(57)【要約】【課題】コンタクト荷重や熱によるプローブカードの平面度悪化を効果的に抑制できる半導体テスタを実現する。【解決手段】テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的にコンタクトする半導体テスタにおいて、  前記プローブカードの背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材と、  この金属部材の平面部に対向し、所定距離鉛直方向に移動可能に前記テストヘッド側に支持されたブロックと、  このブロック下部に前記金属部材の平面部に対向して取り付けられた電磁石と、  この電磁石が前記金属部材の平面部に接し給電されて吸着固定された状態において前記ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックと、を備える。【選択図】図１
2012080047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的にコンタクトする半導体テスタにおいて、
前記プローブカードの背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材と、
この金属部材の平面部に対向し、所定距離鉛直方向に移動可能に前記テストヘッド側に支持されたブロックと、
このブロック下部に前記金属部材の平面部に対向して取り付けられた電磁石と、
この電磁石が前記金属部材の平面部に接し給電されて吸着固定された状態において前記ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックと、
を備えることを特徴とする半導体テスタ。
【請求項２】
前記電磁石は、前記金属部材の平面部に接した状態で給電されて前記金属部材の平面部に吸着固定され、給電の解除で吸着固定が解除されることを特徴とする請求項１に記載の半導体テスタ。
【請求項３】
前記フックは、前記電磁石への給電後に前記ブロックへ押圧操作され、前記電磁石への給電解除後に前記ブロックへの押圧固定が解除されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体テスタ。
【請求項４】
前記ブロックと前記フックは、夫々に形成されたテーパ部が当接して押圧接触操作されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体テスタ。
【請求項５】
前記フックは、前記ブロックの上側と下側とに夫々複数個が設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体テスタ。
【請求項６】
前記ブロックと前記電磁石が設けられた前記プローブカードの中心部より所定距離離れて、補助ブロック及び補助電磁石の複数組を前記金属部材の平面部に対向して配置し、前記補助ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックを設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体テスタ。
【請求項７】
テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的に接触する半導体テスタにおいて、
前記プローブカードの背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材と、
この金属部材の平面部に対向し、所定距離鉛直方向に移動可能に前記テストヘッド側に支持されたブロックと、
前記金属部材の平面部に前記ブロック下部に対向して取り付けられた電磁石と、
この電磁石が前記ブロック下部に接し給電されて前記ブロックに吸着固定された状態において前記ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックと、
を備えることを特徴とする半導体テスタ。
【請求項８】
前記金属部材は、前記プローブカードを補強するスティフナであることをことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体テスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的にコンタクトする半導体テスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の半導体テスタの構成例を示す図断面である。テストヘッド１とプローブカード２はコネクタ４を介して電気的に接続され、テスト時は、被測定ウエハ５のパッド上へプローブカード２のプローブピン３をコンタクトさせる。被測定ウエハ５はステージ６により測定位置に搬送される。
【０００３】
プローブカード２はプローバ７により保持されている。テストヘッド１とプローバ７はフローティング構造になっており、コンタクト時にかかる荷重はプローバ７により保持される。このような半導体テスタの構成は、特許文献１に技術開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プローブカード２には以下のような変形要因があり、変形によりプローブピン３の平面度が変化すれば、良好なコンタクトが困難となる。
（１）テスト条件が多岐にわたり、高温／低温測定により被測定ウェハ５からの温度がプローブカード２へ伝わり、熱による変形が生じる。
【０００６】
（２）近年プローブピン数が増加しているため、コンタクト時にプローブカード２にかかる荷重が大きく、荷重による変形が生じ、良好なコンタクトが困難となる。
