(57)【要約】      （修正有）【課題】プローブカードと半導体ウエハの平行度を精度よく維持することのできるプローブ装置及びプローブカードの平行調整機構を提供する。【解決手段】プローブカード１２に配設された複数のプローブ１２Ａを、被検査基板Ｗに接触させて電気的な検査を行うプローブ装置１０であって、前記被検査基板Ｗが載置される載置台１１と、前記載置台１１の上方に前記プローブカード１２を保持するヘッドプレート１５と、前記ヘッドプレート１５を四隅で支持する４つの支持柱１６と、前記支持柱１６のうちの少なくとも３箇所に配設され、前記ヘッドプレート１５を昇降させて、前記プローブカード１５と前記載置台１１上の前記被検査基板Ｗとの平行度を調整する昇降機構１７と、前記昇降機構１７の配置部位のうち少なくとも１箇所に配設され、前記ヘッドプレートの昇降にブレーキをかける解除可能なブレーキ機構２０を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブカードに配設された複数のプローブを、被検査基板に接触させて電気的な検査を行うプローブ装置であって、
前記被検査基板が載置される載置台と、
前記載置台の上方に前記プローブカードを保持するヘッドプレートと、
前記ヘッドプレートを四隅で支持する４つの支持柱と、
前記支持柱のうちの少なくとも３箇所に配設され、前記ヘッドプレートを昇降させて、前記プローブカードと前記載置台上の前記被検査基板との平行度を調整する昇降機構と、
前記昇降機構の配置部位のうち少なくとも１箇所に配設され、前記ヘッドプレートの昇降にブレーキをかける解除可能なブレーキ機構と
を具備したことを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ装置であって、
前記ブレーキ機構は、
前記昇降機構に垂直に固定されたシャフトと、
前記支持柱に固定され前記シャフトを把持する把持機構と
を具備したことを特徴とするプローブ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプローブ装置であって、
前記昇降機構は、前記ヘッドプレートの四隅のうち前方側２箇所及び後方側１箇所の合計３箇所に配設され、
前記ブレーキ機構は、後方側１箇所に配設された前記昇降機の配置部位に配設されている
ことを特徴とするプローブ装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプローブ装置であって、
前記昇降機構は、前記支持柱の上面に沿って移動可能に配置された傾斜面を有する移動体と、前記ヘッドプレートに連結され且つ前記移動体の傾斜面に沿って昇降可能に配置された昇降体と、前記移動体を前記支持柱の上面に沿って移動させる駆動機構と、を有することを特徴とするプローブ装置。
【請求項５】
プローブカードが装着されたヘッドプレートを四隅で支持する４つの支持柱のうちの少なくとも３つの支持柱と前記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を有し、前記プローブカードとその下方に配置された載置台上の被検査基板との平行度を調整するプローブカードの平行調整機構であって、
前記昇降機構の配置部位のうち少なくとも１箇所に配設され、前記ヘッドプレートの昇降にブレーキをかける解除可能なブレーキ機構
を具備したことを特徴とするプローブカードの平行調整機構。
【請求項６】
請求項５記載のプローブカードの平行調整機構であって、
前記ブレーキ機構は、
前記昇降機構に垂直に固定されたシャフトと、
前記支持柱に固定され前記シャフトを把持する把持機構と
を具備したことを特徴とするプローブカードの平行調整機構。
【請求項７】
請求項５又は６記載のプローブカードの平行調整機構であって、
前記昇降機構は、前記ヘッドプレートの四隅のうち前方側２箇所及び後方側１箇所の合計３箇所に配設され、
前記ブレーキ機構は、後方側１箇所に配設された前記昇降機の配置部位に配設されている
ことを特徴とするプローブカードの平行調整機構。
【請求項８】
請求項５〜７いずれか１項記載のプローブカードの平行調整機構であって、
