JPH0936188A - プローブ装置に用いられるプローブカードデバイス - Google Patents

プローブ装置に用いられるプローブカードデバイス

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JPH0936188A
JPH0936188A JP17854395A JP17854395A JPH0936188A JP H0936188 A JPH0936188 A JP H0936188A JP 17854395 A JP17854395 A JP 17854395A JP 17854395 A JP17854395 A JP 17854395A JP H0936188 A JPH0936188 A JP H0936188A
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JP17854395A
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Junichi Hagiwara
順一 萩原
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Tokyo Electron Ltd
Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Tokyo Electron Yamanashi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】広い面積にわたって被検査体の電極パッドに接
触子をコンタクトさせる場合でも、全ての接触子を電極
パッドに確実に接触させ、全ての接触子の接触点に対し
て略均等に圧力を加えられるプローブカードデバイスを
提供すること。 【解決手段】半導体ウエハ12の複数の電極パッド12a に
バンプ電極37を接触させてウエハ12の電気特性を検査す
るプローブ装置10に用いられるプローブカードデバイス
30は、プローブカード32と、プローブカード32を支持す
る支持ブロック31と、プローブカード32をウエハ12に向
けて押圧する押圧機構38とを備えている。押圧機構38
は、複数のブロック39a に分割された押圧部材39と、各
ブロックを支持する支持部材50とを有し、複数のブロッ
ク39a がそれぞれ独立に移動可能であり、複数のブロッ
クがウエハ12の表面プロファイルに追従した状態でウエ
ハ12を押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
ような被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置に
用いられるプローブカードデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、半導
体ウエハ上に精密写真転写技術等を用いて多数の半導体
デバイスが形成され、この後各デバイス毎に切断され
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
電気的特性の測定を半導体ウエハの状態で行い、この試
験の結果、良品と判定されたもののみをパッケージング
等の後工程に送ることによって生産性の向上を計ってい
る。
【0003】この種のプローブ装置は、X−Y−Z−θ
方向に移動可能に構成された、被検査体としての半導体
ウエハを載置するための載置台を備えている。載置台の
上方には、半導体ウエハに形成された半導体チップの電
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
カードが配置される。そして、載置台上に半導体ウエハ
を載置し、載置台の位置を調節することにより半導体ウ
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電気的特性の測定を行う。
【0004】近時、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60〜1
00μm角であり、各電極パッド列の相互間ピッチ距離
は100〜200μmである。従って、プローブカード
の限られたスペースに数百本と一層多数のプローブ針が
必要となるが、このようなことは技術的に困難であり、
限界に近付きつつある。
【0005】そこで、特開平2−126159号公報お
よび特開平2−163664号公報に示されるように、
所定のパターン配線を有する膜部材に複数の電極バンプ
を設けた、いわゆるメンブレンタイプのプローブカード
が提案されている。
【0006】これらのうち特開平2−126159号公
報に記載されているプローブ装置は、多数の電極バンプ
を有し、かつ環状移動枠に張付けられた膜部材を有す
る。膜部材の周縁部は支持体で支持されると共に、支持
体と環状移動枠との間に板バネが架設される。また、膜
部材の裏面にはクッション材が貼付けられ、このクッシ
ョンによりウエハの電極パッドの高低差が吸収される。
そして、検査時には、板バネの弾力に抗して、膜部材が
環状移動枠と一体的に垂直方向に移動し、その電極バン
プがウエハの電極パッドに弾力的に接触する。
【0007】一方、特開平2−163664号公報に記
載されているプローブ装置は、揺動可能な回転板が膜の
裏面側に設けられている以外は、上記特開平2−126
159号公報に記載のプローブ装置と概ね同様に構成さ
れている。この装置では、検査時にウエハと膜部材とが
