の圧力がコントロー
ルされるようになっている。

【００２２】例えば、前記制御装置６２には圧力センサ
５９の圧力検出信号を受信するＣＰＵ６３およびこのＣ
ＰＵ６３からの出力信号によって電磁バルブ６０ａ，６
１ａの開閉および開度調整する流量コントローラ６４，
６５が設けられている。

【００２３】このように構成されたプローブカード２１
は、基板２１ａの両端部のコネクタ２１ｃを前記支持ブ
ロック４９の下面の係合段部５１に嵌合し、支持ブロッ
ク４９に対して固定ねじまたは真空吸着等によって位置
決め固定される。同時に、基板２１ａの長手方向の両端
部のコネクタはプリント基板４２とプローブカード２１
とが電気的に接続される。

【００２４】したがって、プリント基板４２に対してプ
ローブカード２１が電気的および機械的に接続状態とな
る。なお、図３において、６６はプリント基板４２の上
部に設けられたコンタクトリングであり、上下に突出す
る導電性ピン６７が配置され、プリント基板４２と電気
的に接続されており、このコンタクトリング６６にはテ
ストヘッド６８が載置されている。このテストヘッド６
８はテスタ６９に接続されている。そして、テスタ６９
は所定の電源電圧や検査パルス信号を半導体ウエハ１２
のチップに印加し、チップ側からの出力信号を取り込ん
でチップの良否を判定するようになっている。

【００２５】次に、前述のように構成されたプローブ装
置の作用について説明する。まず、ウエハカセット１７
の内部の半導体ウエハ１２をハンドリングアーム２０に
よって把持してメインステージ１１の載置台１３に受け
渡す。載置台１３にはチャック３２が設けられ、半導体
ウエハ１２をチャッキングした後、公知の手段によって
チャック３２をＸ、Ｙ、θ方向の位置調整し、プローブ
カード２１と半導体ウエハ１２との平面方向の位置合わ
せを行う。

【００２６】この場合、１枚の半導体ウエハ１２には例
えば６４個の半導体チップが形成されており、プローブ
カード２１には１個の半導体チップに対応する接触子配
置領域５２が設けられているため、チャック３２をＸ、
Ｙ、θ方向の位置調整し、プローブカード２１の接触子
配置領域５２と半導体ウエハ１２の半導体チップとを位
置決めする。

【００２７】一方、プローブカード２１の裏面側に設け
られた流体チャンバ５４が減圧状態にあっては、図２
（ａ）に示すように、流体チャンバ５４が収縮して接触
板５５がプローブカード２１の裏面から離間した状態に
あるが、流体チャンバ５４に所定量の流体が供給される
と、図２（ｂ）に示すように、膨張してプローブカード
２１を接触板５５を介して裏面側から弾性的に押圧し、
プローブカード２１の接触子配置領域５２が下方へ突出
した状態となる。

【００２８】次に、載置台１３をＺ方向、つまり上昇さ
せると、半導体ウエハ１２の半導体チップに形成された
電極パッドがプローブカード２１の接触子配置領域５２
に設けられた接触子５３に接触する。すなわち、載置台
１３の上昇によって半導体ウエハ１２の電極パッドがプ
ローブカード２１の接触子５３と弾性的に圧接状態とな
り、半導体ウエハ１２の各電極パッドは接触子５３を介
してプローブカード２１に電気的に接続される。

【００２９】したがって、半導体ウエハ１２はプローブ
カード２１からテストヘッド６８を介してテスタ６９に
電気的に導通状態となり、テストヘッド６８は所定の電
圧や検査信号を半導体ウエハ１２の半導体チップに与
え、半導体チップ側からの出力信号を取り込んでチップ
の良否を判定する。

【００３０】このようにプローブカード２１の接触子配
置領域５２の裏面側を接触板５５を介して流体チャンバ
５４によって押圧することにより、接触子配置領域５２
と半導体ウエハ１２との平行度を保つことができる。さ
らに、プローブカード２１が可撓性を有し、その接触子
配置領域５２の裏面側から流体チャンバ５４によって接
触子配置領域５２にバックアップを付与することによ
り、半導体ウエハ１２の接触パッドと接触子５３とが接
触したとき、その接触部に弾性的に接触圧を付与するこ
とができる。この結果、半導体ウエハ１２の接触パッド
に多少の凹凸が存在しても、両者がフィットして接触パ
ッドと接触子５３とが確実に接触して電気的に導通状態
となるため、精度の高い測定を行うことができる。

