JP5196334B2 - プローブカード固着ユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体試験装置において、プローブカードの変形を抑制するプローブカード固着ユニットに関する。

半導体デバイスの製造工程において、半導体デバイスの性能・機能等を試験するために半導体試験装置が用いられている。半導体試験装置では、プローブカードを半導体試験装置に固着し、被試験デバイスである集積回路が形成されたウェハとプローブカードに備えられたプローブピンとを電気的に接続して試験を行なう。プローブカードは、被試験デバイスの種類に対応しているため、被試験デバイスの種類が変わる度に交換が必要となる。

図７（ａ）は、従来の半導体試験装置におけるプローブカード固着部付近の構成を模式的に示す図である。本図において、リング３２０は、着脱可能な円状のプローブカード２００の外周部分を固着するユニットであり、トッププレート３１０に固定されている。図示していないが、トッププレート３１０の上部には、テストヘッドに保持されたベースユニット本体が配置されている。

そして、ウェハ２３０を搭載したプローバチャック２２０が、ウェハ２３０をプローブカード２００のプローブピンに押し当てることで、プローブピンとウェハ２３０との電気的接続が行なわれる。

従来の半導体試験装置では、高温測定を行なうときに、熱の影響により、プローブカード２００が図７（ｂ）に示すように下方向に変形してしまうことを防ぐための機構が備えられている。

この機構について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、円状のトッププレート３１０には、エア駆動されるシリンダ３１１が備えられている。シリンダ３１１は、先端がくさび形状になっているＬ字アーム３１２を、プローブカード２００に備えられたクランプヘッド２１０に突き当たる位置と離れる位置の２つの位置に移動させる。なお、本図では、シリンダ３１１とＬ字アーム３１２とは１組のみを示しているが、実際には少なくとも対向位置に備えられた１組を含めて複数組備えている。

上述のようにプローブカード２００には、テーパ面を有するフランジ状のクランプヘッド２１０が備えられており、プローブカード２００の固着時には、図７（ｂ）に示すように、Ｌ字アーム３１２のくさび面が、プローブカード２００のクランプヘッド２１０のテーパ面とかみ合ってロック状態となるようにシリンダ３１１を駆動させる。これにより、プローブカード２００が下方向に変形することを防いでいる。

一方、プローブカード２００を交換する場合には、Ｌ字アーム３１２のくさび面とクランプヘッド２１０とのかみ合わせが解除してアンロック状態となるようにシリンダ３１１を駆動させる。図８（ａ）は、このときの状態を示している。

特開２０１０−５０４３７号公報

しかしながら、プローブカード２００のクランプヘッド２１０のテーパ面とＬ字アーム３１２のくさび面との間に部品精度の問題が生じた場合や、プローブカード２００の搬送時等に変形が生じた場合等に、図８（ｃ）に示すようにクランプヘッド２１０のテーパ面とＬ字アーム３１２のくさび面とのかみ合わせに不具合が起こることがある。

この不具合により、クランプヘッド２１０のテーパ面とＬ字アーム３１２のくさび面との接触抵抗が大きくなると、摩擦力によってロック動作、アンロック動作に支障をきたすおそれがある。

ロック動作が十分でないと熱の影響によるプローブカード２００の変形の抑制ができなくなり、アンロック動作に障害が生じると、プローブカード２００の取り外しに手間を要し、半導体試験のスループットを悪化させることになる。

そこで、本発明は、プローブカードのロック／アンロック動作を確実に行なうことができるプローブカード固着ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のプローブカード固着ユニットは、テーパ面を有するクランプヘッドを備えたプローブカードを基準部材に固着するプローブカード固着ユニットであって、先端に回転機構を備えたアーム部と、前記アーム部の回転機構が、前記クランプヘッドのテーパ面に接触する位置と、前記クランプヘッドのテーパ面から離れる位置とになるように、前記アーム部を、前記基準部材に対して移動させる駆動部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記クランプヘッドのテーパ面から離れる位置は、前記クランプヘッドの外周よりも外側の位置とすることができる。また、前記アーム部と前記駆動部とは、前記クランプヘッドを挟む位置となるように複数組備えられていることが望ましい。また、前記回転機構は、球面外輪形状のローラとしてもよい。

本発明によれば、プローブカードのロック／アンロック動作を確実に行なうことができるプローブカード固着ユニットが提供される。

本実施形態に係る半導体試験装置のプローブカード固着機構を説明するための模式図である。 プローブカード固着機構のロック状態を示す模式図である。 ２組のプローブカード固着機構を示す模式図である。 プローブカードの傾きを吸収する様子を説明する模式図である。 ローラの形状例を示す図である。 クランプヘッドの形状例を示す図である。 従来の半導体試験装置におけるプローブカード固着部付近の構成を模式的に示す図である。 プローブカードの変形を防ぐための従来の機構について説明する図で

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る半導体試験装置のプローブカード固着機構を説明するための模式図である。本図に示すように、トッププレート１１０には、エア駆動されるシリンダ１１１が備えられている。なお、トッププレート１１０は、半導体試験装置において、テストヘッドに保持されたベースユニット本体の下部に配置される円状の部材である。

シリンダ１１１は、駆動部として機能し、外部に備えられたシーケンサ装置等からの制御信号に基づいて、Ｌ字アーム１１２を、クランプヘッド２１０に突き当たる位置と離れる位置の２つの位置に移動させる。

