KR20150006783A - 전기적 접속 장치 - Google Patents

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KR20150006783A KR20140082975A KR20140082975A KR20150006783A KR 20150006783 A KR20150006783 A KR 20150006783A KR 20140082975 A KR20140082975 A KR 20140082975A KR 20140082975 A KR20140082975 A KR 20140082975A KR 20150006783 A KR20150006783 A KR 20150006783A
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오사무 아라이
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가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
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Abstract

본 발명은 간단한 장치 구성으로 측정 개시까지의 시간을 단축한다. 척 탑(21)의 위쪽에 배치되고, 테스터(11)에 접속되는 배선로(14a)가 형성된 배선기판(14)과, 배선기판(14)에서 간격을 두고 한쪽 면이 배선 기판(14)에 대향해서 배치되고, 배선로(14)에 대응해서 배선로(18e)가 형성된 프로브 기판(18), 및 프로브 기판(18)의 다른 쪽 면에 배선로(18e)에 접속해서 마련되고, 척 탑(21) 상의 반도체 웨이퍼(28)의 복수의 접속 패드(28a) 각각에 접촉 가능한 복수의 프로브(18a)를 가지는 프로브 카드(19)와, 배선 기판(14)과 프로브 기판(18) 사이의 열 전도를 줄이는 열 전도 지지부재(16f,16g)에 의해 접속하면서 배선로(14a)와 배선로(18e)를 전기적으로 접속하는 전기적 접속부(16)를 구비한다.

Description

전기적 접속 장치 {Electric Connecting Apparatus}
본 발명은 집적 회로와 같은 평판형상 피검사체의 전기적 시험에 이용되는 전기적 접속 장치로서, 특히 단시간에 전기적 시험을 개시할 수 있는 전기적 접속 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼에 형성된 집적 회로는, 일반적으로, 소정의 전기적 특성을 가지는지 여부에 관해 전기적 시험(즉, 집적 회로의 양부(良否)의 판정)을 받는다. 그런 시험은, 집적 회로의 전극과 시험 장치의 전기회로를 전기적으로 접속하는 전기적 접속 장치를 이용해서 하나의 웨이퍼의 모든 집적 회로를 동시에 한번에 또는 여러 번으로 나누어서 수행된다.
그와 같은 시험에 이용되는 전기적 접속 장치는, 예를 들면, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이 시험 장치의 전기회로에 전기적으로 접속되는 복수의 접속부를 가지는 배선 기판과, 배선 기판의 아래 쪽에 배치되며 또 접속부에 전기적으로 접속된 복수의 내부 배선을 가지는 프로브 기판과, 프로브 기판의 하면에 설치되어서 내부 배선에 전기적으로 접속된 접촉자(즉, 프로브)를 구비한다.
이와 같은 전기적 접속 장치를 이용해서, 최근에는, 집적 회로를 높은 온도 또는 낮은 온도 아래에서 시험하는 것이 행해지고 있다. 이 경우, 집적 회로는 이것을 배치하는 스테이지에 마련된 열원에 의해 소정의 온도로 가열 또는 냉각된다. 예를 들면, 열원에 의해 가열된 경우, 접촉자가 배치된 프로브 기판도, 스테이지 및 집적회로에서의 복사열을 받아서 가열된다. 그 결과, 집적 회로 및 프로브 기판이 열팽창 한다.
그러나, 반도체 웨이퍼의 열 팽창량과 프로브 기판의 열 팽창량이 다르기 때문에, 집적 회로의 전극과 접촉자의 침선(針先)의 상대적 위치 관계가 변화하여, 침선이 집적 회로의 전극에 눌리지 않는 접촉자가 존재하는 것을 피할 수 없다.
스테이지에 마련된 열원에 의해 가열됨에 따라, 반도체 웨이퍼는, 몇 시간 후에는 어떤 온도로 일정해지고, 프로브 기판도 복사열에 의해 가열됨에 따라 몇 시간 후에는 어떤 온도로 일정해진다. 이와 같이 온도가 일정해지고, 집적 회로의 전극과 접촉자의 침선의 상대적 위치가 일정해졌을 때에 측정을 개시할 수 있기 때문에 측정 개시까지 상당한 시간을 필요로 한다.
특허문헌 2에는, 프로브 기판에 발열체를 마련하고, 프로브 기판의 온도를 측정하여, 이 측정된 측정값을 토대로 발열체에 공급하는 가열 전력을 제어하는 전기적 시험 장치가 제안되었다.