【００３１】また、流体チャンバ５４の内部圧力は圧力
センサ５９によって常時検出され、ＣＰＵ６３に検出信
号を送信している。したがって、内部圧力が低下した場
合、ＣＰＵ６３から流量コントローラ６４に開弁指令信
号を出力し、流量コントローラ６４によって電磁バルブ
６０ａを開弁制御することにより、流体チャンバ５４に
流体を供給して内部圧力を上昇させることができる。

【００３２】また、周囲温度の上昇等の何等かの影響に
よって流体チャンバ５４の内部圧力が上昇した場合、圧
力センサ５９がこれを検出し、ＣＰＵ６３に検出信号を
送信することにより、ＣＰＵ６３から流量コントローラ
６５に開弁指令信号を出力し、流量コントローラ６５に
よって電磁バルブ６１ａを開弁制御することにより、流
体チャンバ５４の流体を排出して内部圧力を低下させる
ことができる。

【００３３】さらに、接触板５５を含む流体チャンバ５
４はガイド部材５８によって囲繞され、その下端部にス
トッパ５８ａが設けられているため、接触板５５がスト
ッパ５８ａに当接した時点で電磁バルブ６０ａ，６１ａ
を閉弁することにより、流体チャンバ５４の内圧を一定
に保つことができ、またストッパ５８ａによって流体チ
ャンバ５４の下降ストロークを規制することができるた
め、プローブカード２１を過剰に押圧して破損させるこ
とを未然に防止できる。

【００３４】なお、前記一実施例においては、プローブ
カード２１に、半導体ウエハ１２に設けられた例えば６
４個の半導体チップのうち、１個の半導体チップに対応
する１個の測定チップを接触子配置領域５２に設け、チ
ャック３２をＸ、Ｙ、θ方向の位置調整し、プローブカ
ード２１の測定チップと半導体ウエハ１２の半導体チッ
プとを位置決めするようにしたが、プローブカード２１
に１枚の半導体ウエハ１２に形成された例えば６４個の
半導体チップに対応する６４個の測定チップを接触子配
置領域５２に設け、６４個の半導体チップを同時に、ま
たは１個もしくは複数個ずつ逐次測定するようにしても
よい。

【００３５】このようにプローブカード２１に測定チッ
プを設けるには、図５（ａ）に示すように、半導体チッ
プと同一サイズの測定チップパターン７０を設け、この
測定チップパターン７０の四辺に半導体ウエハ１２の電
極パッドに対応してバンプ７１を設け、これらバンプ７
１に電力線や信号線としての配線７２を接続する必要が
ある。ところで、プローブカード２１に複数の測定チッ
プを設ける、マルチ測定プローブカードとして例えば、
４マルチの場合には図５（ｂ）に示すパターンとなり、
８マルチの場合には図５（ｃ）に示すパターンとなる。

【００３６】したがって、４マルチの場合も、８マルチ
の場合も、パターンの外周縁部に位置するバンプ７１か
ら配線７２を放射状に引き出すことはスペース的に問題
とならないが、４マルチの場合は、測定チップパターン
７１相互が隣り合う隣接ライン７３の部分はバンプ７
１，７１間に１本の配線７２を必要とし、８マルチの場
合は、測定チップパターン７１相互が隣り合う隣接ライ
ン７３の部分はバンプ７１，７１間に３本の配線７２を
必要となる。