平行状態にない場合、回転板が回転することにより膜部
材がウエハと徐々に平行になり、弾力的に接触する。
【0008】ところで、このようなメンブレンタイプの
プローブカードを用いたプローブ装置において、カード
の寸法を大きくして多数のチップの電極パッドを一括し
てコンタクトし、試験効率を向上させることが考慮され
ている。
【0009】しかしながら、上述したような従来のプロ
ーブ装置では、1チップの範囲では電極バンプを対応す
るパッドに確実に接触させることができるものの、一度
に多数のチップの電極パッドを一括してコンタクトしよ
うとすると、コンタクトさせるべき面積が広すぎて、ウ
エハの平行度の問題により、全ての電極バンプを電極パ
ッドに確実に接触させること、および全ての電極バンプ
の接触点に対して均等圧力を加えることが困難となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、半導体ウエハ上の複数の
半導体チップの電極パッドを一括してコンタクトする場
合のように、広い面積にわたって電極パッドに接触子を
コンタクトさせる場合でも、全ての接触子を電極パッド
に確実に接触させること、および全ての接触子の接触点
に対して略均等に圧力を加えることができる、プローブ
装置に用いるプローブカードデバイスを提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第1に、複数の電極パッドを有する被検査
体の電極パッドに接触子を接触させて前記被検査体の電
気特性を検査するためのプローブ装置に用いられるプロ
ーブカードデバイスであって、主領域を有する可撓性か
つ絶縁性の膜と、前記被検査体の複数の電極パッドに対
応するように前記膜の主領域に設けられ、前記複数の電
極パッドに接触させるための複数の接触子と、前記膜に
形成され、前記プローブ装置のテスタと前記接触子とを
電気的に接続するための配線とを備え、前記被検査体に
対向して設けられるプローブカードと、プローブカード
を支持する支持部材と、前記プローブカードにおける前
記膜の主領域の裏面を前記被検査体に向けて押圧するた
めの押圧機構と、を具備し、前記押圧機構は、前記主領
域に対応して複数のブロックに分割された押圧部材と、
各ブロックを支持する支持体とを有し、該押圧部材の複
数のブロックがそれぞれ独立に移動可能であり、前記複
数のブロックが前記被検査体の表面プロファイルに追従
した状態で前記被検査体を押圧することを特徴とする、
プローブ装置に用いられるプローブカードデバイスを提
供する。
【0012】第2に、上記プローブカードデバイスにお
いて、前記押圧機構は、前記プローブカードの張力を調
整するための張力調整手段を有することを特徴とするプ
ローブカードデバイスを提供する。
【0013】第3に、上記いずれかのプローブカードデ
バイスにおいて、前記押圧機構は、接触子の押し付け荷
重を調整するための押し付け荷重調整手段を有すること
を特徴とするプローブカードデバイスを提供する。
【0014】第4に、上記いずれかのプローブカードデ
バイスにおいて、前記押圧ブロックの複数の部分は、そ
れぞれ前記支持体にコイルスプリングを介して支持され
ることを特徴とするプローブカードデバイスを提供す
る。
【0015】第5に、上記いずれかのプローブカードデ
バイスにおいて、前記押圧ブロックの複数の部分は板ば
ねによって連結されていることを特徴とするプローブカ
ードデバイスを提供する。
【0016】第6に、上記いずれかのプリーブカードデ
バイスにおいて、前記プローブカードと前記押圧ブロッ
クとの間の前記主領域に対応する部分に、エラストマー
を有することを特徴とするプローブカードデバイスを提
供する。
【0017】本発明においては、プローブカードにおけ
る前記膜の主領域の裏面を前記被検査体に向けて押圧す
るための押圧機構が、前記主領域に対応して複数のブロ
ックに分割された押圧部材と、各ブロックを支持する支
持体とを有しており、押圧部材の複数のブロックがそれ
ぞれ独立に移動可能であり、前記複数の部分が前記被検
査体の表面プロファイルに追従した状態で前記被検査体
を押圧する。したがって、半導体ウエハ上の複数の半導
体チップの電極パッドを一括してコンタクトする場合の
ように、広い面積の被検査体の電極パッドに接触子をコ
ンタクトさせる場合でも、被検査体の電極パッドと接触
子とを確実に接触することができ、しかも全ての接触子
の接触点に対して略均等に圧力を加えることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。図1は本発明のプローブカードデ
バイスが適用されるプローブ装置を示す概略構成図であ
る。図1において、プローブ装置10は筐体10aを有
し、その中の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、半導体ウェハ
12を載置固定するための載置台13が取り付けられて
いる。この載置台13は、その下方に設けられた移動機
構14によりx,y,z方向への移動および回転移動が
可能となっている。
【0019】この載置台13の上方には、本発明のプロ
ーブカードデバイス30が上記半導体ウエハ12に対向
するようにして、プローブ装置10のヘッドプレート1
0bに取り付けられている。このプローブカードデバイ
ス30は半導体ウエハ12のプロービングを行うための
ものであり、その詳細な構造については後述する。
