JPH0626228B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えば半導体ウエハ等の被検査体の電気的
特性などを測定検査する多数本のプローブ針を持つプロ
ーブカードを用いたプローブ装置に関する。

（従来の技術） この種のプローブ装置、例えば半導体ウエハプローバに
は多数本のプローブ針を持つプローブカードが装着され
ている。このプローブカードは例えば特公昭59-3581 号
公報等により周知である。

このようなプローブ装置では、第３図に示す如く、プロ
ーブカード２１に装着された多数本のプローブ針を半導
体ウエハ上に多数形成されている半導体素子（チップ）
の各電極部に接触させる。これで、その各プローブ針が
プローブカード２１の回路基板から配線等を介しテスト
ヘッド内のドライバー・コンパレーターを含む測定用検
査基板であるピンエレクトロニクスボード２０に接続
し、且つそこから更に外部のテスター（図示せず）に接
続されているので、当該半導体素子とテスターを電気的
に導通させることができ、この状態で、上記テストヘッ
ドからテスト信号を出力してプローブ針を介し半導体素
子の入力電極に印加すると共に、出力電極に発生する電
気的信号をテストヘッドを介してテスターで受けて、そ
の信号を期待される信号と比較して該半導体素子の電気
的特性などを測定検査し、良品か不良品かの判定などを
行うようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この種のウエハプローブ装置では、検査を実
行する際、載置台上にウエハを載置してアライメントに
より位置決めして上昇させて上側のプローブカード２１
のプローブ針に接触させるが、そのとき、ウエハの半導
体素子の電極配列パターンとプローブカード２１のプロ
ーブ針先端の配列パターンとが互いに水平面上で位置ず
れ、即ちθ方向に位置ずれを生じている場合があり、こ
のような場合は、プローブカード２１をこの外周側から
保持するインサートリングと共にプローブ装置の筐体の
ヘッドプレートに対し回転調整して、該位置ずれを補正
するようにしていた。

このために、プローバ筐体上方に設置されるテストヘッ
ド内のエレクトロニクスボード２０からプローブカード
２１までの電気配線が、成就の如くインサートリングと
共にプローブカード２１全体の回転を可能とする必要性
から、予め少し余裕を持たして（インサートリングヲ回
転しても配線が切れないように）長くされている。この
結果、ピンエレクトロニクスボード２０からプローブカ
ード２１までの配線は約１２０mmにも達する長いものと
なって、検査の際に、高周波信号の減衰や、配線間の信
号のクロストークや、外部のノイズの侵入などを招き易
く、高精度な検査測定に支障をきたすことが判った。

この発明は上記事情に鑑みなされ、その目的とするとこ
ろは、検査の際、被検査体の電極配列パターンとプロー
ブカードのプローブ針の配列パターンとの水平面上での
位置ずれをプローブカード側の回転調整により補正でき
る上に、テストヘッドからプローブカードまでの電気配
線を大幅に短縮できて、高精度な検査測定を可能にした
プローブ装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成するために、テスターにテス
トヘッドを介して電気的に接続したプローブカードの多
数本のプローブ針に対し、被検査体の各電極部を接触さ
せて、該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置
において、前記プローブカードを、プローブ針を装着し
た小径な円板状の第１の回路基板と、この第１の回路基
板を水平面上で回転可能に外周側から支持し且つ上記テ
ストヘッド側の測定用検査回路と電気的に接続する大径
なドーナツ板状の第２の回路基板と、上記第１の回路基
板の各プローブ針に電気的に接続した配線の外周端と第
２の回路基板の配線の内周端とを最短距離で且つ僅かな
弛みを持って接続するワイヤとで構成する一方、上記小
径な第１回路基板を第２の回路基板に対し水平面上で回
転調整せしめる回転駆動機構を具備してなることを特徴
とする。

（作用） こうした構成のプローブ装置であれば、検査の際、被検
査体の電極配列パターンとプローブカードのプローブ針
の配列パターンとの水平面上での回転方向の位置ずれ
を、回転駆動機構によりプローブカードの小径な円板状
の第１の回路基板を回転調整することで補正でき、各プ
ローブ針に被検査体の各電極部を適確に接触させて電気
的特性の検査測定が可能となる。