前記昇降機構は、前記支持柱の上面に沿って移動可能に配置された傾斜面を有する移動体と、前記ヘッドプレートに連結され且つ前記移動体の傾斜面に沿って昇降可能に配置された昇降体と、前記移動体を前記支持柱の上面に沿って移動させる駆動機構と、を有することを特徴とするプローブカードの平行調整機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ装置及びプローブカードの平行調整機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハに形成された半導体デバイスにプローブカードに配設された多数のプローブを接触させて電気的な特性の検査を行うプローブ装置が用いられている。また、このようなプローブ装置においては、多数のプローブを半導体ウエハ上に形成された全ての半導体デバイスに同時に一括して接触させて検査するよう構成されたものもある。
【０００３】
上記プローブ装置では、多数のプローブを半導体ウエハに形成された半導体デバイスに均一な針圧で接触させる必要がある。このため、プローブカードと半導体ウエハとの平行度を精度良く保つ必要があり、プローブカードが固定されたヘッドプレートを複数箇所に配設した駆動機構によって昇降させ、プローブカードと半導体ウエハの平行度を調整する平行調整機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１７３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プローブ装置においては、載置台上に載置された半導体ウエハを上昇させてプローブカードのプローブに接触させる際に、例えば、下側から上側に向けて１００ｋｇｆ以上のコンタクト荷重をかけて半導体ウエハをプローブに接触させる場合がある。一方、上述したように駆動機構によってヘッドプレートを昇降させる構成とした場合、駆動機構を介さずに直接機械的にヘッドプレートが固定されている場合に比べて駆動機構が介在する分その剛性が低下する。このため、載置台を上昇させて下側から上側に向けてコンタクト荷重をかけた際の変位量が多くなり、またこの変位量が不均一になるためプローブカードと半導体ウエハの平行度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、プローブカードの平行度を調整するための駆動機構の部分の剛性の低下を抑制することができ、プローブカードと半導体ウエハの平行度を精度よく維持することのできるプローブ装置及びプローブカードの平行調整機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプローブ装置の一態様は、プローブカードに配設された複数のプローブを、被検査基板に接触させて電気的な検査を行うプローブ装置であって、前記被検査基板が載置される載置台と、前記載置台の上方に前記プローブカードを保持するヘッドプレートと、前記ヘッドプレートを四隅で支持する４つの支持柱と、前記支持柱のうちの少なくとも３箇所に配設され、前記ヘッドプレートを昇降させて、前記プローブカードと前記載置台上の前記被検査基板との平行度を調整する昇降機構と、前記昇降機構の配置部位のうち少なくとも１箇所に配設され、前記ヘッドプレートの昇降にブレーキをかける解除可能なブレーキ機構とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
本発明のプローブカードの平行調整機構の一態様は、プローブカードが装着されたヘッドプレートを四隅で支持する４つの支持柱のうちの少なくとも３つの支持柱と前記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を有し、前記プローブカードとその下方に配置された載置台上の被検査基板との平行度を調整するプローブカードの平行調整機構であって、前記昇降機構の配置部位のうち少なくとも１箇所に配設され、前記ヘッドプレートの昇降にブレーキをかける解除可能なブレーキ機構を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プローブカードの平行度を調整するための駆動機構の部分の剛性の低下を抑制することができ、プローブカードと半導体ウエハの平行度を精度よく維持することのできるプローブ装置及びプローブカードの平行調整機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプローブ装置の要部構成を示す図。
【図２】図１のプローブ装置の上面構成を示す図。
【図３】図１のプローブ装置の昇降機構の構成を示す図。