일본특허공개공보 제2011-89891호 일본특허공개공보 제2010-151740호
그러나, 특허문헌 2에 기재된 전기적 시험장치에서는, 프로브 기판에 발열체를 마련하기 때문에 장치 구성이나 제어 방법이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 간단한 장치 구성으로 측정 개시까지의 시간을 단축하는 전기적 접속 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전기적 접속 장치의 제 1의 특징은, 복수의 전극을 가지는 피검사체를 작업면 상에서 유지하면서 상기 피검사체를 가열 또는 냉각하는 작업대를 가지며, 상기 복수의 전극과 테스터를 전기적으로 접속하는 전기적 접속 장치로서, 상기 작업대의 위쪽에 배치되고, 상기 테스터에 접속되는 제 1 도전로가 형성된 회로 기판과, 상기 회로 기판에서 간격을 두고 한쪽 면이 상기 회로 기판에 대향해서 배치되고, 상기 제 1 도전로에 대응해서 제 2 도전로가 형성된 프로브 기판, 및 상기 프로브 기판의 다른 쪽 면에 상기 제 2 도전로에 접속해서 설치되고, 상기 작업대 상의 상기 피검사체의 상기 복수의 전극 각각에 접촉 가능한 복수의 프로브를 가지는 프로브 카드와, 상기 제 1 도전로와 상기 제 2 도전로를 전기적으로 접속하는 전기 접속기를 구비하고, 상기 전기 접속기는 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판 사이의 열 전도를 줄이기 위해 상기 회로 기판과 상기 프로브 기판 사이에 마련된 열 전도 저감 수단을 가지는 것에 있다.
또한, 본 발명의 전기적 접속 장치의 제 2 특징은, 상기 전기 접속기는, 상기 제 1 도전로와 상기 제 2 도전로를 전기적으로 접속하는 핀 부재와, 상기 핀 부재를 유지하는 지지체를 구비하고, 상기 열 전도 저감 수단은, 상기 지지체보다 낮은 열 전도성을 가지는 단열 부재를 가지고, 상기 단열 부재는 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판에 양단을 맞붙여서 배치되고, 상기 지지체는 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판의 적어도 어느 한 쪽에 간격을 두고 배치되는 것에 있다.
또한, 본 발명의 전기적 접속 장치의 제 3의 특징은, 상기 전기 접속기는, 상기 핀 부재가 포고 핀(pogo pin)으로 이루어지고, 상기 지지체가 포고 핀 블록으로 이루어지는 포고 핀 접속기이며, 상기 포고 핀 블록은 상기 단열 부재에 지지되어 있는 것에 있다.
또한, 본 발명의 전기적 접속 장치의 제 4의 특징은, 상기 단열 부재는, 상기 포고 핀 블록을 둘러싸서 배치되는 고리(環)형상을 가지고 있는 것에 있다.
또한, 본 발명의 전기적 접속 장치의 제 5의 특징은, 상기 전기 접속기는, 상기 제 1 도전로와 상기 제 2 도전로를 전기적으로 접속하는 핀 부재와, 상기 핀 부재를 유지하는 지지체를 구비하고, 상기 지지체는, 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판에 대향하는 면을 가지고, 적어도 어느 한쪽의 면에는 상기 회로 기판 또는 상기 프로브 기판을 향해서 단면적이 점차 줄어드는 복수의 돌기가 마련되고, 상기 복수의 돌기가 상기 회로 기판 또는 상기 프로브 기판에 맞닿는 것에 있다.
본 발명의 전기적 접속 장치에 따르면, 간단한 장치 구성으로 측정 개시까지의 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치를 포함한 전체 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치의 구조를 상세하게 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치가 구비하는 프로브 기판을 아래쪽에서 본 도면이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치가 구비하는 프로브와 각각 대응하는 각 접속 패드와의 접촉을 설명한 측면도로서, (a)는 척 탑이 초기 상태에 있는 경우의 탄성 열 전도 부재의 상태를 나타내고 있으며, (b)는 스테이지 기구가 척 탑을 상승시켜 탄성 열 전도 부재의 하부 선단이 반도체 웨이퍼에 맞닿은 상태를 나타내며, (c)는 한층 더 스테이지 기구가 척 탑을 상승시켜, 프로브가 각각 대응하는 각 접속 패드에 맞닿은 상태를 나타내고 있으며,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치가 구비하는 전기적 접속부를 나타낸 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치가 구비하는 원반 형상의 프로브 기판의 중심에서 떨어진 어떤 지점에 설치된 프로브의 위치와, 원반 형상의 반도체 웨이퍼의 중심에서 떨어진 어떤 지점에 배치된 IC의 접속 패드의 위치 변화를 나타내는 도면이고,
도 7은 척 탑의 열원에 의한 가열을 개시한 경우의 측정 개시까지의 온도변화를 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태인 전기적 접속 장치의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태와 관련한 전기적 접속 장치를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치를 포함한 전체 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1, 2에서와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)는, 하면(下面)이 평탄한 설치 기준면이 되는 평판 형상의 지지부재(스티프너)(12)와, 지지부재(12)의 설치면에 유지되는 원형 평판 형상의 배선기판(14)과, 피검사체인 반도체 웨이퍼(28)에 접촉하는 원형 평판 형상의 프로브 카드(19)와, 배선기판(14) 및 프로브 카드(19) 사이를 전기적으로 접속하는 전기적 접속부(16)를 구비하고 있으며, 홀더(20)에 의해 유지되어 있다.
홀더(holder)(20)는, 프로버 베이스(porber base)(23)에 지지되어 있으며, 전기적 접속 장치(1)를 받도록 크랭크 형태의 단면구조를 가진다. 또한, 홀더(20)는 전기적 접속 장치(1)의 지지부재(12) 및 배선기판(14)을 지지하기 위한 지지 핀(20a)을 가진다.