【0020】図示はしていないが、プローブ装置10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13がカメラの下
方位置にまで移動される。
【0021】また、上記プローブ装置10の図面右側部
分には半導体ウェハ12を搬入または搬出するためのオ
ートローダ15が配置されている。上記オートローダ1
5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。
【0022】また、上記プローブ装置10の図面左側部
分にはプローブカード交換機16が設けられている。こ
のプローブカード交換機16には複数種類のプローブカ
ードが収容されており、必要に応じてプローブカードの
交換動作が行われる。
【0023】プローブカードデバイス30の上方には、
コンタクトリング21およびテストヘッド22がそれぞ
れ着脱自在に配置され、テストヘッド22にはテスタ2
3が接続されている。コンタクトリング21は、下方お
よび上方に突出する導電性ピン21aを有しており、こ
れらを介してテストヘッド22およびプローブカードデ
バイス30間を電気的に接続する。テスタ23は、処置
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、チップ側空の出力信号を取り込んでチップ
の良否を判定する。
【0024】半導体ウエハ12を上記プローブカードデ
バイス30を用いて検査するときには、この半導体ウェ
ハ12が上記ローダステージ19により上記載置台13
近くにまで搬送され、上記ハンドリングアーム20によ
り上記載置台13上に載置され、図示しないチャックに
より固定される。そして、その状態でプローブカードデ
バイス30によりプロービングが行われる。検査終了後
は、上記半導体ウェハ12はハンドリングアーム20に
より上記ローダステージ19上に再び移動され、そのロ
ーダステージ19によりウェハカセット17にまで搬送
される。
【0025】プローブ装置10の上部に配置されたテス
タ22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を設置することが可能である。ま
た、このプローブ針の監視の他の実施方法として、被検
査体としての半導体ウエハ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。
【0026】次に、プローブカードデバイス30につい
て説明する。プローブカードデバイス30は、図2に示
すように、メンブレインタイプのプローブカード32
と、プローブカード32を支持する支持ブロック31
と、プローブカードを被検査体である半導体に対して押
圧する押圧機構38と、プリント配線板48とを備えて
いる。
【0027】プリント配線板48は、プローブ装置10
のヘッドプレート10bの載置台13に対向する位置に
形成された孔に嵌め込まれるように設けられ、ヘッドプ
レート10bに固定される。このプリント配線板48
は、硬質の樹脂基板と、その表面に形成された配線とを
有しており、この配線によりプローブカード32とコン
タクトリング21とが電気的に接続される。
【0028】一方、支持ブロック31は、配線基板48
に形成された孔に嵌め込まれ、その状態で配線基板48
に固定されている。支持ブロック31の下面中央部には
凹部31aが形成されており、プローブカード32がそ
の凹部31aを塞ぐ状態で支持ブロック31の下面にボ
ルト49によって固定されている。
【0029】前記押圧機構38は、前記支持ブロック3
1の凹部31a内に設けられ、プローブカード32に張
力を付与する張力付与ブロック51と、複数のブロック
39aに分割された押圧部材39を備えている。張力付
与ブロック51の下面中央部には凹部51aが形成され
ており、この凹部51a内に押圧部材39が設けられて
いる。
【0030】押圧部材39はプローブカード32に押圧
力を与えるためのものであり、図3に示すように、押圧
する領域(後述する主領域33aに対応)に対して縦横
複数(図では16個)のブロック39aに分割されてお
り、これらブロック39aは各ブロックの間に格子状に
設けられた板ばね40により連結されている。
【0031】各ブロック39aは支持棒42を介して支
持部材50に支持されている。図4に示すように、ブロ
ック39aの中央には凹部44が形成されており、この
凹部44内にはスプリング保持部材46が取り付けら
れ、この保持部材46の下部にコイルスプリング45の
下端が取り付けられている。スプリング50の上端には
スプリング50の伸縮に伴って上下動する移動板44が
取り付けられており、この移動板44は筒部材43を介
して支持棒42に連結されている。したがって、各ブロ
ック39aはコイルスプリングの付勢力によって弾性的
に上下動する。なお、隣接するブロック39aの隙間は
例えば約0.1mmに設定される。また、張力付与ブロ
ック51の内側側面にはストッパ56が設けられてお
り、押圧部材39の端部に配置されたブロック39a
は、押圧されて上昇された際にストッパ56によって係
止されるようになっている。
【0032】支持部材50および張力付与ブロック51
の中央部には、支持部材50の上方から貫通するように
ボルト52が螺合されている。このボルト52を調整す
ることによって予め押圧部材39の張力付与ブロック5
1に対する位置が決定される。また、支持ブロック31
の中央部にはその上方から貫通するようにボルト53が
螺合されている。ボルト53の下端には、例えばセラミ
