(57)【要約】【課題】プローブの破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブを検査対象に接触させることが可能な試験装置を実現する。【解決手段】試験装置（１）は、プローブ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有するプローブユニット（１１）と、治具（４０）とを備える。治具（４０）は、Ｚ軸方向（鉛直方向）の位置調整が可能に構成される固定部（４１）と、プローブユニット（１１）が固定される動作部（４２）と、動作部（４２）を固定部（４１）に対してＺ軸方向に移動可能に支持するガイドレール（４３）と、固定部（４１）と動作部（４２）とに接続されたコイルばね（４４）とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を含む検査対象に電気信号を伝送して前記検査対象の試験を行なうための試験装置であって、
前記試験が行なわれる際に前記検査対象に接触されるプローブを有するプローブユニットと、
前記プローブユニットを保持する治具とを備え、
前記治具は、
特定の方向の位置調整が可能に構成される固定部と、
前記プローブユニットが固定される動作部と、
前記動作部を前記固定部に対して前記特定の方向に移動可能に支持するガイド部と、
前記固定部と前記動作部とに接続され、前記特定の方向に弾性力を作用させることが可能な弾性体とを備える、試験装置。
【請求項２】
前記特定の方向は、鉛直方向であり、
前記弾性体の上端および下端の一方が前記固定部に接続され、他方が前記動作部に接続される、請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
前記固定部は、前記鉛直方向の位置調整に加えて、水平方向の位置調整も可能に構成される、請求項２に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を含む検査対象に電気信号を伝送して検査対象の試験を行なうための試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製品性能は、製造過程における試験工程において特性試験（電圧や電流を半導体素子に与えるなどの特性検査およびスクリーニングなど）が行われることによって、保証されている。この特性試験は、検査対象のパッド（被検査部分）に押圧されるプローブを備えた半導体試験装置を用いて行われる。
【０００３】
特開２０１６−１０９６６４号公報（特許文献１）には、上述のプローブを備えた半導体試験装置が開示されている。このプローブは、一方の端部が検査対象に接触可能に構成され、他方の端部が検査用の回路基板に接触される。プローブの一方の端部と他方の端部との間には、プローブの軸線方向に伸縮自在な伸縮部が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１０９６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検査対象の特性試験を一般的なマニュアルプローバーあるいはオートプローバーを用いて行なう場合には、検査対象の高さに合わせプローブの高さを手動あるいは自動で調節することによって、プローブを検査対象に接触させる必要がある。プローブを検査対象に接触させる際にプローブに過大な荷重が生じると、プローブが破損してしまうことが懸念される。特許文献１に示されたプローブにおいては、プローブを検査対象に接触させる際にプローブの伸縮部によって過大な荷重が吸収され得るため、プローブの破損が抑制され得る。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されたプローブを用いてたとえば１０Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）を超える高周波信号を伝送する場合、以下のような問題が生じる。高周波信号を伝送する場合には、信号の減衰を防ぐため、低周波信号を伝送する場合よりも、検査対象とのインピーダンスマッチングをより考慮する必要がある。マイクロストリップ線路などを利用して高周波信号を伝送する場合、特性インピーダンスが所望の値となるように、信号線の長さ、信号線とグラウンド線との距離、信号線の幅などが固定されている。それにも関わらず、特許文献１に示されたプローブのようにプローブと検査対象との接触時に伝送経路の一部であるプローブ自体が伸縮してしまうと、特性インピーダンスがインピーダンスマッチングされた所望の値からずれてしまうという問題が生じることが懸念される。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、プローブの破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブを検査対象に接触させることが可能な試験装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示による試験装置は、半導体を含む検査対象に電気信号を伝送して検査対象の試験を行なうための試験装置である。この試験装置は、試験が行なわれる際に検査対象に接触されるプローブを有するプローブユニットと、プローブユニットを保持する治具とを備える。治具は、特定の方向の位置調整が可能に構成される固定部と、プローブユニットが固定される動作部と、動作部を固定部に対して特定の方向に移動可能に支持するガイド部と、固定部と動作部とに接続され、特定の方向に弾性力を作用させることが可能な弾性体とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、プローブの破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブを検査対象に接触させることが可能な試験装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】試験装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】分布定数線路のモデル図である。