Ｌ字アーム１１２の先端には、トッププレート１１０の直径方向に自在に回転するローラ１１３が備えられている。ローラ１１３は、回転機構として機能し、少なくとも上部側が露出して、プローブカード２００のクランプヘッド２１０のテーパ面と接触できるようになっている。この構造を満たす限り、ローラ１１３は、車輪状に限られず、円筒状、球状その他の形状を採用することができ、材質も問わない。また、シリンダ１１１により移動する、ローラ１１３の支持部材であるアームは、Ｌ字形状に限られない。

プローブカード２００のロック時には、図２に示すように、Ｌ字アーム１１２に備えられたローラ１１３が、プローブカード２００のクランプヘッド２１０のテーパ面に突き当たり、常に押し当てるようにシリンダ１１１を駆動させる。このとき、ローラ１１３が回転するため、少ない力でシリンダ１１１を駆動させることができる。また、ローラ１１３とクランプヘッド２１０のテーパ面との間で大きな摩擦力が生じないため、ロック動作時の動作不良を防止することができる。

このように、本実施形態では、ローラ１１３をクランプヘッド２１０のテーパ面にエア駆動されるシリンダ１１１の圧で押し付けることで十分な上向きの力を発生させ、高温測定時にプローブカード２００が熱により下方向に変形することを防いでいる。

なお、プローブカード２００の外周部分は、従来同様にトッププレート１１０に固定されたリング１２０によって固着される。ここで、トッププレート１１０とリング１２０とで、プローブカード２００を固着する基準部材として機能している。

また、図１、図２では、シリンダ１１１とローラ付きＬ字アーム１１２とは１組のみを示しているが、実際には図３に示すように、クランプヘッド２１０を挟む位置となるように、少なくともトッププレート１１０の対向する位置の１組を含めて複数組備えさせ、ロック時、アンロック時には各シリンダ１１１を同時に駆動させることが望ましい。

プローブカード２００を交換する場合には、シリンダ１１１によってローラ付きＬ字アーム１１２を、クランプヘッド２１０から離れる位置に移動させることで、ローラ１１３による押し付けを解除してアンロック状態とする。このとき、ローラ１１３がクランプヘッド２１０の外周よりも外側になる位置まで移動させることで、プローブカード２００の取り外し作業が容易となる。図１は、このときの状態を示している。

アンロック動作時も、ローラ１１３が回転するため、少ない力でシリンダ１１１を駆動させることができる。また、ローラ１１３とクランプヘッド２１０のテーパ面との間で大きな摩擦力が生じないため、アンロック動作時の動作不良を防止することができる。

本実施形態ではローラ１１３と、クランプヘッド２１０のテーパ面とは、面ではなく線で接触する。このため、プローブカード２００の形状にゆがみが生じている場合であっても、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、時計回り方向、反時計回り方向のどちらの傾きに対しても、ローラ１１３がプローブカード２００の傾きを吸収するため、摩擦力増加によるロック動作、アンロック動作の不具合を抑止することができる。

さらに、図５（ａ）に示すようにローラ１１３を球面外輪形状とすることで、ローラ１１３と、クランプヘッド２１０のテーパ面とは、点で接触することになる。この場合、図５（ｂ）に示すように、ローラ１１３で、プローブカード２００のあらゆる方向の傾きを吸収することができるようになる。

なお、プローブカード２００の固着に、より強い保持力が必要な場合は、図６（ａ）に示すように、テーパ面を寝かしたクランプヘッド２１０ａを用いることで、ローラ１１３付き当て時に、プローブカード２００の下方向への変形荷重に対して、より大きな上方向の保持力を発生させることができるようになる。

一方、図６（ｂ）に示すように、テーパ面を立たせたクランプヘッド２１０ｂを用いることで、上方向の保持力は小さくなるが、クランプヘッド２１０ｂが占める横方向の空間を小さくすることができ、省スペース化を図ることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ローブカードのロック／アンロック動作を確実に行なうことができるプローブカード固着ユニットが提供される。

１１０…トッププレート
１１１…シリンダ
１１２…Ｌ字アーム
１１３…ローラ
１２０…リング
２００…プローブカード
２１０…クランプヘッド
２２０…プローバチャック
２３０…ウェハ
３１０…トッププレート
３１１…シリンダ
３１２…Ｌ字アーム
３２０…リング

Claims (4)

1. テーパ面を有するクランプヘッドを備えたプローブカードを基準部材に固着するプローブカード固着ユニットであって、
   先端に回転機構を備えたアーム部と、
   前記アーム部の回転機構が、前記クランプヘッドのテーパ面に接触する位置と、前記クランプヘッドのテーパ面から離れる位置とになるように、前記アーム部を、前記基準部材に対して移動させる駆動部とを備えたことを特徴とするプローブカード固着ユニット。
2. 前記クランプヘッドのテーパ面から離れる位置は、前記クランプヘッドの外周よりも外側の位置であることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード固着ユニット。
3. 前記アーム部と前記駆動部とは、前記クランプヘッドを挟む位置となるように複数組備えられてい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固着ユニット。
4. 前記回転機構は、球面外輪形状のローラであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプローブカード固着ユニット。