【図４】図１のプローブ装置のブレーキ機構の配置部分の構成を示す図。
【図５】図１のプローブ装置のブレーキ機構の配置部分の構成を示す図。
【図６】図１のプローブ装置のブレーキ機構の構成を示す図。
【図７】図１のプローブ装置のブレーキ機構の構成を示す図。
【図８】図１のプローブ装置の動作を示すフローチャート。
【図９】距離の測定ポイントを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るプローブ装置１０は、被検査基板としての半導体ウエハＷが載置される移動可能な載置台（ウエハチャック）１１を具備しており、ウエハチャック１１の上方には、多数のプローブ１２Ａが配設されたプローブカード１２が配置されている。このプローブカード１２は、ヘッドプレート１５の下面に固定されたカードクランプ機構１４により、カードホルダ１３を介して固定されている。ヘッドプレート１５は、板状に一体に構成されており、高い剛性を備えている。
【００１３】
ヘッドプレート１５は、その四隅において支持柱１６によって支持されており、これらの支持柱１６のヘッドプレート１５との接続部位のうち、少なくとも３箇所には昇降機構１７が配設されている。本実施形態では、昇降機構１７は、ヘッドプレート１５の四隅のうち、前方２箇所（図２中左側）と後方１箇所（図２中右側の上側）の合計３箇所に配設されている。残りの後方１箇所においては、ヘッドプレート１５は、支持柱１６に、一定の高さで傾斜可能に支持されている。なお、昇降機構１７は、全ての支持柱１６のヘッドプレート１５との接続部位、すなわち４箇所に配設してもよい。
【００１４】
また、図２、図４、図５等に示すように、上記した３つの昇降機構１７が配設された部位のうち、少なくとも１箇所には、ヘッドプレート１５の昇降にブレーキをかけるための解除可能なブレーキ機構２０が配設されている。本実施形態では、後方側に配設された昇降機構１７の部位にブレーキ機構２０が配設されている。
【００１５】
図１に示すように、プローブカード１２は、接続リングＲを介して図示しないテスターのテストヘッドに接続され、プローブカード１２を介してテスターから半導体ウエハＷ上に形成された半導体デバイスに検査用の信号を供給し、半導体デバイスからの出力信号をテスターで測定して半導体デバイスの電気的な特性の検査を行うように構成されている。
【００１６】
本実施形態において、平行調整機構は、ヘッドプレート１５の四隅のうちの３箇所の支持柱１６の間にそれぞれ介在する３つの昇降機構１７と、１つのブレーキ機構２０とによって構成され、これらの昇降機構１７及びブレーキ機構２０を用いてプローブカード１２とウエハチャック１１上のウエハＷとの平行度を調整する。この際、プローブカード１２とウエハＷの平行度は、容量センサやレーザー測長器等の測定機器を用いて測定される。
【００１７】
図３に示すように、昇降機構１７は、いずれも全体として略矩形状のブロック状に形成されおり、各昇降機構１７は、それぞれの下面で支持柱１６の上面に固定されていると共に、それぞれの上面でヘッドプレート１５にそれぞれ連結されている。
【００１８】
昇降機構１７は、図３（ａ）に示すように、支持柱１６（図１参照。）の上面に固定された基体１７Ｂと、基体１７Ｂ上面に沿って移動可能に配置された傾斜面を有する移動体１７Ｃと、ヘッドプレート１５に締結部材１７Ｄ（図２参照。）によって連結され且つ移動体１７Ｃの傾斜面に沿って昇降可能に配置された傾斜面を有する昇降体１７Ｅと、移動体１７Ｃを支持柱１６の上面に沿って移動させる駆動機構１７Ｆと、を備えている。そして、駆動機構１７Ｆが制御装置の制御下で駆動され、移動体１７Ｃを前後方向へ（図３（ａ）では左右方向）に所定の寸法だけ移動させることにより、昇降体１７Ｅが移動体１７Ｃの傾斜面を介して所定の寸法だけ昇降するように構成されている。制御装置は、測定機器の測定結果に基づいて駆動機構１７Ｆを制御するようになっている。
【００１９】