【０００７】
プローブカード２を補強するために、プローブカード２の背面部側にスティフナ８が取り付けられているが、プローブカード２上に搭載される部品や、プローバ７の自動搬送機構との干渉をさけるために形状に制約がある。また。取り扱いを考慮すると重量にも制約があるため、上記のような変形を十分に抑制することは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、コンタクト荷重や熱によるプローブカードの平面度悪化を効果的に抑制できる半導体テスタを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的にコンタクトする半導体テスタにおいて、
前記プローブカードの背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材と、
この金属部材の平面部に対向し、所定距離鉛直方向に移動可能に前記テストヘッド側に支持されたブロックと、
このブロック下部に前記金属部材の平面部に対向して取り付けられた電磁石と、
この電磁石が前記金属部材の平面部に接し給電されて吸着固定された状態において前記ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックと、
を備えることを特徴とする半導体テスタ。
【００１０】
（２）前記電磁石は、前記金属部材の平面部に接した状態で給電されて前記金属部材の平面部に吸着固定され、給電の解除で吸着固定が解除されることを特徴とする（１）に記載の半導体テスタ。
【００１１】
（３）前記フックは、前記電磁石への給電後に前記ブロックへ押圧操作され、前記電磁石への給電解除後に前記ブロックへの押圧固定が解除されることを特徴とする（１）または（２）に記載の半導体テスタ。
【００１２】
（４）前記ブロックと前記フックは、夫々に形成されたテーパ部が当接して押圧接触操作されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体テスタ。
【００１３】
（５）前記フックは、前記ブロックの上側と下側とに夫々複数個が設置されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の半導体テスタ。
【００１４】
（６）前記ブロックと前記電磁石が設けられた前記プローブカードの中心部より所定距離離れて、補助ブロック及び補助電磁石の複数組を前記金属部材の平面部に対向して配置し、前記補助ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックを設けたことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体テスタ。
【００１５】
（７）テストヘッドと電気的に接続するプローブカード表面部のプローブピンにより、ウェハと電気的に接触する半導体テスタにおいて、
前記プローブカードの背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材と、
この金属部材の平面部に対向し、所定距離鉛直方向に移動可能に前記テストヘッド側に支持されたブロックと、
前記金属部材の平面部に前記ブロック下部に対向して取り付けられた電磁石と、
この電磁石が前記ブロック下部に接し給電されて前記ブロックに吸着固定された状態において前記ブロックと前記テストヘッド間を押圧固定するフックと、
を備えることを特徴とする半導体テスタ。
【００１６】
（８）前記金属部材は、前記プローブカードを補強するスティフナであることをことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の半導体テスタ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）電磁石が下部に取り付けられた上下可動のブロックと、電磁石がスティフナに接して吸着固定した状態でブロックとテストヘッド間を押圧固定するフックとにより構成されたプローブカード保持機構をテストヘッド側に構築することにより、コンタクト荷重、温度変化、自重等によるプローブカードの変形を効果的に抑制することができる。
【００１８】
（２）電磁石の電源を切るだけで簡単にプローブカードとテストヘッド間の接続保持を解除することができるので、安全にプローブカードを取り外すことができる。
【００１９】
（３）プローブカード保持機構をテストヘッド側に構築することで、プローブカードの部品実装エリアに干渉することなしに、プローブカードの保持機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した半導体テスタの一実施例及び動作の遷移前半部を示す断面図である。
【図２】本発明を適用した半導体テスタの一実施例及び動作の遷移後半部を示す断面図である。
【図３】本発明を適用した半導体テスタの他の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した半導体テスタの更に他の一実施例を示す断面図である。
【図５】従来の半導体テスタの構成例を示す図断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した半導体テスタの一実施例及び動作の遷移前半部を示す断面図である。図５で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