しかも、上述の如く位置ずれ補正のためにプローブカー
ドの小径な第１の回路基板を大径な第２の回路基板に対
し回転調整可能としたが、その第１の回路基板と第２の
回路基板との電気的接続を、該第１の回路基板の配線の
外周端と第２の回路基板の配線の内周端との最短距離で
ワイヤによって行っていると共に、第１の回路基板が小
径であって最大±３゜程度までの回転調整に伴う周移動
が非常に僅かであるので、上記ワイヤに持たせる弛みは
非常に少なくて良く、これでそのワイヤが極めて短尺な
もので済み、テストヘッド側の測定用検査回路からプロ
ーブカードまでの配線の短縮化が図れるようになり、検
査の際に、高周波信号の減衰や、配線間の信号のクロス
トークや、外部のノイズの侵入などが少なくなって高精
度な検査測定が可能となる。

（実施例） 以下、本発明のプローブ装置の一実施例を第１図乃至第
３図により説明する。ここでは被検査体として坂東体ウ
エハの半導体素子（チップ）を検査するウエハプローブ
装置を例示する。

まず、このウエハプローブ装置は、第２図に示す如く、
プローブ筐体のヘッドプレートの略中央開口部にドーナ
ツ円板状のインサートリング１８を介して後述するプロ
ーブカード１が水平に取付け支持されている。このプロ
ーブカード１はプリント基板で、多数のプリント配線
（図示せず）が形成されている。このプローブカード１
の中央部に多数本のプローブ針５がそれぞれ該プローブ
カード１のプリント配線と電気的に接続した状態で装着
され、各々の針先が下方に突出されている。

このプローブカード１の上方にテストヘッド１０がプロ
ーバ筐体に支えられるようにして設置されている。この
テストヘッド１０内には、前もって決められた電圧・電
流・信号を出力したり、被検査体であるウエハ６の半導
体素子からの電圧・電流・信号などを入力する測定用検
査回路（ドライバー・コンパレータ）を含む基板、例え
ばピンエレクトロニクスボード１１が設置されている。
このピンエレクトロニクスボード１１はプローバ筐体内
部などのに設置されたテスター（図示せず）と電気的に
配線接続されている。

また、このテストヘッド１０の下面部にはプリント基板
であるパフォーマンスボード１２が取付けられており、
このパフォーマンスボード１２のプリント配線とピンエ
レクトロニクスボード１１の測定用検査回路との間が多
数本の配線１３で接続されている。このパフォーマンス
ボード１２からこのプリント配線と電気的に接続した多
数本のポゴピン１４が下方に突設され、これらポゴピン
１４が上記プローブカード１上面に当節して該プローブ
カード１のプリント配線と電気的に接続さてれいる。

一方、プローブ筐体内の上記プローブカード１の下方位
置には、被検査体である半導体ウエハ６を搭載支持する
測定用ステージとしての載置台１６が設置されている。
この載置台１６は、上面に搭載されるウエハ６を真空チ
ャックして固定支持すると共に、Ｘ・Ｙ・Ｚ方向（前後
・左右・上下方向）に移動できるように、図示しない前
後左右及び昇降機構に支持されている。

そして、多数の半導体素子（チップ）が規則的に整列形
成されたウエハ６を載置台６を載置台１６上の所定位置
にアライメントなどして搭載支持し、この状態で載置台
１６をＸ・Ｙ方向に移動してプローブカード１の真下に
対向位置させ、ここで載置台１６を上昇（Ｚアップ）し
て、ウエハ６の半導体素子の各電極部（パッド）を複数
チップ単位で上記プローブカード１の多数本のプローブ
針５の針先に押し当てるように接触させ、これでそれら
半導体素子とテストヘッド１０のピンエレクトロニクス
ボード１１及びテスターとを電気的に接続して、該半導
体素子の電気的特性を検査測定するようになっている。