지지부재(12)에는, 상하를 관통하는 관통홀(12b)이 마련되어 있으며, 배선 기판(14)에는 상하를 관통하는 관통홀(14b)이 마련되어 있다. 그리고, 지지핀(20a)이 관통홀(12b) 및 관통홀(14b)에 결합함으로써, 지지부재(12) 및 배선기판(14)이 홀더(20)에 지지된다.
전기적 접속 장치(1)는, 예를 들면 반도체 웨이퍼(28)에 만들어 넣어진 다수의 IC(집적 회로)의 전기적 검사를 위해서 IC의 접속단자인 각 접속 패드(전극)를 테스터(11)의 전기회로에 접속하는 것에 이용된다.
그 때문에 IC의 접속 단자인 각 접속 패드(전극)가 마련된 반도체 웨이퍼(28)를 상면(上面)에 받아서, 진공적으로 해제 가능하게 흡착하는 척 탑(chuck top)(21)과, 척 탑(21)을 상하 이동시키는 스테이지 기구(22)를 구비한다. 그리고, 스테이지 기구(22)의 상하 이동에 의해 반도체 웨이퍼(28) 상의 IC와, 전기적 접속 장치(1)의 프로브 카드(19)를 접촉시킴으로써 테스터(11)에 의한 전기적 검사가 실행된다.
또한, 척 탑(21)에는, 상면에 올려진 반도체 웨이퍼(28)를 가열 또는 냉각하는 열원(24)을 구비하고 있으며, 이 열원(24)에 의해 반도체 웨이퍼(28)가 가열 또는 냉각되면서 열원(24)의 복사열에 의해 프로브 카드(19)가 가열 또는 냉각된다.
배선 기판(14)은 전체적으로 원형 판 모양의 예를 들면, 폴리이미드 수지판으로 이루어지며, 상면(한쪽 면)에는 테스터(11)에 대한 접속 배선(12a)이 마련되어 있다.
또한, 배선 기판(14)의 하면에는, 접속 배선(12a)과 배선 기판(14) 내부에 형성된 배선로(14a)를 통해서 전기적으로 접속되는 랜드부(미도시)가 마련되어 있다.
지지부재(12)는, 그 설치면을 배선 기판(14)의 상면에 맞닿게 해서 배치되는, 예를 들면 스테인리스 스틸 판으로 이루어지는 판 형상의 프레임 부재를 구비한다.
프로브 카드(19)는, 프로브 기판(18)과 프로브(18a)를 구비한다.
프로브 기판(18)은, 예를 들면 세라믹 판으로 이루어지는 지지부재(18d)와, 지지부재(18d) 즉 세라믹 판의 하면에 형성된 다층 배선층(18c)을 구비한다. 다층 배선층(18c)은, 전기 절연성을 나타내는 예를 들면 폴리이미드 수지 재료로 이루어지는 다층판과, 각 다층판 사이에 형성된 배선로(18e)를 가진다.
다층 배선층(18c)의 하면(다른 쪽 면)에는, 다층 배선층의 배선로(18e)에 각각 전기적으로 접속된 프로브 랜드(18b)가 형성되어 있다.
프로브(18a)의 상단(上端)은, 프로브 기판(18)의 대응하는 프로브 랜드(18b)에 접속되어 있고, 이에 따라 프로브(18a)는 다층 배선층(18c)의 하면에서 하방으로 돌출하도록 프로브 기판(18)에 설치되어, 다층 배선층(18c)의 배선로(18e)에 접속되어 있다.
그리고 또한, 다층 배선층(18c)의 하면(다른 쪽 면)에는, 예를 들면, 낮은 경도의 실리콘 고무와 같은 탄성을 가지며, 또한 열 전도성을 가지는 소재에 의해 기둥모양으로 성형되고, 프로브 기판(18)의 프로브(18a)의 배치 영역을 둘러싸서 배열된 탄성 열 전도 부재(18h)가 마련되어 있다.
도 3은, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 프로브 기판(18)을 아래쪽에서 본 도면이다. 또한, 도 3에서는 반도체 웨이퍼(28)의 위치와, 반도체 웨이퍼(28)에 만들어 넣어진 다수의 IC의 접속 패드(28a)의 위치를 파선으로 나타낸다.
도 3에서와 같이, 프로브 기판(18)의 하면에는 기둥(柱) 모양으로 성형된 탄성 열 전도 부재(18h)가 12개 마련되어 있으며, 이들은 반도체 웨이퍼(28)에 만들어 넣어진 다수의 IC의 접속패드(28a)와 접촉하지 않도록 배치되어 있다.
그리고, 탄성 열 전도 부재(18h)는, 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 비접촉 상태로 반도체 웨이퍼(28)의 접속 패드(28a)가 마련된 이외의 영역과 프로브 기판(18)의 하면에 접촉 가능하며, 또한 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)와의 접촉을 방해하지 않도록 탄성 변형 가능하게 마련되어 있다.