図１（Ａ）により、図５の従来構成に追加された本発明の特徴部を説明する。プローブカード２の背面部に接して固定配置された平面部を持つ金属部材は、この実施形態ではスティフナ８である。スティフナ８は、ステンレス等の透磁率の高い金属で作成されており、後述の電磁石３００と対向する面は平面となっている。
【００２３】
このスティフナ８の平面部に対向し、矢印Ｒで示すように所定距離上下方向（プローブカード２に対して鉛直方向）に移動可能にブロック１００がブロックガイド手段２００によりテストヘッド１側に支持されている。ブロック１００の最低位置は、ブロックガイド手段２００の引掛け部２００ａで規制されてる。
【００２４】
ブロックガイド手段２００は、例えば、ブロック１００を保持する為の引掛け部２００ａを持つ４本の支柱で、その４本の支柱で囲まれた中にブロック１００が上下方向に移動可能に収納されている構造が考えられる。
【００２５】
ブロック１００の下部には、スティフナ８の平面部に対向して電磁石３００が取り付けられている。この電磁石内のコイルに電源６００より電流が供給されると、スティフナ８に面する片面のみが吸着面となる。電磁石３００は、金属で周囲及び上面を囲われて高い剛性を持つか、または金属製のブロック１００の内部に組み込まれている構成でもよい。
【００２６】
図１（Ａ）の状態は、テストヘッド１がプローバ７に接続された後、プローブカード２がプローバ７内に搬送された状態である。プローブカード２は矢印Ｑ方向に近接移動中であり、コネクタ４は非結合状態である。
【００２７】
この移動状態では、電磁石３００とスティフナ８の平面部間は離れており、電磁石３００は電源６００より給電されていない。この状態では、後述の上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２は、ブロック１００より離れて外側に停止した状態である。
【００２８】
図１（Ｂ）の状態は、プローバ７によりコネクタ４が結合した待機状態であり、電磁石３００とスティフナ８の平面部間は接触し、電磁石３００とブロック１００は、ブロックガイド手段２００の引掛け部２００ａより上方に押し上げられている。
【００２９】
電磁石３００とブロック１００はブロックガイド手段２００によって上下方向（矢印Ｒ）にある程度の自由度をもって保持されているので、プローブカード２やスティフナ８の厚さのバラツキ、プローバ７の個体差を吸収して接触することが可能となる。
【００３０】
図１（Ｃ）の状態は、電磁石３００とスティフナ８の平面部間の接触状態において、電磁石３００は電源６００より給電され、電磁石３００はスティフナ８の平面部に吸着固定される。
【００３１】
この吸着固定後に、制御部７００よりフック制御信号Ｍが出力される。テストヘッド１側に設けられた上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２は、制御信号Ｍで矢印Ｓ方向（ブロック１００方向）にアクチュエートされ、ブロック１００とテストヘッド１間を押圧固定する。
【００３２】
上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２は、断面図のために夫々２組が表示されているが、ブロック１００に対して複数組が放射条にテストヘッド１側に固定配置されている。
【００３３】
上側フック４０１，４０２は、先端がテ―パ状になっていて、ブロック１００の上側の傾斜部との隙間がなくなるところまで進んで停止をするように動作をさせることで、プローブカード２に余分な応力の発生を抑制している。
【００３４】
同様に、下側フック５０１，５０２も先端がテーパ状になっていて、ブロック１００の下部の傾斜部と接触したところで停止をする。このように、上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２は、先端部にはテーパがついてブロック１００の上側及び下側傾斜部と当接するので、プローブカード２の厚みやテストヘッド１やプローバ７の寸法のばらつきをある程度吸収することができる。
【００３５】
図１（Ｄ）の状態では、ステージ６に搭載された被測定ウェハ５がプローブピン３にコンタクトし、デバイスのテストが開始される。テスト期間中はスティフナ８を介してプローブカード３は、電磁石３００、ブロック１００、上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２によりテストヘッド１側に固定される。従って、従来構成と同様ににスティフナ８を使用した状態でも、プローブカード２の変形は効果的に抑制される。
【００３６】
近年のプローブピン３の本数は、数万ピンに上ることもあり、全ての測定子を確実にウエハ５にコンタクトさせようとすると、ステージ６が押す力は非常に大きく、プローブカード２の平面度を悪化させてしまう。
【００３７】
本発明の構造によれば、ブロック１００に上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２が接触押圧することにより、プローブカード２がステージ６の力により上に凸となる変形を効果的に抑制することができる。
【００３８】
また、高温にてウエハ５を試験する場合は、熱によりプローブカード２が下に凸の方向に撓むため、プローブピン３との接触性が損なわれる。しかし、本発明の構造によれば下側フック５０１，５０２の働きにより、プローブカード２の下方向への撓みを効果的に抑制することができるため、接触性を改善することができる。
【００３９】