【図３】プローブユニットと半導体素子との接続部の斜視図（その１）である。
【図４】Ｚ軸操作量とプローブ加重との対応関係の一例を示す図である。
【図５】プローブユニットと半導体素子との接続部の斜視図（その２）である。
【図６】ウェハの一例を示す図である。
【図７】プローブユニットと半導体素子との接続部の斜視図（その３）である。
【図８】多面付け基板上に複数の基板が並べられる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１２】
図１は、本実施の形態による試験装置１の構成の一例を模式的に示す図である。試験装置１は、検査対象の特性試験を行なうための装置である。本実施の形態において、検査対象は、外部から駆動用電力と制御信号とが与えられることで所望の論理動作を行なう半導体素子ＳＤである。半導体素子ＳＤは、たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）高周波デバイス、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）高周波デバイス、ＩｎＰ（リン化インジウム）を用いたＥＭＬ（Electro-absorption  Modulated  Laser  diode、変調器集積半導体レーザ）などである。
【００１３】
試験装置１は、プローブユニット１１，１２と、伝送路１３，１４と、検査装置２０と、治具４０，５０とを備える。検査装置２０は、電源２１と、信号発生源２２と、送端整合用抵抗２３と、試験回路２４と、終端抵抗２５と、グラウンド２６とを備える。
【００１４】
プローブユニット１１，１２の各々は、半導体素子ＳＤの被検査部分に押圧される複数のプローブ（後述の図３参照）を備える。プローブの素材には、たとえば、ニッケル、タングステン、ベリリウム銅などが用いられる。
【００１５】
信号発生源２２からの制御信号が伝送路１３、プローブユニット１１を通じて半導体素子ＳＤに伝送され、かつ電源２１からの駆動用電力が半導体素子ＳＤに供給されると、半導体素子ＳＤは、所望の論理動作を行なって出力信号を出力する。半導体素子ＳＤの出力信号は、プローブユニット１２、伝送路１４を通じて試験回路２４に伝送される。
【００１６】
プローブユニット１１，１２は、治具４０，５０によってそれぞれ保持される。なお、プローブユニット１１とプローブユニット１２とは同様の構造を有する。治具４０と治具５０とは同様の構造を有する。そのため、以下では、主に、プローブユニット１１および治具４０について説明する。
【００１７】
試験装置１は、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を検査対象に伝送して検査対象の試験を行なうための装置である。ここでいう高周波とは、いわゆる分布定数が無視できない周波数である。すなわち、伝送路全体の長さに比べて信号の波長が十分長い場合は問題ないが、伝送路全体の長さよりも波長が短い場合、伝送路の送信端と受信端とで異なる電位となり得るため問題となる。以下に具体例を示す。
【００１８】
たとえば、１０Ｇｂｐｓの高周波の波長は０．０３ｍである。信号発生源２２からの制御信号は、上述のように、伝送路１３、プローブユニット１１を通じて半導体素子ＳＤに伝送される。そして、半導体素子ＳＤの出力信号は、プローブユニット１２、伝送路１４を通じ試験回路２４に伝送される。信号発生源２２から試験回路２４までの配線長（伝送路全体の長さ）は、最短でも０．５ｍ以上となり、１５周期以上の波が伝送することになるため、伝送路上の各箇所の電位が異なり得る。そのため、１０Ｇｂｐｓの高周波を用いた試験を行なう試験装置１を、伝送路上のいずれの箇所においても同じ電位および電流を持つ直流線路として扱うのではなく、電位および電流がある分布を持つ分布定数線路として扱うことが望まれる。
【００１９】
図２は、直列に接続される第１伝送路２０１および第２伝送路２０２を有する分布定数線路において、第１伝送路２０１の特性インピーダンスＺ１と第２伝送路２０２の特性インピーダンスＺ２とが異なる場合のモデル図である。
【００２０】
入射波は、第１伝送路２０１の左端から入力するとする。特性インピーダンスが異なる線路の伝送においては、第１伝送路２０１から入射された入射波と、入射波が第１伝送路２０１と第２伝送路２０２との接続点２０３で反射した反射波と、入射波が接続点２０３を透過して第２伝送路２０２へ伝搬された透過波とが存在する。
【００２１】
入射波の電圧Ｖｉｎに対する反射波の電圧Ｖｒの大きさを示す電圧反射係数、入射波の電圧Ｖｉｎに対する透過波の電圧Ｖｔの大きさを示す電圧透過係数は、第１伝送路２０１の特性インピーダンスＺ１および第２伝送路２０２の特性インピーダンスＺ２を用いて、それぞれ下記の式（１）、（２）で表わされる。
【００２２】
電圧反射係数＝Ｖｒ／Ｖｉｎ＝（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）  …（１）
電圧透過係数＝Ｖｔ／Ｖｉｎ＝２Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）  …（２）