도 4는, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)의 접촉을 설명한 측면도이다. (a)는, 척 탑(21)이 초기 상태에 있는 경우의 탄성 열 전도 부재(18h)의 상태를 나타내고 있으며, (b)는 스테이지 기구(22)가 척 탑(21)을 상승시켜 탄성 열 전도 부재(18h)의 하부 선단이 반도체 웨이퍼(28)에 맞닿은 상태를 나타내고 있으며, (c)는 한층 더 스테이지 기구(22)가 척 탑(21)을 상승시켜 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 맞닿은 상태를 나타낸다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 척 탑(21)이 초기 상태, 즉, 탄성 열 전도 부재(18h)가 척 탑(21) 상의 반도체 웨이퍼(28)와 프로브 기판(18) 사이에서 탄성 압축을 받지 않은 자유 상태에서는 전장(全長) 1200(mm)이며, 프로브 기판(18)에서 프로브(18a) 선단까지의 간격(1000mm)보다 긴 치수를 갖는다.
그리고, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 스테이지 기구(22)가, 척 탑(21)을 상승시키면, 탄성 열 전도 부재(18h)의 하부 선단이 반도체 웨이퍼(28)에 맞닿는다. 이와 같이 탄성 열 전도 부재(18h)의 하부 선단이 반도체 웨이퍼(18)에 맞닿으면, 척 탑(21)에 구비된 열원(24)의 열은 반도체 웨이퍼(28) 및 프로브 기판(18)으로 전열된다. 이에 따라, 복사열만으로 프로브 기판(18)을 승온시키는 경우에 비해서 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있어 측정 개시까지의 시간을 단축할 수 있다.
그리고, 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달하면, 스테이지 기구(22)가 한층 더 척 탑(21)을 상승시켜, 프로브(18a)를 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 맞닿게 한다. 이때, 탄성 열 전도 부재(18h)는, 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속패드(28a)와의 접촉을 방해하지 않도록 탄성 변형한다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(28)의 각 접속 패드(28a)와 테스터(11)가 전기적으로 접속되어 전기적 검사가 실행된다.
도 2로 돌아가서, 프로브 기판(18)의 지지부재(18d)의 상면(한쪽 면)에는, 배선기판(14)의 하면(다른 쪽 면)에 마련된 랜드부에 각각 대응하는 위치에 랜드부(미도시)가 마련되어 있다. 프로브 기판(18)에 마련된 랜드부는, 각각 다층 배선층(18c)의 배선로(18e)를 거쳐 대응하는 각 프로브(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
프로브 기판(18)과 배선 기판(14) 사이에는, 전기적으로 접속하기 위한 전기적 접속부(16)가 배치되어 있다.
전기적 접속부(16)는, 도 2에 확대해서 나타낸 바와 같이, 판 두께 방향으로 형성된 다수의 관통홀(161)이 형성된 전기 절연성을 나타내는 판 형상 부재로 이루어지는 포고 핀 블록(pogo pin block)(16a)이, 배선기판(14)에 접촉해서 배치되어 있다.
또한, 포고 핀 블록(16a)의 각 관통홀(161) 내에는, 각각이 관통홀(161)에서의 탈락이 방지된 상태로 관통홀(161)의 축선(軸線) 방향으로 슬라이딩 가능하게 수용되는 한 쌍의 포고 핀(16b,16c)이 배치되어 있다. 각 한 쌍의 포고 핀(16b,16c) 사이에는, 양 포고 핀(16b,16c)에 서로 멀어지는 방향으로의 편의력(偏倚力, biasing force)을 주어, 양 포고 핀 사이의 도전로가 되는 압축 코일 스프링(16d)이 배치되어 있다.
포고 핀(16b)은, 배선 기판(14)의 하면(다른 쪽 면)에 마련된 랜드부에 각각 대응하는 위치에 마련되고, 포고 핀(16c)은, 프로브 기판(18)의 상면(한쪽 면)에 마련된 랜드부에 각각 대응하는 위치에 마련되어 있다.
전기적 접속부(16)는, 조립 상태에서는, 압축 코일 스프링(16d)의 스프링 힘에 의해 배선 기판(14) 측에 마련된 한쪽의 포고 핀(16b)이 배선 기판(14)의 하면(다른 쪽 면)에 마련된 랜드부에 압접(壓接)하고, 프로브 기판(18) 측에 마련된 다른 쪽의 포고 핀(16c)이 프로브 기판(18)의 상면(한쪽 면)에 마련된 랜드부에 압접한다.
이에 따라, 프로브(18a)는, 배선기판(14)의 대응하는 랜드부에 전기적으로 접속된다. 그 결과, 프로브(18a)의 선단이 반도체 웨이퍼(28)에 형성된 IC의 접속패드(28a)에 맞닿게 되면, 접속 패드(28a)는, 대응하는 각 프로브(18a), 전기적 접속부(16) 및 배선기판(14)을 거쳐 테스터(11)에 접속되기 때문에, 테스터(11)에 의한 반도체 웨이퍼(28)의 집적 회로의 전기적 검사를 수행할 수 있다.