尚、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）では、ブロックガイド手段２００の表示を省略している。また、図１（Ｂ）の電磁石３００の給電によるスティフナ８への吸着固定から、図１（Ｄ）の上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２によるブロック１００の保持までの一連の動作シーケンスは、制御部７００により制御される。
【００４０】
図２は、本発明を適用した半導体テスタの一実施例及び動作の遷移後半部を示す断面図である。測定デバイスの品種変更等で、プローブカード２をプローバ７から外す場合は図２（Ｅ）、図２（Ｆ）の遷移をとる。
【００４１】
図２（Ｅ）では、電磁石３００への給電を停止し、電磁石３００とスティフナ８間の吸着固定を解除した後、プローバ７がプローブカード２を下降させる。次に、図２（Ｆ）では、上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２のブロック１００への押圧が矢印Ｓ´方向に解除され、図１（Ａ）の状態に戻る。
【００４２】
この時、スティフナ８とブロック１００は、電磁石３００への給電停止で吸着固定は解除されているため、もしもフックが何らかの理由でブロック１００から外れなくなっても、安全にプローブカード２を下降させることができる。
【００４３】
本発明構成とは別の手法として、プローブカード２の背面に直接ブロック１００を取り付け、これをフック手段によりテストヘッド１側に押圧固定する構成とすることもできるが、プローバ７に自動搬送することから、あまり背の高い部品（ブロック）を取り付けることができない。
【００４４】
結果として、上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２の取り付け位置が低くなってしまい、それらとの干渉を避けるために、プローブカード２上の部品実装範囲が制約を受けることとなる。
【００４５】
しかし本発明の手法では、スティフナ８の形状をほとんど変える必要はなく、また上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２をテストヘッド１側の高い位置に設置することができるので、部品実装エリアへの干渉を避けることができる。
【００４６】
またプローブカード２の背面部に直接ブロック１００を取り付けた構成では、もしも上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２フック４００，５００が故障した場合に、下側５０１，５０２を抱え込んだままプローブカード２が下降するので、プローブカード２を破損させる可能性がある。
【００４７】
しかし、本発明手法のように電磁石３００を使うことで、プローブカード２とブロック１００の接続を外した後に上側フック４０１，４０２と下側フック５０１，５０２を外すので、安全にプローブカード２を下降させることができる。
【００４８】
実施例では、ブロック１００を保持する機構として、テ―パ付きのフック４００，５００を使用しているが、電磁石３００とブロック１００を押圧固定することができるのであれば、他の形状でもかまわない。
【００４９】
尚、本発明に適用できる小型で高吸着力の電磁石３００の例としては、株式会社フジタ製  FSGP-90（最大吸着力330Kgf、外径φ90xH60mm、重さ2.2Kg）等を使用することができる。一般にプローブカード２の熱変形による歪力は、約200kgfといわれており、下側フック５０１，５０２で支えるのに十分な吸着力がある。また外形もプローブカード２の外径（φ440〜480mm）に比して小さいので、テストヘッド１内に収納することが可能である。
【００５０】
図３は、本発明を適用した半導体テスタの他の一実施例を示す断面図である。この実施例の特徴は、小型の電磁石３００をスティフナ８側に固定し、ブロック１００下部の金属面と吸着固定させる構成にある。
【００５１】
この電磁石３００への給電は、電源６００よりプローブカード３側のコネクタ４を経由させる。この実施例の動作は、電磁石３００の取り付け位置が異なるだけで図１、図２に示した実施例と同一である。
【００５２】
図４は、図本発明を適用した半導体テスタの更に他の一実施例を示す断面図である。この実施例の特徴は、ブロック１００と電磁石３００が設けられたたプローブカード２の菜背面中心部より所定距離離れて、補助ブロック８０１，８０２及び補助電磁石９０１，９０２の複数組をスティフナ８の平面部の対向して配置し、補助ブロック８０１，８０２テストヘッド１間を、下側フック５０１，５０２で押圧固定する構成にある。
【００５３】
図では、補助ブロック８０１，８０２に対するブロックガイド手段（図１の２００に相当する）の表示が省略されてる。このように、プローブカード２の中心部に追加して周辺の複数個所をテストヘッド１側に押圧固定することにより、プローブカード２の変形抑止効果を更に向上させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  テストヘッド
２  プローブカード
３  プローブピン
４  コネクタ
５  被測定ウェハ
６  ステージ
７  プローバ
８  スティフナ
１００  ブロック
２００  ブロック保持手段
３００  電磁石
４０１，４０２  上側フック
５０１，５０２  下側フック
６００  電源
７００  制御部
【図１】
2012080047.tif 000003
【図２】
2012080047.tif 000004
【図３】
2012080047.tif 000005
【図４】
2012080047.tif 000006
【図５】
2012080047.tif 000007