第１伝送路２０１の特性インピーダンスＺ１と第２伝送路２０２の特性インピーダンスＺ２とが異なる場合、伝送路内で反射波が発生し、入射波と反射波とが重ね合されて電圧の節（入射波と反射波とが重なり弱めあう部分）と腹（入射波と反射波とが重なり強めあう部分）とを複数（たとえば５０ｃｍの伝送路では３０以上）有する定在波が発生し、多重反射、ゴーストなどの弊害が生じる要因となり得る。
【００２３】
第１伝送路２０１の特性インピーダンスＺ１と第２伝送路２０２の特性インピーダンスＺ２とが同じである場合には、電圧反射係数は０となるため、反射波の発生を防止できる。よって、高周波信号を伝送する場合には、特性インピーダンスを合わせる、すなわちインピーダンスマッチングが重要である。
【００２４】
たとえば、信号発生源２２の送端整合用抵抗２３を５０Ωとし、伝送路１３、プローブユニット１１の特性インピーダンスを５０Ωとするインピーダンスマッチングを行なうことによって、反射成分のない制御信号を半導体素子ＳＤに伝送することが出来る。また、半導体素子ＳＤの出力信号も同様にプローブユニット１２、伝送路１４の特性インピーダンスを５０Ωとし、終端抵抗２５を５０Ωとするインピーダンスマッチングを行なうことによって、反射成分のない出力信号を試験回路２４に伝達することができる。
【００２５】
伝送路は、所望の特性インピーダンスをもつ同軸ケーブルを用いることが一般的である。プローブユニットは、マイクロストリップやコプレーナなど、信号線の幅、絶縁材の誘電率、信号線とグランドの近接度などにより、特性インピーダンスが定まる構造を用いることが一般的である。この場合、信号発生源２２とグラウンド２６との距離や信号ライン幅が所望の特性インピーダンスとなるように固定される。
【００２６】
図３は、図１に示すプローブユニット１１と半導体素子ＳＤとの接続部９の斜視図である。なお、図３においては、長方形状の半導体素子ＳＤの短辺と平行な方向をＸ軸方向、半導体素子ＳＤの長辺と平行な方向をＹ軸方向、半導体素子ＳＤの厚さ方向をＺ軸方向とする例を示している。Ｚ軸方向は、鉛直方向（治具４０の高さ方向）である。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交している。
【００２７】
図３を参照して、プローブユニット１１、半導体素子ＳＤ、および治具４０について更に説明する。
【００２８】
プローブユニット１１は、プローブピン（以下、単に「プローブ」という）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を備える。プローブＰ１は、制御信号を検査対象に伝送するための信号伝送端子である。プローブＰ２，Ｐ３は、グラウンド端子であり、プローブＰ１（信号伝送端子）を挟むように配置される。プローブユニット１１においては、特性インピーダンスが所望の値にマッチングするように、プローブＰ１，Ｐ２間の距離、プローブＰ１，Ｐ３間の距離、各プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の長さおよび幅、各プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３に接続される線の長さおよび幅などが固定されている。
【００２９】
半導体素子ＳＤは、長方形状に形成される。半導体素子ＳＤの長辺部分には、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がそれぞれ押圧（接触）されるパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が備えられる。パッドＰＤ１は信号入力端子、パッドＰＤ２，ＰＤ３はグラウンド端子である。プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にそれぞれ押圧されることで、信号発生源２２から半導体素子ＳＤにインピーダンスマッチングがなされた信号を伝送可能な状態となる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、信号発生源２２から半導体素子ＳＤまでの出力信号の伝送路と同様に、半導体素子ＳＤの出力端子から試験回路２４までの入力信号の伝送路においてもインピーダンスマッチングがなされている。すなわち、本実施の形態による試験装置１においては、信号発生源２２から試験回路２４までの伝送路全体において、インピーダンスマッチングがなされている。
【００３１】
半導体素子ＳＤの特性試験を一般的なマニュアルプローバーあるいはオートプローバーを用いて行なう場合には、半導体素子ＳＤの高さに合わせプローブユニット１１の高さを手動あるいは自動で調節することによって、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３をパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触させる操作（以下、単に「接触操作」ともいう）を行なう必要がある。この接触操作時にプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の先端（パッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３との接触部分）に過大な荷重が生じると、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３が破損してしまうことが懸念される。
【００３２】
