JP5826466B2 - プローブカードの平行調整機構及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブカードとウエハ等の被検査体とを電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う際に、プローブカードと載置台上の被検査体との平行度を調整することができるプローブカードの平行調整機構及び検査装置に関するものである。

従来のこの種の検査装置としては、特許文献１に記載のプローブ装置がある。このプローブ装置について図４、図５を参照しながら概説する。このプローブ装置は、被検査体（例えば、ウエハ）を搬送するローダ室と、ローダ室に隣接し且つローダ室から受け取ったウエハの電気的特性検査を行うプローバ室と、を備えている。プローバ室は、図４に示すように、被検査体（ウエハ）Ｗを載置し且つＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な載置台（ウエハチャック）１と、ウエハチャック１の上方に配置されたプローブ２Ａを有するプローブカード２と、プローブカード２を、カードホルダ３を介して着脱可能に保持するカードクランプ機構４と、カードクランプ機構４を介してプローブカード２を支持するインサートリング５と、インサートリング５を支承するヘッドプレート６と、とを備え、テストヘッド（図示せず）をヘッドプレート６側へ旋回させ、接続リングＲを介してテストヘッドとプローブカード２を電気的に接続させるようにしている。

さて、近年、プローブカード２の開発が進み、複数のデバイスを同時に検査するようになってきている。特に、プローブカード２とウエハＷの全てのデバイスと同時に一括して接触させて検査する場合には、プローブカード２の全面に形成された多数のプローブ２ＡがウエハＷの全面に形成された全てのデバイスと接触するため、プローブカード２とウエハＷとの平行度が問題となる。これら両者間の平行度が悪いとプローカード２の全プローブ２ＡとウエハＷとが均一な針圧で接触させることができず、接触荷重に過不足が生じ、検査の信頼性を損なう虞があり、場合によってはプローブカード２やウエハＷ等を傷つける虞がある。

そこで、図４に示す検査装置は、プローブカード２とウエハＷの平行度を調整する平行調整機構７を備えている。この平行調整機構７は、図４、図５に示すように、インサートリング５を、少なくとも三箇所で支承し、二箇所で上下方向へ昇降させることによりプローブカード２の平行度を調整している。この平行調整機構７は、同図に示すように、インサートリング５を一箇所で支承する第１支承機構７Ａと、第１支承機構７Ａからそれぞれ互いに周方向に所定間隔を離間して配置されてインサートリング５を他の二箇所で支承する２つの第２支承機構７Ｂと、を備え、第１、第２支承機構７Ａ、７Ｂがプローブカード２を囲むインサートリング５の中央孔に形成された段部上に配置されている。第１支承機構７Ａは、インサートリング５を支承する支持点として構成され、他の第２支承機構７Ｂは、個別にインサートリング５を昇降させる昇降機構として構成されている。

インサートリング５を支承するヘッドプレート６は、図４に示すように四隅が支持柱８によって水平に支持されている。つまり、テストヘッドが配置されるヘッドプレートは、プローブカード２を支持するインサートリング５と、支持柱８で支持されるヘッドプレート６とに分割されている。本来、ヘッドプレート６は、一体物として形成されている方が強度的に好ましい。しかしながら、平行調整機構７を用いてプローブカード２を可動構造にするために、ヘッドプレート６からインサートリング５が分割されている。