또한, 도 1에서 나타내는 바와 같이, 전기적 접속부(16)에는 외주부(外周部)에 배선 기판(14) 및 프로브 기판(18)에 양단을 맞닿게 해서 배치된 저열(低熱) 전도 지지부재(16f)가 마련되고, 내부에 배선 기판(14) 및 프로브 기판(18)에 양단을 맞닿게 해서 배치된 저열 전도 지지부재(16g)가 마련되어 있다.
이 저열 전도 지지부재(16f,16g)는, 예를 들면, 발포 플라스틱, 목재, 에폭시 수지 등과 같은 포고 핀 블록(16a)보다 낮은 열 전도성을 가지는 단열 부재에 의해 형성되어 있다.
도 5는, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 전기적 접속부(16)를 나타낸 평면도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 전기적 접속부(16)는, 관통홀(161)이 마련된 포고 핀 블럭(16a)과, 이 포고 핀 블록(16a)의 외주부에 고리 형상의 저열 전도 지지부재(16f)와, 포고 핀 블럭(16a)을 관통하도록 기둥 형상을 한 저열 전도 지지부재(16g)가, 마련되어 있다.
이와 같이, 저열 전도 지지부재(16f,16g)는, 포고 핀 블럭(16a)의 외주부 및 내부에 배선 기판(14)의 하면 및 프로브 기판(18)의 상면에 양단을 맞닿게 해서 배치되어 있다. 이에 따라, 배선 기판(14)과 프로브 기판(18) 사이의 열 전도를 적게 할 수 있으며, 척 탑(21)에 구비된 열원(24)에서의 전열은 반도체 웨이퍼(28) 및 프로브 기판(18)이 주(主)가 된다. 그 때문에, 복사열 및 탄성 열 전도 부재(18h)에 의한 전열에 따른 열 전도처(프로브 기판(18))의 열 용량을 작게 할 수 있기 때문에 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있어 측정 개시까지의 시간을 단축할 수 있다.
<열 평형에 관해서>
여기서, 프로브 기판(18)의 열 평형에 관해서 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 척 탑(21)에는, 상면에 올려진 반도체 웨이퍼(28)를 가열 또는 냉각하는 열원(24)을 구비한다. 이 열원(24)에 의해 반도체 웨이퍼(28)가 가열 또는 냉각되면서 열원(24)의 복사열 및 탄성 열 전도 부재(18h)에 의한 전열에 의해 프로브 기판(18)이 가열 또는 냉각되어서 열평형에 도달한다.
예를 들면, 열원(24)에 의해 가열되는 경우, 척 탑(21)의 열원의 온도를 125(℃)로 하면, 반도체 웨이퍼(28) 하면의 온도는 약 122(℃)가 되고, 복사열에 의해 프로브 기판(18)의 하면은 약 90(℃)가 되어, 각각 이 온도로 열 평형 상태가 된다.
이와 같이, 반도체 웨이퍼(28) 및 프로브 기판(18)이 가열되면 열 팽창하고, 이 열 팽창에 따라 반도체 웨이퍼(28)에 형성된 IC의 접속 패드(28a)의 위치나 프로브 기판(18)의 하면에 설치된 프로브(18a)의 위치가 이동한다. 그 때문에 반도체 웨이퍼(28) 및 프로브 기판(18)이 열평형에 도달했을 때에 프로브(18a)의 선단이 반도체 웨이퍼(28)에 형성된 IC의 접속 패드(28a)에 맞닿도록 프로브(28a)의 위치를 정해둘 필요가 있다.
도 6은, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 원반형상의 프로브 기판(18)의 중심에서 떨어진 어떤 지점에 마련된 프로브(18a)의 위치와, 원반형상의 반도체 웨이퍼(28)의 중심에서 떨어진 어떤 지점에 배치된 IC의 접속 패드(28a)의 위치의 변화를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 직선(101)은, 온도변화에 따른 반도체 웨이퍼(28)에 형성된 IC의 접속 패드(28a)의 위치 변화를 나타내고 있으며, 직선(102)은 온도 변화에 따른 프로브(18a)의 위치의 변화를 나타낸다. 이때, 각각의 위치의 변화(변위량)는, 상온(23℃로 한다)에서의 위치를 기준으로 했을 때의 외주 방향으로 이동한 거리를 나타낸다.
직선(101)의 기울기는 반도체 웨이퍼(28)의 열 팽창 계수(α1)에 의해 정해지고, 직선(102)의 기울기는 프로브 기판(18)의 열 팽창 계수(α2)에 의해 정해진다. 그 때문에 열평형에 도달했을 때의 각각의 온도(T1,T2)와, 각각의 열 팽창 계수(α1,α2)로부터 정해지는 프로브(18a) 및 접속 패드(28a)의 위치가 동등해지도록 미리 프로브(18a)의 위치를 정해둘 필요가 있다.
구체적으로는, 열평형에 도달한 반도체 웨이퍼(28) 하면의 온도(T1)가 122(℃)일 때의 접속 패드(28a)의 위치와, 열 평형에 도달한 프로브 기판(18) 하면의 온도(T2)가 90(℃)일 때의 프로브(18a)의 위치가 일치하도록 프로브(18a)의 위치를 정해둔다.