さらに、本実施の形態による試験装置１においては、高周波信号を伝送することに鑑み、プローブユニット１１を含む伝送路全体の特性インピーダンスが所望の値となるように予めマッチングされている。そのため、仮に、たとえば上述の特許文献１に示されたプローブのように伝送路の一部であるプローブ自体を伸縮させることによってプローブに加わる荷重を軽減しようとすると、特性インピーダンスが所望の値からずれてしまうことが懸念される。
【００３３】
そこで、本実施の形態による試験装置１には、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３をパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触させることが可能な治具４０を備える。以下、この治具４０について詳しく説明する。
【００３４】
治具４０は、固定部４１と、動作部４２と、ガイドレール（ガイド部）４３と、コイルばね（弾性体）４４とを備える。
【００３５】
固定部４１は、たとえば、図示しないプローバーに接続される。なお、固定部４１は、プローバーと脱着可能に構成されてもよいし、プローバーと一体的に構成されてもよい。また、固定部４１に固定されるプローバーは、接触操作を手動で行なうマニュアルプローバーであってもよいし、接触操作を自動で行なうオートプローバーであってもよい。
【００３６】
以下、マニュアルプローバーを用いて接触操作を行なう場合について説明する。マニュアルプローバーは、Ｘ軸方向の移動量を調整するための回転ノブを有するＸ軸マニピュレータ、Ｙ軸方向の移動量を調整するための回転ノブを有するＹ軸マニピュレータ、Ｚ軸方向の移動量を調整するための回転ノブを有するＺ軸マニピュレータを備える。ユーザが各マニピュレータを手動操作することによって、固定部４１の位置が調整される。
【００３７】
ガイドレール４３は、Ｚ軸方向に延在した状態で固定部４１の側面に固定される。ガイドレール４３は、動作部４２のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動を規制するとともに、動作部４２をＺ軸方向に移動（スライド）可能に保持する。すなわち、固定部４１がマニピュレータよって固定された後において、動作部４２のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動はガイドレール４３によって規制されるが、動作部４２のＺ軸方向の移動は許容される。
【００３８】
プローブユニット１１は、動作部４２の側面に固定される。プローブユニット１１と固定部４１とは、コイルばね４４を介して接続されている。
【００３９】
コイルばね４４は、Ｚ軸方向に延在する。コイルばね４４の上端は固定部４１に接続される。コイルばね４４の下端はプローブユニット１１に接続される。したがって、コイルばね４４の下端はプローブユニット１１を介して動作部４２に接続される。動作部４２は固定部４１に対してＺ軸方向に相対移動可能であるため、コイルばね４４はＺ軸方向に伸縮可能である。
【００４０】
なお、コイルばね４４は、Ｚ軸方向に弾性力を作用させることが可能な弾性体であればよく、必ずしもコイルばねに限定されない。また、コイルばね４４の下端は、動作部４２にプローブユニット１１を介して間接的に接続されることに限定されず、動作部４２に直接的に接続されてもよい。
【００４１】
接触操作によってプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にそれぞれ接触した状態において、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３には、プローブユニット１１の自重と動作部４２の自重との合計がＺ軸下向きに作用するが、これに加えて、コイルばね４４の弾性力がＺ軸上向きに作用する。そのため、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３に加わる荷重は、コイルばね４４の弾性力に相当する分だけ軽減される。
【００４２】
接触操作をマニュアルプローバーを用いて行なう場合、ユーザは、まず、Ｚ軸上方から顕微鏡を見ながらプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とが重なるように、Ｘ軸マニピュレータおよびＹ軸マニピュレータを操作する。次に、ユーザは、Ｚ軸マニピュレータを操作して、固定部４１をＺ軸下向きに移動させて接触操作を行なう。
【００４３】
顕微鏡の視野はＺ軸上方からであるため、ユーザは、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とが接触したことを顕微鏡で直接見ることは難しい。そこで、ユーザは、顕微鏡のピントを半導体素子ＳＤに合わせた状態からＺ軸マニピュレータを操作して固定部４１をＺ軸下向きへゆっくりと移動させ、ピントのずれた状態のプローブユニット１１のピントが合ったとき、すなわちプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の高さとパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３との高さがほぼ同じとなったときに、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とが接触したと認識して、ユーザは、Ｚ軸マニピュレータの操作を止めて固定部４１のＺ軸下向きへの移動を停止する。
【００４４】