移動体１７Ｃ及び昇降体１７Ｅは、いずれも側面形状が略台形状とされ、それぞれの傾斜面が互いに係合して支持柱１６上に納まる矩形状のブロック体として構成されている。そして、それぞれの互いに対向する前後左右の平行面が支持柱１６の側面と実質的に一致し、上下の両面が支持柱１６の上面及びヘッドプレート１５の下面に固定されている。検査装置１０の後方（図１では右側）に位置する昇降体１７Ｅは、上端部が検査装置１０の正面側（図１では左側）へ延設されて、庇状とされた庇状部１７Ｎを有している。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、移動体１７Ｃを移動させる駆動機構１７Ｆは、移動体１７Ｃの前後方向に形成された雌ネジと螺合するボールネジ１７Ｇと、ボールネジ１７Ｇを駆動するモータ１７Ｈと、を有し、移動体１７Ｃを基体１７Ｂの上面に沿って前後方向へ移動させる。基体１７Ｂと移動体１７Ｃの間には、第１移動案内機構１７Ｉが設けられ、この第１移動案内機構１７Ｉを介して移動体１７Ｃが基体１７Ｂ上で前後方向へ円滑に移動するようになっている。
【００２１】
また、移動体１７Ｃの傾斜面と昇降体１７Ｅの傾斜面の間には、第２移動案内機構１７Ｊが設けられ、この第２移動案内機構１７Ｊを介して昇降体１７Ｅが移動体１７Ｃの傾斜面に沿って前後方向へ移動して円滑に昇降するようになっている。これらの第１、第２移動案内機構１７Ｉ、１７Ｊは、図３（ｂ）に示すように、いずれも少なくとも二列のクロスローラを有し、それぞれのリニアガイドに沿って移動するようになっている。これによって、耐荷重性に優れ、高荷重下でも円滑に移動案内することができる。
【００２２】
基体１７Ｂには、昇降体１７Ｅを昇降案内する昇降案内機構１７Ｋが、モータ１７Ｈと昇降体１７Ｅとの間に位置するように配設されている。この昇降案内機構１７Ｋは、基体１７Ｂ上に立設されたリニアガイド１７Ｌと、リニアガイド１７Ｌと少なくとも二列のクロスローラ（図３（ｂ）参照）を介して係合し、リニアガイド１７Ｌに従って昇降体１７Ｅを昇降案内する係合体１７Ｍと、を有している。したがって、昇降体１７Ｅは、移動体１７Ｃが駆動機構１７Ｆを介して前後に移動することにより、少なくとも二列のクロスローラを有する昇降案内機構１７Ｋを介して昇降するようになっている。
【００２３】
ブレーキ機構２０は、図４、図５に示すように、昇降体１７Ｅに固定用治具２１によって垂直に固定されたシャフト２２と、このシャフト２２を把持する把持機構２３と、把持機構２３を支持柱１６に固定するためのベース２４と、把持機構２３への圧縮空気の供給を制御するための電磁弁２５を具備している。把持機構２３は、図６、図７に示すように、筺体３０を具備しており、この筺体３０内には、ブレーキメタル３１とピストン３２が収容されている。
【００２４】
ブレーキメタル３１は、上方から見た時に、中央部に円形の空隙３１Ａを有し一方が開放部３１Ｂとされた略Ｕ字状の形状を有しており、中央部の円形の空隙３１Ａ内にシャフト２２を収容して把持する構成となっている。また、ピストン３２は、くさび状の挿入部３３を有しており、この挿入部３３をブレーキメタル３１の開放部３１Ｂ内に挿脱することによって、ブレーキメタル３１によるシャフト２２の把持及び開放を行う構成となっている。
【００２５】
ブレーキメタル３１によってシャフト２２が把持されている状態では、ヘッドプレート１５の昇降にブレーキがかかった状態となる。一方、ブレーキメタル３１によるシャフト２２の把持が開放された状態では、ブレーキが解除された状態となる。ピストン３２は、筺体３０のピストン３２の裏面側（図６、図７中上側）に配設されたブレーキ開放ポート３４から圧縮空気等を導入することによって、図６に矢印で示すように、図６中下方へ向けて駆動する構成となっている。
【００２６】
なお、図６は、ブレーキ開放ポート３４から圧縮空気等を導入し、ピストン３２の挿入部３３をブレーキメタル３１の開放部３１Ｂ内に挿入してシャフト２２を開放した状態を示している。また、図７は、圧縮空気を排出し、ピストン３２の挿入部３３をブレーキメタル３１の開放部３１Ｂ内から引き抜いてシャフト２２をブレーキメタル３１によって把持した状態を示している。
【００２７】
次に、動作について説明する。まず、ウエハＷの検査を行うために、プローブカード１２をカードクランプ機構１４に装着する。プローブカード１２を装着したままではプローブカード１２とウエハチャック１１上のウエハＷとが平行になっているとは限らない。そこで、プローブカード１２のアライメントを行う。
【００２８】
図８のフローチャートに示すように、プローブカード１２のアライメントでは、測定機器を用いてプローブカード（Ｐ．Ｃ）１２とウエハＷの平行度を測定する（ステップ７０１）。即ち、この測定機器を用いてプローブカード１２とウエハＷ間の距離を複数箇所で測定し、ウエハチャック１１上のウエハＷに対するプローブカード１２の傾きを測定する。測定機器の測定結果は制御装置に送信される。