예를 들면, 상온(23℃으로 한다)에서의 반도체 웨이퍼(28)의 원반 형상의 중심에서 150(mm) 외주 방향으로 떨어진 위치에 배치된 접속 패드(28a)의 외주 방향으로의 변위량을 ΔL1(mm)으로 하면, 하기의 (수식 1)으로 나타내진다.
ΔL1=150·α1·ΔT1…(수식 1)
여기서, α1은 반도체 웨이퍼(28)의 열 팽창 계수이며, ΔT1은 열 평형시의 반도체 웨이퍼(28)의 상온과의 고온 측의 온도차이다.
또한, 상온(23℃로 한다)에서의 프로브 기판(18)의 원반형상의 중심에서 150(mm) 외주 방향으로 떨어진 위치에 배치된 프로브(18a)의 외주방향으로의 변위량을 Δ2(mm)로 하면, 하기의 (수식 2)으로 나타내진다.
ΔL2=150·α2·ΔT2…(수식 2)
여기서, α2는 프로브 기판(18)의 열 팽창 계수이며, ΔT2는 열 평형시의 프로브 기판(18)의 상온과의 고온 측의 온도차이다.
여기서, 열 평형시의 접속 패드(28a)의 위치와, 프로브(18a)의 위치를 일치시키기 위해서는, 하기의 (수식 3)의 관계가 성립하도록 미리 프로브(18a)의 위치를 정해둘 필요가 있다.
α1·ΔT1=α2·ΔT2…(수식 3)
또한, 반도체 웨이퍼(28)가 실리콘인 경우, 열 팽창 계수 α1을 3.5(ppm/℃)로 하고, 프로브(18a)의 주재료가 세라믹인 경우, 열 팽창 계수 α2를 5.5(ppm/℃)로서 산출하면 된다.
또한, 가열된 경우에 한정하지 않고, 냉각된 경우에도 마찬가지로 하기의 (수식 4)가 성립한다.
α1·ΔT'1=α2·ΔT'2…(수식 4)
여기서, ΔT'1은, 열 평형시의 반도체 웨이퍼(28)의 상온과의 저온 측의 온도차이다. ΔT'2는, 열 평형시의 프로브 기판(18)의 상온과의 저온 측의 온도차이다. 예를 들면, 열 평형에 도달한 반도체 웨이퍼(28) 하면의 온도(T'1)가 -37(℃)일 때(ΔT'1=60℃)의 접속 패드(28a)의 위치와, 열 평형에 도달한 프로브 기판(18) 하면의 온도(T'2)가 -15(℃)일 때(ΔT'2=38℃)의 프로브(18a)의 위치가 일치하도록, 프로브(18a)의 위치를 정하도록 해도 좋다.
이와 같이 해서, 프로브 기판(18)은, 프로브(18a)의 위치가 정해지고, 정해진 위치에 배치되어서 제조된다. 그 때문에, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)는, (수식 3) 또는 (수식 4)에 나타내는 온도가 되는 온도 영역에서, 반도체 웨이퍼(28)의 전기적 시험을 행하는 것이 가능해진다.
<본 발명의 제 1 실시형태의 효과>
이어서, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)의 효과에 관해서 설명한다.
도 7은, t0시점에서 척 탑(21)의 열원(24)에 의한 가열을 개시한 경우의 측정 개시까지의 온도 변화를 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 201은 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)의 척 탑(21)의 열원(24)의 온도를 나타내며, 202는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)의 반도체 웨이퍼(28) 하면의 온도를 나타내고 있으며, 비교를 위해서, 203은 종래 기술에 따른 프로브 기판 하면의 온도를 나타내고 있으며, 204는 종래기술에 의한 배선 기판의 상면의 온도를 나타낸다. 205는 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)의 프로브 기판(18) 하면의 온도를 나타낸다.
종래기술에 있어서는, t0시점에 있어서, 척 탑(21)의 열원(24)에 의한 가열이 개시되면, 203, 204로 나타내는 바와 같이, 각각의 온도는 t2시점까지 완만하게 상승한다. 이때, 203, 204의 온도는 모두 (t2)시점에 가까워질수록 온도 상승률이 작아져 있다.
그리고, t2시점에 있어서, 스테이지 기구(22)가 위쪽으로 이동함에 따라, 반도체 웨이퍼(28) 상의 IC와 전기적 접속 장치(1)의 프로브 기판(18)이 접촉하여, 반도체 웨이퍼(28)에서 프로브 기판(18)으로 전열(傳熱)된다. 이에 따라, tO시점에서 약 120(분) 경과 후의 t3시점에 있어서 겨우 반도체 웨이퍼(28)의 전기적 시험을 행하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 종래기술에 있어서는, 프로브 기판이 가열 개시에서부터 열평형에 도달할 때까지 120(분)이 필요하므로 측정개시까지 상당한 시간을 필요로 한다.