このように、ユーザは、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とが接触したことを顕微鏡で直接見ているわけではないため、実際にはプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触しているにも関わらず、ユーザがＺ軸マニピュレータの操作を継続して固定部４１のＺ軸下向きへの移動を継続してしまうことが想定される。
【００４５】
この際、仮にプローブユニット１１が固定部４１に固定されていると、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触した後にユーザがさらに固定部４１をＺ軸下向きに移動させることによって、ユーザの操作力がプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３に直接的に伝わり、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３に加わる荷重（以下、単に「プローブ加重」ともいう）が過剰な値に急増してプローブユニット１１が破損してしまうことが懸念される。
【００４６】
しかしながら、本実施の形態１による治具４０においては、プローブユニット１１が、固定部４１ではなく、固定部４１に対してＺ軸方向に相対移動可能な動作部４２に接続される。そして、固定部４１と動作部４２（プローブユニット１１）とは、Ｚ軸方向に延在するコイルばね４４を介して接続されている。そのため、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触した後にユーザがさらに固定部４１をＺ軸下向きに移動させたとしても、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３には、ユーザの操作力は直接的に伝わるのではなく、ユーザの操作力よりも小さいコイルばね４４の弾性力が伝わることになる。その結果、プローブ加重が軽減され、プローブユニット１１の破損を抑制することができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態１による治具４０においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３を含む伝送路を伸縮させるものではないため、特性インピーダンスが所望の値にマッチングされた状態が維持される。その結果、本実施の形態による試験装置１においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３をパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触させることができる。
【００４８】
図４は、Ｚ軸マニピュレータの操作量（以下「Ｚ軸操作量」ともいう）とプローブ加重との対応関係の一例を示す図である。図４において、横軸はＺ軸操作量を示し、縦軸はプローブ加重を示す。なお、図４においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にちょうど接触した時のＺ軸操作量を「０」とし、Ｚ軸下向きの操作量を正値としている。
【００４９】
図４において、実線は、治具４０を使用した本実施の形態（プローブユニット１１が治具４０を介してマニュピュレータに固定されている場合）の対応関係を示す。点線は、治具４０を使用しない比較例（プローブユニット１１がマニュピュレータに直接固定されている場合）の対応関係を示す。
【００５０】
図４において、プローブ加重が所定値Ｆ１から所定値Ｆ２までの範囲が適正範囲を示し、許容値Ｆ３以上の範囲がプローブユニット１１が破損してしまう破損範囲を示す。
【００５１】
治具４０を使用した本実施の形態（実線）、および治具４０を使用しない比較例（点線）のどちらにおいても、Ｚ軸操作量に比例して、プローブ加重は増加する。
【００５２】
治具４０を使用しない比較例（点線）では、プローブユニット１１がマニュピュレータに直接固定されておりパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にユーザの操作力が直接的に作用するため、Ｚ軸操作量に応じてプローブ加重は急激に増加する。
【００５３】
しかしながら、治具４０を使用した本実施の形態（実線）においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触した後においても、固定部４１に対するプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３のＺ軸方向の相対移動が許容されるとともに、パッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にユーザの操作力が直接的に作用するのではなくコイルばね４４の弾性力が作用する。そのため、治具４０を使用した場合（実線）においては、治具４０を使用しない比較例（点線）よりも、プローブ加重が軽減される。その結果、Ｚ軸操作量が同じであっても、本実施の形態による治具４０を使用した場合（実線）のプローブ加重は、本実施の形態による治具４０を使用しない比較例（点線）のプローブ加重よりも小さい値となる。
【００５４】
Ｚ軸マニピュレータ（回転ノブ）の１回転あたりの操作量を基準量Ｚｒとした場合、プローブ加重が所定値Ｆ１（適正範囲の下限）となるＺ軸操作量は基準量Ｚｒの０．５倍程度であることが望ましく、プローブ加重が所定値Ｆ２（適正範囲の上限）となるＺ軸操作量は基準量Ｚｒの１．５倍程度であることが望ましい。
【００５５】