ここで、上述の如く、載置台１６をＺアップして、ウエ
ハ６の半導体素子の各電極部（パッド）をプローブカー
ド１のプローブ針５に接触させて検査する際、インサー
トリング１８やプローブカード１等の取付ミスや該プロ
ーブカード１自体の製作誤差などにより、ウエハ６の半
導体素子の電極配列パターンとプローブカード１のプロ
ーブ針５先端の配列パターンとが互いに水平面上でθ方
向に位置ずれを生じている場合があり、この補正をプロ
ーブカード１のθ方向の回転で行う。このプローブカー
ド１のθ方向の回転調整は、例えば最大±３゜程度まで
で充分である。

この回転調整を可能にするために、まず、上記プローブ
カード１は、中心部に多数本のプローブ針５を装着した
小径な第１の回路基板２と、この第１の回路基板２の外
周に嵌合して該第１の回路基板２を回転可能に支持する
大径なリング状の第２の回路基板３と、その第１の回路
基板２と第２の回路基板３との対応したプリント配線同
志を接続するワイヤ４とで構成されている。

更に詳述すると、第１の回路基板２は、直径（外径）が
例えば１００mm程度の小径なドーナツ円板状のもので、
第２の回路基板３は、内径が１００mm程度で直径（外
径）が例えば２００mm程度の大径なデーナツ円板状のも
のであり、その第１の回路基板２の外周縁上半部と、第
２の回路基板３の内周縁下半部とには、互いに上下で重
合する段状突部が鍔状に形成され、これで該第１の回路
基板２が第２の回路基板３に載架するように嵌合支持さ
れて同一平面上でθ方向に回転可能とされている。

また、その第１の回路基板２は、プリント基板であっ
て、この中心部に装着した多数本のプローブ針５と各々
電気的に接続する多数本のプリント配線が中央から外周
に亘って形成されている。また、第２の回路基板３もプ
リント基板であって、上記第１の回路基板２の各プリン
ト配線と対応するように、内周側から外周寄りに亘って
多数のプリント配線が形成されている。

そして、その第１の回路基板２と第２の回路基板３との
互いに対応するプリント配線同志がワイヤ４例えば太さ
５mmのＡｌ線のビニール被覆線で半田付けによりい接続
されている。これらワイヤ４は、第１の回路基板２のプ
リント配線の外周端と第２の回路基板３のプリント配線
の内周端との最短距離を接続する非常に短尺なものであ
ると共に、その第１の回路基板２が第２の回路基板３に
対しθ方向に数度例えば上述の如く最大±３゜まで回転
可能に少い弛みを持つ状態とされている。

また、第２の回路基板３の各プリント配線の外周端の電
極パッドに上記パフオーマンスボード１２から突設した
多数本のポゴピン１４の下端が当接して電気的に接続さ
れている。これで第１の回路基板２の中央に装着した各
プローブ針５が、該第１の回路基板２のプリント配線、
ワイヤ４、第２の回路基板３のプリント配線、ポゴピン
１４、パフオーマンスボード１２のプリント配線、配線
１３により、テストヘッド１０のピンエレクトロニクス
ボード１１の測定用検査回路と電気的に接続され、更に
はそのテストヘッド１０を介してプローバ筐体内部など
に設置されたテスターに電気的に接続されている。

また、上記第１の回路基板２をθ方向に回転調整する回
転駆動機構として、上記インサートリング１８上に横軸
的に可逆モータ７が取付けられ、このモータ７から回転
軸８がプローブカード１上に沿って中心方に延出され、
この先端にギア９が設けられている。このギア９が上記
プローブカード１の小径な第１の回路基板２の外周寄り
部上面に設けられラック部に噛合して、モータ７の駆動
によるギヤ９の正逆回転により第１の回路基板２を第２
の回路基板３に対しθ方向に水平回転調整できるように
なっている。

こうした構成のプローブ装置であれば、検査の際、被検
査体であるウエハ６の半導体素子の電極配列パターンと
プローブカード１のプローブ針５の配列パターンとの水
平面上でのθ方向の位置ずれを、回転駆動機構のモータ
７によるギア９の正逆回転によりプローブカード１の小
径な円板状の第１の回路基板２を回転調整することで補
正する。これで各プローブ針５にウエハ６の半導体素子
の各電極部を適確に接触させて電気的特性の検査測定が
可能となる。