한편, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)에서는, t0시점에 있어서, 척 탑(21)의 열원(24)에 의한 가열이 개시되면, 프로브 기판(18) 하면의 온도(205)는 t0시점에서 약 10(분) 경과 후의 t1시점에 있어서 열평형 상태에 도달해 있기 때문에 반도체 웨이퍼(28)의 전기적 시험을 행하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)에서는, 배선기판(14) 및 프로브 기판(18)에 양단을 맞닿게 해서 배치된 저열 전도 지지부재(16f)가 마련되어 있어서, 프로브 기판(18)에서 배선 기판(14)으로의 열 전도를 적게 할 수 있다. 그 때문에 프로브 기판(18)의 열 용량을 작게 할 수 있어 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달할 때까지의 시간을 약 10분까지 단축할 수 있기 때문에 측정 개시까지의 시간을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)에서는, 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(전극)에 비접촉 상태로 척 탑(21)의 작업면과 프로브 기판(18)에 접촉 가능하며, 또한 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)와의 접촉을 방해하지 않도록 탄성 변형 가능하게 마련된 탄성 열 전도 부재(18h)를 구비하기 때문에, 척 탑(21)에 구비된 열원(24)의 열이 반도체 웨이퍼(28) 및 프로브 기판(18)으로 전열되기 때문에 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달할 때까지의 시간을 한층 더 단축할 수 있어서 측정 개시까지의 시간을 더 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)에서는, 프로브 기판(18)에 열원을 마련할 필요가 없기 때문에, 장치 구성이나 제어 방법을 복잡하게 하지 않고 측정 개시까지의 시간을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 저열 전도 지지부재(16f)와 탄성 열 전도 부재(18h)를 구비하는 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 저열 전도 지지부재(16f) 또는 탄성 열 전도 부재(18) 중 어느 하나를 구비하는 구성이어도 좋다.
그리고 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 배선기판(14)에 접촉해서 배치된 포고 핀 블록(16a)을 구비하는 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 포고 핀 블록(16a)은, 프로브 기판(18)에 접촉해서 배치되어 있어도 좋다. 즉, 포고 핀 블록(16a)은, 배선 기판(14) 또는 프로브 기판(18) 중 어느 한 쪽에 접촉해서 배치되어 있으면 된다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 세라믹이 주재료인 프로브 기판(18)을 구비한 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어 설명하였는데, 이에 한정되지 않으며, 반도체 웨이퍼(28)의 주재료인 실리콘에 열 팽창 계수가 가까운 재료를 이용하여서 성형되어 있어도 된다. 이에 따라 반도체 웨이퍼(28)의 열 팽창의 움직임(擧動)을 뒤따르게 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 비접촉 상태로, 반도체 웨이퍼(28)의 접속 패드(28a)가 마련된 이외의 영역과 프로브 기판(18)의 하면에 접촉 가능하며, 또한 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)와의 접촉을 방해하지 않도록 탄성 변형 가능하게 마련된 탄성 열 전도 부재(18h)를 구비하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 탄성 열 전도 부재(18h)는, 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 비접속 상태로, 척 탑(21)의 작업면과 프로브 기판(18)의 하면에 접촉 가능하며, 또한 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)와의 접촉을 방해하지 않도록 탄성 변형 가능하게 마련되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 프로브 기판(18)의 온도를 측정하는 온도계를 구비하고, 온도계에 의해 측정된 온도를 따라서 척 탑(21)을 승강하도록 스테이지 기구(22)를 구비하도록 해도 좋다
구체적으로는, 프로브 기판(18)의 온도를 측정하는 온도계와, 프로브(18a)가 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)에 비접촉상태이며, 탄성 열 전도 부재(18h)가 척 탑(21)의 작업면 또는 작업면 상의 반도체 웨이퍼(28)와, 프로브 기판에 접촉 상태일 때에 온도계에 의해 측정된 온도의 시간적 변화가 소정의 온도 폭 내가 된 경우에, 프로브(18a)와 각각 대응하는 각 접속 패드(28a)가 서로 맞닿도록 프로브 카드(19)를 척 탑(21) 방향으로 이동시키는 제어부를 구비하도록 해도 좋다. 여기서, 소정의 온도 폭은 프로브 기판(18)의 온도가 안정된 온도의 온도 폭으로서, 예를 들면 85(℃)~95(℃)등과 같이 미리 설정된다.
그리고 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 예를 들면 낮은 경도의 실리콘 고무와 같은 탄성을 가지며, 열 전도성을 가지는 소재에 의해 기둥 모양으로 성형되고, 다층 배선층(18c)의 하면에 프로브 기판(18)의 프로브(18a)의 배치 영역을 둘러싸서 배치된 탄성 열 전도 부재(18h)를 구비한 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 탄성 열 전도 부재(18h)는 프로브 기판(18)의 프로브(18a)의 배치 영역을 둘러싸도록 고리 형상을 가지도록 성형되어, 다층 배선층(18c)의 하면에 배치되도록 해도 좋다.