仮にプローブ加重が所定値Ｆ１となるＺ軸操作量が基準量Ｚｒよりも大きいと、プローブ加重を適正範囲にするためには、ユーザは、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が接触したと認識した後に、Ｚ軸マニピュレータを１回転以上させることになり、検査時間の長期化を招く要因となる。これに対し、プローブ加重が所定値Ｆ１となるＺ軸操作量を基準量Ｚｒの半分程度であると、Ｚ軸マニピュレータを半回転させるだけでプローブ加重を適正範囲にすることができるため、検査時間の長期化を抑制することができる。
【００５６】
また、点線に示すように、仮にプローブ加重が所定値Ｆ２となるＺ軸操作量が基準量Ｚｒの半分未満であると、プローブ加重が許容値Ｆ３となるＺ軸操作量が基準量Ｚｒ未満となり、ユーザがプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が接触したと認識した後に、Ｚ軸マニピュレータを１回転させただけでプローブ加重が許容値Ｆ３を超えてプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３が破損してしまうことが懸念される。これに対し、プローブ加重が所定値Ｆ２となるＺ軸操作量を１．５倍程度であると、Ｚ軸マニピュレータを２回転させたとしてもプローブ加重が許容値Ｆ３を超えることはなく、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の破損を抑制することができる。
【００５７】
Ｚ軸操作量とプローブ加重との対応関係は図４に示すように線形となり、その傾きはコイルばね４４のばね定数を変えることで調整可能である。本実施の形態による治具４０（実線）においては、プローブ加重が所定値Ｆ１となるＺ軸操作量が基準量Ｚｒの０．４倍程度となり、プローブ加重が所定値Ｆ２となるＺ軸操作量が基準量Ｚｒの１．６倍程度となるように、コイルばね４４のばね定数が調整されている。なお、プローブユニット１１とは適正加重範囲が異なる他のプローブに治具４０を適用する場合には、その適正加重範囲に応じてコイルばね４４のばね定数を変更すればよい。
【００５８】
以下、オートプローバーを用いて接触操作を行なう場合について説明する。オートプローバーを用いる場合には、複数の検査対象を１つずつ連続で自動的に試験することが可能である。
【００５９】
図５は、オートプローバーを用いて接触操作を行なう場合における、プローブユニット１１と半導体素子ＳＤとの接続部の斜視図である。図５には、Ｙ軸方向に沿って２つの半導体素子ＳＤが配置されたステージ７０１が示されている。このステージ７０１の位置は、オートプローバーによって個別に調整可能である。なお、治具４０の固定部４１の位置も、オートプローバーによって個別に調整可能である。
【００６０】
このような構成を用いて接触操作を行なう場合、まず、プローブユニット１１のプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３のＸ軸位置およびＹ軸位置が、１つ目の半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のＸ軸位置およびＹ軸位置と一致するように、治具４０とステージ７０１との相対位置が調整される。この際、ステージ７０１上の１つ目の半導体素子ＳＤをカメラ等を用いて認識して治具４０の位置を自動調整するようにしてもよいし、ステージ７０１をＸ軸方向およびＹ軸方向に予め決められた量だけ移動するようにしてもよい。
【００６１】
次に、プローブユニット１１が設置された治具４０をＺ軸下向きに一定量移動させることによって、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３を１つ目の半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接続させる。この際、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触した後にさらにプローブユニット１１がＺ軸下向きに移動されたとしても、マニュアルプローバーを用いる場合と同様、治具４０の作用によってプローブ加重が軽減されるため、プローブユニット１１の破損を抑制することができる。また、伝送路を伸縮させるものではないため、特性インピーダンスも所望の値に維持される。
【００６２】
図示していないが、プローブユニット１２のプローブと２つ目の半導体素子ＳＤの出力側パッドも同様に接続させる。その後、試験をおこなうための交流波信号を半導体素子ＳＤの１つ目に伝送し、出力信号をプローブユニット１２から伝送路１４を通じて試験回路２４へ伝送し、１つ目の半導体素子ＳＤの特性を測定する。
【００６３】
１つ目の半導体素子ＳＤの特性を測定し終えたら、治具４０をＺ軸上向きに一定量移動させ、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の接触を解除する。
【００６４】
次いで、２つ目の半導体素子ＳＤを試験するため、プローブユニット１１のプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３のＸ軸位置およびＹ軸位置が、２つ目の半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のＸ軸位置およびＹ軸位置と一致するように、治具４０とステージ７０１との相対位置が調整される。この際、１つ目の半導体素子ＳＤと同様に、カメラ等を用いて治具４０の位置を自動調整するようにしてもよいし、ステージ７０１をＹ軸方向に予め決められた量だけ移動するようにしてもよい。
【００６５】