【００２９】
制御装置は、測定結果に基づいて複数箇所で測定した距離の差が所定値以内であるかを判断する（ステップ７０２）。
【００３０】
そして、距離の差が所定値以内でない場合は、圧縮空気をオンとして、ブレーキ機構２０のブレーキ開放ポート３４から圧縮空気を導入し、ピストン３２の挿入部３３をブレーキメタル３１の開放部３１Ｂ内に挿入してブレーキ機構２０によるブレーキを解除する（ステップ７０３）。
【００３１】
次に、いずれかの昇降機構１７の駆動機構１７Ｆに制御信号を送信し、駆動機構１７Ｆを個別に制御する（ステップ７０４）。これによって、各駆動機構１７Ｆが駆動し、それぞれの移動体１７Ｃが第１移動案内機構１７Ｉを介して所定寸法だけ移動する。これに伴って、各昇降体１７Ｅが第２移動案内機構１７Ｊを介して所定寸法だけ昇降し、昇降体１７Ｅがヘッドプレレート１５を所定の寸法だけ昇降させてヘッドプレート１５の傾斜具合を調整し、プローブカード１２とウエハチャック１１上のウエハＷを平行にする。
【００３２】
次に、圧縮空気をオフとして、ブレーキ機構２０から圧縮空気を排出し、ピストン３２の挿入部３３をブレーキメタル３１の開放部３１Ｂ内から引き抜いてブレーキ機構２０を作動状態とし、ブレーキをかけた状態とする（ステップ７０５）。
【００３３】
次に、ステップ７０１に戻り、測定機器を用いてプローブカード（Ｐ．Ｃ）１２とウエハＷの平行度を再度測定する。
【００３４】
以上のステップを複数箇所で測定した距離の差が所定値以内となり、所定の平行度となるまで繰り返して行う。そして、複数箇所で測定した距離の差が所定値以内となった場合は、処理を終了する（ステップ７０６）。
【００３５】
上記工程において、平行度を見るためのプローブカード１２とウエハＷ間の距離の測定は、例えば図９に示す測定ポイント１，２，３等の３箇所で行う。なお、図９では、下方がプローブ装置１０の前方側、上方がプローブ装置１０の後方側を示しており、後方側の測定ポイント１の近傍にブレーキ機構２０が配設されている。
【００３６】
上記の測定ポイント１，２，３において、ウエハチャック１１により、コンタクト荷重として１６０ｋｇｆの荷重を下側から上側に向けてかけた際の各ポイント１，２，３におけるヘッドプレート１５の変位量を測定した。この結果、測定ポイント１の近傍にブレーキ機構２０を有する本実施形態のプローブ装置１０では、
測定ポイント１：１３μｍ
測定ポイント２：９μｍ
測定ポイント３：１４μｍ
となった。
【００３７】
比較例として、ブレーキ機構２０を有しないプローブ装置によって同様な測定を実施した。この結果、
測定ポイント１：１７μｍ
測定ポイント２：９μｍ
測定ポイント３：１４μｍ
となった。
【００３８】
以上の結果から、ブレーキ機構２０の作用により、コンタクト荷重をかけた際のヘッドプレート１５の変位量を抑制して変位量を均一化することができ、プローブカードと半導体ウエハの平行度を精度よく維持できることが分かった。なお、ブレーキ機構２０を配設することによって、その部分の剛性を２０〜３０％程度向上させることができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１０……プローブ装置、１１……ウエハチャック（載置台）、１２……プローブカード、１２Ａ……プローブ、１４……カードクランプ機構、１５……ヘッドプレート、１６……支持柱、１７…… 昇降機構、１７Ｂ……基体、１７Ｃ……移動体、１７Ｄ……締結部材、１７Ｅ……昇降体、１７Ｆ……駆動機構、１７Ｇ……ボールネジ、１７Ｈ……モータ、１７Ｉ……第１移動案内機構、１７Ｊ……第２移動案内機構、１７Ｋ……昇降案内機構、１７Ｌ……リニアガイド、１７Ｍ……係合体、１７Ｎ……庇状部、２０……ブレーキ機構、２１……固定用治具、２２……シャフト、２３……把持機構、２４……ベース、２５……電磁弁、３０……筺体、３１……ブレーキメタル、３１Ａ……円形の空隙、３１Ｂ……開放部、３２……ピストン、３３……挿入部、３４……ブレーキ開放ポート、Ｗ……半導体ウエハ。
【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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【図９】
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