(실시형태 2)
본 발명의 제 1 실시형태에서는, 배선 기판(14)에 접촉해서 배치된 평판형상의 포고 핀 블록(16a)을 구비한 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 제 2 실시형태에서는, 배선 기판(14)을 향해서 단면적이 점차 줄어드는 복수의 돌기가 마련되고, 복수의 돌기가 배선 기판(14)에 접촉하는 포고 핀 블록을 구비하는 전기적 접속 장치(1)를 예로 들어서 설명한다.
도 8은, 본 발명의 제 2 실시형태인 전기적 접속 장치(1)의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. 또한, 본 발명의 제 2 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 구성 중 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 동일 부호가 붙여진 구성은 각각 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도 8에 나타내는 바와 같이 본 발명의 제 2 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 전기적 접속부(16)는, 다수의 관통홀(161)이 형성된 전기적 절연성을 나타내는 포고 핀 블록(16h)을 구비한다.
포고 핀 블록(16h)은, 배선 기판(14)을 향해서 단면적이 점차 줄어드는 복수의 돌기(16j)가 마련되고, 복수의 돌기(16j)의 선단이 배선 기판(14)에 맞닿는다.
이와 같이 복수의 돌기(16j)의 선단이 배선기판(14)에 맞닿기 때문에 본 발명의 제 1 실시형태인 전기적 접속 장치(1)가 구비하는 전기적 접속부(16)의 포고 핀 블록(16a)과 비교해서, 접촉 면적이 작은 만큼, 한층 더 전기적 접속부(16)에서 배선 기판(14)으로의 전열을 줄일 수 있다.
이에 따라, 프로브 기판(18)의 열 평형에 도달할 때까지의 시간을 한층 더 단축할 수 있어서 측정 개시까지의 시간을 대폭 단축할 수 있다.
1; 전기적 접속 장치
11; 테스터
12; 지지부재
14; 배선기판(회로기판)
14a; 배선로(제 1 도전로)
16; 전기적 접속부(전기 접속기)
16a,16h; 포고 핀 블록
16b,16c; 포고 핀
16f,16g; 저열 전도 지지부재(열 전도 저감 수단)
18; 프로브 기판
18a; 프로브
18b; 프로브 랜드
18c; 다층 배선층
18d; 지지부재
18e; 배선로(제 2 도전로)
18f; 관통홀
18h; 탄성 열 전도 부재
19; 프로브 카드
20; 홀더
21; 척 탑(작업대)
22; 스테이지 기구
28; 반도체 웨이퍼(피검사체)
28a; 접속 패드(전극)

Claims (5)

  1. 복수의 전극을 가지는 피검사체를 작업면 상에서 유지하면서 상기 피검사체를 가열 또는 냉각하는 작업대를 가지며, 상기 복수의 전극과 테스터를 전기적으로 접속하는 전기적 접속 장치로서,
    상기 작업대의 위쪽에 배치되고, 상기 테스터에 접속되는 제 1 도전로가 형성된 회로 기판과,
    상기 회로 기판에서 간격을 두고 한쪽 면이 상기 회로 기판에 대향해서 배치되고, 상기 제 1 도전로에 대응해서 제 2 도전로가 형성된 프로브 기판, 및 상기 프로브 기판의 다른 쪽 면에 상기 제 2 도전로에 접속해서 설치되고, 상기 작업대 상의 상기 피검사체의 상기 복수의 전극 각각에 접촉 가능한 복수의 프로브를 가지는 프로브 카드와,
    상기 제 1 도전로와 상기 제2 도전로를 전기적으로 접속하는 전기 접속기를 구비하며,
    상기 전기 접속기는,
    상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판 사이의 열 전도를 줄이기 위해 상기 회로 기판과 상기 프로브 기판 사이에 마련된 열 전도 저감 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 접속기는, 상기 제 1 도전로와 상기 제 2 도전로를 전기적으로 접속하는 핀 부재와, 상기 핀 부재를 유지하는 지지체를 구비하고,
    상기 열 전도 저감 수단은, 상기 지지체보다 낮은 열 전도성을 가지는 단열부재를 가지며, 상기 단열 부재는 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판에 양단을 맞닿게 해서 배치되고,
    상기 지지체는, 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판 중 적어도 어느 한 쪽에 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전기 접속기는, 상기 핀 부재가 포고 핀으로 이루어지며, 상기 지지체가 포고 핀 블록으로 이루어지는 포고 핀 접속기이며, 상기 포고 핀 블록은 상기 단열 부재에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단열 부재는, 상기 포고 핀 블록을 둘러싸서 배치되는 고리(環)형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 접속기는, 상기 제 1 도전로와 상기 제 2 도전로를 전기적으로 접속하는 핀 부재와, 상기 핀 부재를 유지하는 지지체를 구비하고,
    상기 지지체는, 상기 회로 기판 및 상기 프로브 기판에 대향하는 면을 가지고, 적어도 어느 한쪽의 면에는 상기 회로 기판 또는 상기 프로브 기판을 향해서 단면적이 점차 줄어드는 복수의 돌기가 마련되고, 상기 복수의 돌기가 상기 회로 기판 또는 상기 프로브 기판에 맞닿는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
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