次に、治具４０をＺ軸下向きに一定量移動させることによってプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３を２つ目の半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接続させる。図示していないが、プローブユニット１２のプローブと２つ目の半導体素子ＳＤの出力側パッドも同様に接続させる。そして、２つ目の半導体素子ＳＤの試験を行なう。このように、オートプローバーを用いる場合には、複数の検査対象を１つずつ連続で自動的に試験することができる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態による試験装置１は、試験が行われる際に半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触されるプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有するプローブユニット１１と、プローブユニット１１を保持する治具４０とを備える。治具４０は、プローバーによってＺ軸方向（鉛直方向）の位置調整が可能に構成される固定部４１と、プローブユニット１１が固定される動作部４２と、動作部４２を固定部４１に対してＺ軸方向に移動可能に支持するガイドレール４３と、固定部４１と動作部４２とに接続され、Ｚ軸方向に伸縮可能なコイルばね４４とを備える。
【００６７】
そのため、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３をＺ軸下向きに移動させてパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触した後にさらに固定部４１をＺ軸下向きに移動させたとしても、固定部４１に対するプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３のＺ軸方向の相対移動がガイドレール４３およびコイルばね４４によって許容されるとともに、パッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３にユーザの操作力が直接的に作用するのではなくコイルばね４４の弾性力が作用する。そのため、プローブ加重が許容値Ｆ３以上に急増してプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３が破損してしまうことを抑制することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態１による治具４０においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３を含む伝送路を伸縮させるものではないため、特性インピーダンスが所望の値にマッチングされた状態が維持される。その結果、本実施の形態による試験装置１においては、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３の破損を抑制しつつ、かつインピーダンスマッチングを崩すことなく、プローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３をパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に接触させることができる。
【００６９】
＜変形例１＞
上述の図５においては、ステージ７０１上に、Ｙ軸方向に沿って２つの半導体素子ＳＤが並べて設置される例が示されていた。しかしながら、ステージ７０１上に、複数の半導体素子が設けられたウェハが設置されるようにしてもよい。
【００７０】
図６は、ステージ７０１上に配置されるウェハ４０１の一例を示す図である。図６に示すウェハ４０１には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿ってそれぞれ複数の半導体素子ＳＤが配列される。
【００７１】
このようなウェハ４０１をステージ７０１上に配置して試験を行なう場合、たとえば、まずＸ軸方向の１行目の半導体素子ＳＤを順次試験し、Ｘ軸方向の１行目のすべての半導体素子ＳＤの試験を終えたら、ステージ７０１をＹ軸方向に移動させ、Ｘ軸方向の２行目の半導体素子ＳＤを順次試験する。この際、ステージ７０１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させた際に治具４０がステージ７０１と干渉しないように治具４０の形状を変形するなどの対策を施すようにすればよい。
【００７２】
このような試験を繰り返すことによって、ウェハ４０１上に並んでいる複数の半導体素子ＳＤのすべてをオートプローバーを用いて連続して試験するようにしてもよい。
【００７３】
＜変形例２＞
上述の図６においては、厚みが薄く高さ交差の非常に小さいウェハ４０１をステージ７０１上に配置してオートプローバーを用いた試験を行なう例について説明した。
【００７４】
これに対し、高さ交差を持つ複数の構造物をステージ７０１上に配置してオートプローバーを用いた試験を行なうようにしてもよい。
【００７５】
図７は、ステージ７０１上に高さ交差を持つ２つの構造物１００を配置してオートプローバーを用いた試験を行なう場合における、プローブユニット１１と構造物１００との接続部の斜視図である。
【００７６】
ステージ７０１上には、Ｙ軸方向に沿って２つの構造物１００が並べて配列される。構造物１００の各々は、基板１０１と、半導体素子ＳＤと、周辺回路７２０と、パッド７１１、７１２、７１３とを備える。
【００７７】
半導体素子ＳＤは、上述の実施の形態で説明したものと同じ構造を有する。半導体素子ＳＤは、基板１０１上に固着される。半導体素子ＳＤのパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、周辺回路７２０を介して、基板１０１のパッド７１１、７１２、７１３にそれぞれ接続されている。