また、上述の如くθ方向の位置ずれ補正のためにプロー
ブカード１の小径な第１の回路基板２を大径な第２の回
路基板３に対し回転調整可能としたが、その第１の回路
基板２と第２の回路基板３との電気的接続を、該第１の
回路基板２のプリント配線の外周端と第２の回路基板３
のプリント配線の内周端との最短距離でワイヤ４によっ
て行っていると共に、第１の回路基板２が小径（直径１
００mm程度）であって最大±３゜程度までの回転調整に
伴う周移動が非常に僅かであるので、上記ワイヤ４に持
たせる弛みは非常に少なくて良く、これでそのワイヤ４
が極めて短尺なもので済み、テストヘッド１０側のピン
エレクトロニクスボード１１の測定用検査回路からプロ
ーブカード１までの配線が約５０mmまで大幅に短縮でき
るようになり、検査の際に、高周波信号の減衰や、配線
間の信号のクロストークや、外部のノイズの侵入などが
少なくなって高精度な検査測定が可能となる。

なお、上記第１の回路基板２と第２の回路基板３とより
なるプローブカード１をイサートリング１８にセットし
た時点でのテーィチング操作を説明する。

まず、前述したと同様に、多数の半導体素子（チップ）
が規則的に整列形成されたウエハ６を載置台１６上の所
定位置にアライメントなどして搭載支持し、この状態で
載置台１６をＸ・Ｙ方向に移動してプローブカード１の
真下に対向位置させ、ここで載置台１６を上昇（Ｚアッ
プ）して、ウエハ６の半導体素子の各電極部（パッド）
を上記プローブカード１の多数本のプローブ針５の針先
に押し当てるように接触させる。この際、載置台１６の
Ｘ・Ｙ方向の駆動機構を制御するジョイスティックの操
作と、上記第１の回路基板２の回転駆動機構のモータ７
を制御するジョインスティックの操作をして、該プロー
ブ針５先端の配列パターンとウエハ６の半導体素子の電
極パッド配列パターンとが対向すように位置合わせ調整
する。この時、プローブ針５の先端配列と電極パッドの
配列をＴＶカメラ又は監視光学系を用いて観察しながら
位置合わせ調整する。この調整操作をウエハ６に形成さ
れたすべての半導体素子（チップ）が測定可能なように
実行し、ティーチング操作を終了する。

〔発明の効果〕

本発明のプローブ装置は前述の如く構成したので、検査
の際、被検査体の電極配列パターンとプローブカードの
プローブ針の配列パターンとの水平面上での位置ずれを
プローブカードまでの電気配線を大幅に短縮できて、高
精度な検査測定を実現可能とできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のプローブ装置の一実施例を
示すもので、第１図はプローブカードの構成図、第２図
は第１図のプローブカードをセットしたウエハプローブ
装置の一部断面した構成図、第３図は従来のプローブ装
置の一部断面した構成図である。 １……プローブカード、２……第１の回路基板、 ３……第２の回路基板、４……ワイヤ、 ５……プローブ針、６……被検査体（半導体ウエハ）、 ７，８，９……回転駆動機構 （７……モータ、８……回転軸、９……ギア）、 １０……テストヘッド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テスターにテストヘッドを介して電気的に
   接続したプローブカードの多数本のプローブ針に対し、
   被検査体の各電極部を接触させて、該被検査体の電気的
   特性を検査するプローブ装置において、前記プローブカ
   ードを、プローブ針を装着した小径な円板状の第１の回
   路基板と、この第１の回路基板を水平面上で回転可能に
   外周側から支持し且つ上記テストヘッド側の測定用検査
   回路と電気的に接続する大径なドーナツ板状の第２の回
   路基板と、上記第１の回路基板の各プローブ針に電気的
   に接続した配線の外周端と第２の回路基板の配線の内周
   端とを最短距離で且つ僅かな弛みを持って接続するワイ
   ヤとで構成する一方、上記小径な第１回路基板を第２の
   回路基板に対し水平面上で回転調整せしめる回転駆動機
   構を具備してなることを特徴とするプローブ装置。