【００３７】しかし、半導体ウエハ１２の半導体チップ
の高密度化に伴って電極パッドが密集しており、それに
伴って測定チップパターン７０のバンプ７１相互間の間
隙も極狭くなってきている。高密度の測定チップパター
ン７０においては、図５（ｄ）で示すように、バンプ７
１の一辺の長さＬは、例えば１００μｍ前後の正方形で
あり、バンプ７１相互間の間隙Ｇは５０〜７０μｍ前後
である。一方、配線７２はパターンで形成されるが、そ
の幅Ｗは１６μｍ前後の極細いものであるが、それでも
バンプ７１相互間の５０〜７０μｍの間隙Ｇに通すには
２本が限度であり、３本は不可能である。しかも、配線
７２には電力線と信号線があり、電力線は電流量が大き
くなると、太く（断面積を大きく）する必要があり、ま
た、信号線は細くてもよいが、信号線の両側にはそれよ
り太いグランドラインを通すことが望まれるなどの種々
の問題があり、マルチパターンの設計、製造に限度があ
った。

【００３８】そこで、この発明においては、図５（ｅ）
に示すようにプローブカード２１に複数の測定チップパ
ターン７３を千鳥状に連続的に配置したことにある。こ
のように測定チップパターン７３を千鳥状に連続的に配
置することによって、図５（ｂ）（ｃ）に示すような隣
接ライン７３が存在しない。しかも、測定チップパター
ン７３相互間には測定チップパターン７３と同一サイズ
の配線スペース７４が形成される。したがって、各測定
チップパターン７３の外周縁部に設けられたバンプ７１
から配線７２を放射状に引き出すことができ、バンプ７
１相互間の狭い間隙に配線７２を通す必要がなく、配線
が容易となる。この結果、電力線は、太く（断面積を大
きく）して電流量を大きくすることができ、また、信号
線の両側にそれより太いグランドラインを通すことがで
きることになる。したがって、マルチパターンのプロー
ブカードの設計、製造が容易化を図ることができ、コス
トダウンを図ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、可撓性を有するプローブカードに接触子を設けるこ
とにより、半導体デバイスの微細化に伴って電極パッド
のサイズが微細化し、その間隔も高密度化されてきてい
ても、その電極パッドに対応してプローブカードに接触
子を配置することができる。

【００４０】さらに、可撓性を有するプローブカードの
裏面側から流体チャンバによって接触子配置領域にバッ
クアップを付与することにより、被検査体の接触パッド
と接触子とが接触したとき、その接触部に弾性的に接触
圧を付与することができる。この結果、被検査体の接触
パッドに多少の凹凸が存在しても、両者がフィットして
接触パッドと接触子とが確実に接触して電気的に導通状
態となるため、精度の高い測定を行うことができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示すプローブ装置の
要部の縦断正面図。

【図２】同実施例のプローブ装置の作用説明図。

【図３】同実施例のプローブ装置の全体の概略的構成
図。

【図４】同実施例の載置台の斜視図。

【図５】この発明の変形例を示す測定チップパターンの
説明図。

【符号の説明】

１０…装置本体、１２…半導体ウエハ（被検査体）、１
３…載置台、２１…プローブカード、４４…プリント基
板、５２…接触子配置領域、５３…接触子、５４…流体
チャンバ、６２…制御装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置する載置台を有した装置
   本体と、 この装置本体に設けられ前記載置台に載置された被検査
   体に対向するプリント基板と、 このプリント基板の配線層に両端部が電気的に接続さ
   れ、中間部に前記被検査体の電極パッドに接触する接触
   子を配置した接触子配置領域を備えた可撓性を有するプ
   ローブカードと、 このプローブカードの接触子配置領域の裏面側に設けら
   れると共に流体供給源に接続され、前記被検査体の接触
   パッドと接触子とが接触したとき、その接触部に接触圧
   を付与するための膨張・収縮自在な流体チャンバと、 この流体チャンバの圧力を検出し流体供給量を制御して
   流体チャンバの内圧を制御する制御装置と、 を具備したことを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】 流体チャンバは、上下方向に膨張・収縮
   可能にガイド部材によって案内され、このガイド部材に
   は流体チャンバの下降ストロークを規制するストッパが
   設けられていることを特徴とする請求項１記載のプロー
   ブ装置。
3. 【請求項３】 流体チャンバは、その下面に剛性を有す
   る接触板を有しており、この接触板を介してプローブカ
   ードの接触子配置領域の裏面側を押圧していることを特
   徴とする請求項１または２記載のプローブ装置。