【００７８】
周辺回路７２０は、たとえばインピーダンス変換回路や、電圧レベルシフト回路、平準化コンデンサなどを含んで構成される。
【００７９】
半導体素子ＳＤは、基板１０１上にダイボンディングされる。このように、周辺回路７２０が付加された基板１０１に素子の状態である半導体素子ＳＤをダイボンディングしたものを試験することで、製品完成後に行なわれる最終試験に近い特性試験を素子の状態で行なうことができる。製品完成後の最終試験で不良が発生すると製品に用いた材料費および労務費などが無駄になるが、素子の状態のまま最終試験に近い特性試験を行なうことによって、そのような無駄を抑制することができる。
【００８０】
基板１０１には、多層ガラスエポキシ基板が用いられるのが一般的である。ガラスエポキシ基板は、基材であるプリプレグと配線層を積層することで多層基板となる。プリプレグの高さ公差が多層化により拡大するため、高さ公差がかなり大きな値になる場合がある。
【００８１】
オートプローバーを用いて接触操作を行なう際にプローブユニット１１のＺ軸操作量を一定とした場合には、構造物１００の高さ公差がマイナスである（想定よりも小さい）場合にはプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッド７１１，７１２，７１３に接触せず、試験ができなくなることが懸念される。また、構造物１００の高さ公差がプラスである（想定よりも大きい）場合にはプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３がパッド７１１，７１２，７１３に接触した後もプローブユニット１１がＺ軸下向きに移動されてプローブユニット１１が破損してしまうことが懸念される。
【００８２】
しかしながら、治具４０を利用する場合には、上述の図４に示したように、プローブ加重が所定値Ｆ１から所定値Ｆ２までの範囲が適正範囲に収まるＺ軸操作量の幅（図４において０．４Ｚｒから１．６Ｚｒまでの量）が、治具４０を利用しない比較例よりも拡大されている。そのため、構造物１００のような高さ公差のある検査対象をオートプローバーを用いて接触操作を行なう際にプローブユニット１１のＺ軸操作量を一定とした場合においても、プローブ加重が適正範囲に収まり易くなる。その結果、プローブユニット１１の破損を抑制しつつ、適正に試験を行なうことができる。
【００８３】
なお、基板１０１は、たとえば多面付け基板上に一定間隔で並べられているものであってもよい。この場合、多面付け基板をステージ７０１上に配置してオートプローバーを用いた試験を行なうようにすればよい。
【００８４】
図８は、長方形状の多面付け基板５０１上に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿ってそれぞれ複数の基板１０１が並べられる例を示す図である。
【００８５】
また、多面付け基板を用いずに、ブレークされた構造物１００をワッフルトレーなどに収納した場合にも有用である。この場合、ワッフルトレーのポケット内で構造物１００が動いてしまうため、仮にＸ軸方向の移動量およびＹ軸方向の移動量を一定にしてしまうとプローブＰ１，Ｐ２，Ｐ３とパッドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の接続は困難であるが、カメラ認識等を用いることで微調整を容易に行なうことができる。
【００８６】
一方、Ｚ軸方向の微調整は、ワッフルトレーのポケット淵と構造物１００の高さとが干渉しカメラ認識が困難であるため、治具４０が有用である。すなわち、ワッフルトレーのポケット深さは構造物１００が隣のポケットに移動したりトレーから落下したりしない十分な深さを持つ。そのため、ポケット深さは構造物１００の高さと同じがそれ以上であることが一般的である。よって、Ｚ軸方向にカメラを設置してもポケット淵のほうが構造物１００より高いため構造物１００を認識できない。そのため、Ｚ軸操作量については一定としつつ、治具４０を利用してプローブユニット１１の破損を抑制しながら試験を行なうことが有用である。
【００８７】
上述の実施の形態および変形例は、技術的な矛盾が生じない範囲において、適宜、変形したり、組合せたり、省略したりすることが可能である。
【００８８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８９】
１  試験装置、９  接続部、１１，１２  プローブユニット、１３，１４  伝送路、２０  検査装置、２１  電源、２２  信号発生源、２３  端整合用抵抗、２４  試験回路、２５  終端抵抗、２６  グラウンド、４０，５０  治具、４１  固定部、４２  動作部、４３  ガイドレール、４４  コイルばね、１００  構造物、１０１  基板、２０１  第１伝送路、２０２  第２伝送路、２０３  接続点、４０１  ウェハ、５０１  多面付け基板、７０１  ステージ、７１１，７１２，７１３，Ｄ１，ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３  パッド、７２０  周辺回路、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  プローブ、ＳＤ  半導体素子。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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