ックやルビーなどの耐摩耗性に優れた材料からなるボー
ル54が圧入固定されている。ボール54の下端はボル
ト52の頭部に形成された凹部52aに当接され、この
ボール54によって押圧部材39が揺動可能な状態に維
持される。このボルト53を調節することによって予め
張力付与ブロック51の位置が決定される。ボルト53
の上部には、このボルト52と支持ブロック31とを固
定するためのナット55が螺合される。
【0033】つまり、ボルト53を回転させて下降させ
ることにより張力付与ブロック51が押圧されて下降
し、ボルト52を回転させて下降させることにより支持
部材50および押圧部材51が押圧されて下降するよう
になっている。この場合に、ボルト53は張力付与ブロ
ック51を張出してその位置を決定することによりプロ
ーブカード32の張力を調整してプローブカード32の
平面度を得るためのものであり、ボルト52は押圧部材
51を張出してプローブカード32の後述するバンプ電
極37の押し付け荷重を調整するためのものである。な
お、張力付与ブロック51の張出し量は例えば0.8m
mに設定され、押圧部材51の張出し量は例えば0.2
mmに設定される。
【0034】プローブカード32は、図5に示すよう
に、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等の可撓性および
絶縁性を有する膜33と、樹脂シート35に銅、銅合金
などからなる配線36が形成されてなるフレキシブルプ
リント回路34とが積層されて形成されており、さらに
接触子としての複数のバンプ電極37を有している。バ
ンプ電極37は、膜33の主領域33aから下方へ突出
するように設けられている。この主領域33aは、載置
台13上に載置された被検査体である半導体ウエハ12
に対応する位置に位置している。また、プローブカード
32が支持ブロック31に固定される部分には枠体61
が介挿されている。なお、膜33はボルト43の調節に
より張力付与ブロック51の下端により押圧されて張出
されるが、膜33と接する張力付与ブロック51の下端
には表面にテフロンコーティングされたシリコンゴム5
1bが設けられている。この場合には、シリコンゴムが
クッション材として作用すると共に、テフロンですべら
せることにより、各方位の張力が安定化される。
【0035】前記主領域33aと押圧部材39との間に
は、シリコンゴムなどで形成されたエラストマー62が
介挿されており、このエラストマー62の表面は表面に
テフロンなどの潤滑材がコーティングされている。この
エラストマー62は主領域33aと略同じ大きさで設け
られており、バンプ電極37と電極パッド12aとが接
触する際に、バンプ電極37間の小さい凹凸を吸収する
ために設けられており、これにより複数のバンプ電極3
7の微視的な平面性が維持される。
【0036】実際の検査に際しては、プローブカード3
2の膜33の主領域33aが、載置台13に載置された
半導体ウエハ12と対向する位置になるように、これら
が位置調節されるが、本実施例では主領域33aの面積
を大きくとって、半導体ウエハ12上の複数のチップに
対応するパッド電極12aに対して一時にプロビングを
行う。
【0037】次に、このように構成されたプローブ装置
の動作について説明する。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に載置す
る。その際に、プローブカード32は、ボルト53を調
節することによりその張力が調整されて所定の平面度に
調節されている。また、ボルト45を調節することによ
りバンプ電極37の押し付け荷重が調節されている。そ
して、半導体ウエハ12を載置台13に設けられたチャ
ック(図示せず)により固定し、その後、移動機構14
により載置台13を移動させ、載置台13を上昇させ、
半導体チップの電極パッド12aとプローブカード32
の接触子であるバンプ電極37とを接触させことによ
り、プローブカード32と半導体ウエハ12との平面方
向の位置合わせを行う。
【0038】この場合、1枚の半導体ウエハには例えば
64個の半導体チップが形成されており、プローブカー
ドの32の膜33の主領域33aが半導体ウエハ12の
複数のチップと対応するように設けられている。このた
め、移動機構14により、主領域33aと、それと対応
する複数の半導体チップとの位置決めを行う。
【0039】この場合に、複数の半導体チップの電極パ
ッドに対して接触子であるバンプ電極を接触させる関係
上、従来の技術では一括してコンタクトすることが困難
であるが、本装置では図2に示すように領域33aを押
圧する押圧部材39が複数のブロック39aに分割され
ており、これらブロック39aが独立に移動可能となっ
ている。しかも、コイルスプリング50により弾性力が
与えられる。従って、半導体ウエハ12はこのように複
数の独立して移動可能なブロック39aによって弾性的
に押圧されるので、これらが半導体ウエハ12の表面プ
ロファイルに追従した状態で半導体ウエハ12を押圧す
ることになる。したがって、この例の半導体ウエハ12
上の複数の半導体チップの電極パッド12aを一括して
コンタクトする場合のような広い面積におけるコンタク
トをとる場合でも、半導体ウエハ12の電極パッド12
aと接触子であるバンプ電極37とを確実に接触するこ
とができ、しかも全ての接触子の接触点に対して略均等
に圧力を加えることができる。
【0040】また、押圧するためのボルト53の先端
に、ボール54が設けられ、押圧部材39が揺動可能に
支持されているので、プローブカード32と半導体ウエ
ハ12との間に傾きが存在する場合でも、容易に追従す
ることができる。
【0041】さらに、プローブカード32の膜33の主
領域33aと押圧部材39との間には、表面にテフロン
などの潤滑材62aがコーティングされたシリコンゴム
などのエラストマー62が介挿されているので、これに
よりバンプ電極37と電極パッド12aとが接触する際
に、バンプ電極37間の小さい凹凸が吸収され、複数の
バンプ電極37の微視的な平面性を維持することができ
る。
【0042】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、種々変形可能である。例えば、上記実施例では
ボルト52および53の2段階でプローブカード32の
張り出しを調節するようにしたが、これに限らず1段階
であってもよい。また、押圧部材の数造についても上記
実施例に限るものではない。さらに、被検査体としては
半導体ウエハに限らず、例えば液晶表示基板であっても
よい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
押圧部材の複数のブロックがそれぞれ独立に移動可能で
あり、前記複数の部分が前記被検査体の表面プロファイ
ルに追従した状態で前記被検査体が押圧される。したが
って、半導体ウエハ上の複数の半導体チップの電極パッ
ドを一括してコンタクトする場合のように、広い面積に
わたって電極パッドに接触子をコンタクトさせる場合で
も、全ての接触子を電極パッドに確実に接触させること
ができ、かつ全ての接触子の接触点に対して略均等に圧
力を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一態様に係るプローブカードデバイス
が適用されるプローブ装置を示す概略構成図。
【図2】本発明の一態様に係るプローブカードデバイス
を示す断面図。
【図3】本発明の一態様に係るプローブカードデバイス
における押圧部材のブロックの配置を模式的に示す図。
【図4】本発明の一態様に係るプローブカードデバイス
における押圧部材のブロックを示す断面図。
【図5】本発明のプローブカードデバイスのプローブカ
ードの構造を示す断面図。
【符号の説明】
10……プローブ装置 11……メインステージ 12……半導体ウエハ 12a…電極パッド 13……載置台 30……プローブカードデバイス 31……支持ブロック 32……プローブカード 33……膜 33a…主領域 34……プリント回路 37……バンプ電極 38……押圧機構 39……押圧部材 39a……ブロック 48……配線基板 50……支持部材 62……エラストマー

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電極パッドを有する被検査体の電
    極パッドに接触子を接触させて前記被検査体の電気特性
    を検査するためのプローブ装置に用いられるプローブカ
    ードデバイスであって、 主領域を有する可撓性かつ絶縁性の膜と、前記被検査体
    の複数の電極パッドに対応するように前記膜の主領域に
    設けられ、前記複数の電極パッドに接触させるための複
    数の接触子と、前記膜に形成され、前記プローブ装置の
    テスタと前記接触子とを電気的に接続するための配線と
    を備え、前記被検査体に対向して設けられるプローブカ
    ードと、 プローブカードを支持する支持部材と、 前記プローブカードにおける前記膜の主領域の裏面を前
    記被検査体に向けて押圧するための押圧機構と、 を具備し、 前記押圧機構は、前記主領域に対応して複数のブロック
    に分割された押圧部材と、各ブロックを支持する支持体
    とを有し、該押圧部材の複数のブロックがそれぞれ独立
    に移動可能であり、前記複数のブロックが前記被検査体
    の表面プロファイルに追従した状態で前記被検査体を押
    圧することを特徴とする、プローブ装置に用いられるプ
    ローブカードデバイス。
  2. 【請求項2】 前記押圧機構は、前記プローブカードの
    張力を調整するための張力調整手段を有することを特徴
    とする、請求項1に記載のプローブカードデバイス。
  3. 【請求項3】 前記押圧機構は、接触子の押し付け荷重
    を調整するための押し付け荷重調整手段を有することを
    特徴とする、請求項1または2に記載のプローブカード
    デバイス。
  4. 【請求項4】 前記押圧ブロックの複数の部分は、それ
    ぞれ前記支持体にコイルスプリングを介して支持される
    ことを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に
    記載のプローブカードデバイス。
  5. 【請求項5】 前記押圧ブロックの複数の部分は板ばね
    によって連結されていることを特徴とする、請求項1な
    いし4のいずれか1項に記載のプローブカードデバイ
    ス。
  6. 【請求項6】 前記プローブカードと前記押圧ブロック
    との間の前記主領域に対応する部分に、エラストマーを
    有することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか
    1項に記載のプローブカードデバイス。
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