特開２００６−３１７３０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の平行調整機構７では、インサートリング５がヘッドプレート６から分割され、インサートリング５がヘッドプレート６の内端面に形成された矩形状の段部で支持されているため、ヘッドプレートの分割構造と相俟ってインサートリング５がヘッドプレート６より薄くなり、テストヘッドの支承構造としての剛性が低下する問題があった。支承構造の剛性の低下によりインサートリング５上に配置されるテストヘッドからの大きな荷重あるいは検査時のプローブカード２とウエハＷの大きな接触荷重などによってインサートリング５が湾曲し、複数のプローブの針先位置が上下方向に変位する。その結果、適正なオーバードライブ量を得ることが難しく、また、検査時の接触状況を観るためのプローブマークを安定的に得ることが難しくなっている。更に、平行調整機構７について云えば、第１、第２支承機構７Ａ、７Ｂが図５に示すようにプローブカード２の近傍に配置されているため、インサートリング５とヘッドプレート６の間に第１、第２支承機構７Ａ、７Ｂを装着するために、インサートリング５及びヘッドプレート６には独自の支持機構等が必要になり、汎用性のあるヘッドプレート６を使用できない問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、テストヘッドからの大きな荷重あるいは検査時のプローブカードからの接触荷重によるヘッドプレートの変形を防止して適正なオーバードライブ量及び安定したプローブマークを得ることができ、汎用性のあるヘッドプレートを使用ことができ、しかも円滑に平行度を調整することができると共に平行度の調整に余裕をもたせることができる耐荷重性に優れたプローブカードの平行調整機構及びこのプローブカードの平行調整機構を用いた検査装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブカードの平行調整機構は、プローブカードがカードホルダを介して直付けされたヘッドプレートを四隅で支持する４箇所の支持柱のうちの少なくとも三箇所で上記ヘッドプレートを昇降させて、上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体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、上記少なくとも三箇所の支持柱と上記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を備え、上記昇降機構は、上記支持柱の上面に設けられた基体に沿って移動可能に配置された上面に第１の傾斜面を有する移動体と、上記ヘッドプレートに上面が連結され且つ上記移動体の第１の傾斜面と係合する第２の傾斜面を下面に有し第１、第２の傾斜面を介して昇降可能に配置された昇降体と、上記移動体を上記基体の上面に沿って移動させて上記昇降体を昇降させる駆動機構と、上記昇降体を昇降案内する昇降案内機構と、を有し、上記第１、第２の傾斜面を介して係合した上記移動体と上記昇降体は、使用前にはそれぞれの外周面が上記支持柱の外周面と面一で上記支持柱の上端部となるブロック体として形成され、上記基体と上記移動体の境界、及び上記移動体の第１の傾斜面と上記昇降体の第２の傾斜面の境界にはそれぞれ第１、第２移動案内機構が介在し、上記第１、第２移動案内機構及び上記昇降案内機構は、いずれも少なくとも二列のクロスローラを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの平行調整機構は、請求項１に記載の発明において、上記駆動機構は、上記移動体と螺合するボールネジと、上記ボールネジを駆動させるモータと、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の検査装置は、被検査体を載置する載置台と、上記載置台の上方に配置されたプローブカードと、上記プローブカードがカードホルダを介して直付けされたヘッドプレートと、上記ヘッドプレートを四隅で支持する４箇所の支持柱と、上記４箇所の支持柱のうちの少なくとも三箇所で上記ヘッドプレートを昇降させて、上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体との平行度を調整するプローブカードの平行調整機構と、を備えた検査装置であって、上記平行調整機構は、上記少なくとも三箇所の支持柱と上記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を備え、上記昇降機構は、上記支持柱の上面に設けられた基体に沿って移動可能に配置された上面に第１の傾斜面を有する移動体と、上記ヘッドプレートに上面が連結され且つ上記移動体の第１の傾斜面と係合する第２の傾斜面を下面に有し第１、第２の傾斜面を介して昇降可能に配置された昇降体と、上記移動体を上記基体の上面に沿って移動させて上記昇降体を昇降させる駆動機構と、上記昇降体を昇降案内する昇降案内機構と、を有し、上記第１、第２の傾斜面を介して係合した上記移動体と上記昇降体は、使用前にはそれぞれの外周面が上記支持柱の外周面と面一で上記支持柱の上端部となるブロック体として形成され、上記基体と上記移動体の境界、及び上記移動体の第１の傾斜面と上記昇降体の第２の傾斜面の境界にはそれぞれ第１、第２移動案内機構が介在し、上記第１、第２移動案内機構及び上記昇降案内機構は、いずれも少なくとも二列のクロスローラを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の検査装置は、請求項３に記載の発明において、上記駆動機構は、上記移動体と螺合するボールネジと、上記ボールネジを駆動させるモータと、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブカードがカードホルダを介して直付けされたヘッドプレートを四隅で支持する４箇所の支持柱のうちの少なくとも三箇所で上記ヘッドプレートを昇降させて、上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体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、上記少なくとも三箇所の支持柱と上記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を備え、上記昇降機構は、上記支持柱の上面に設けられた基体に沿って移動可能に配置された上面に第１の傾斜面を有する移動体と、上記ヘッドプレートに上面が連結され且つ上記移動体の第１の傾斜面と係合する第２の傾斜面を下面に有し第１、第２の傾斜面を介して昇降可能に配置された昇降体と、上記移動体を上記基体の上面に沿って移動させて上記昇降体を昇降させる駆動機構と、上記昇降体を昇降案内する昇降案内機構と、を有し、上記第１、第２の傾斜面を介して係合した上記移動体と上記昇降体は、使用前にはそれぞれの外周面が上記支持柱の外周面と面一で上記支持柱の上端部となるブロック体として形成され、上記基体と上記移動体の境界、及び上記移動体の第１の傾斜面と上記昇降体の第２の傾斜面の境界にはそれぞれ第１、第２移動案内機構が介在し、上記第１、第２移動案内機構及び上記昇降案内機構は、いずれも少なくとも二列のクロスローラを有するプローブカードの平行調整機構を用いてヘッドプレートを操作してプローブカードと載置台の載置面との平行を調整するようにしたため、インサートリングを省略することができ、検査時にはテストヘッドからの大きな荷重あるいは検査時のプローブカードからの接触荷重によるヘッドプレートの変形を防止して被検査体の適正なオーバードライブ量及び安定したプローブマークを得ることができ、汎用性のあるヘッドプレートを使用ことができ、しかも円滑に平行度を調整することができると共に平行度の調整に余裕をもたせることができ、更に、支持柱に特別の支持機構を設ける必要がなく支持柱の上端部としてコンパクトに一体化した高い剛性を有する耐荷重性に優れたプローブカードの平行調整機構及びこのプローブカードの平行調整機構を用いた検査装置を提供することができる。

本発明の検査装置の一実施形態の要部を示す側面図である。 図１に示す検査装置の平面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す検査装置の平行調整機構を示す図、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）に示す平行調整機構に用いられる移動機構を一例を示す断面図である。 従来の検査装置の要部を示すし側面図である。 図４に示す検査装置の平面図である。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態の検査装置１０は、例えば図１、図２に示すように、ウエハＷを載置する移動可能な載置台（ウエハチャック）１１と、ウエハチャック１１の上方に配置されたプローブカード１２と、プローブカード１２を、カードホルダ１３を介して固定するカードクランプ機構１４と、カードクランプ機構１４が下面に固定されたヘッドプレート１５と、ヘッドプレート１５を四隅で支持する支持柱１６と、ウエハチャック１１上のウエハＷとプローブカード１２との平行度を調整する平行調整機構１７と、を備え、プローブカード１２が接続リングＲを介してテストヘッド（図示せず）に接続された後、制御装置の制御下でウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。

また、プローブカード１２は、ヘッドプレート１５の下面に設けられたカードクランプ機構１４に装着されている。従来のようにヘッドプレート１５が分割されていないため、ヘッドプレート１５本来の高い剛性を備えている。その結果、ヘッドプレート１５の上面にテストヘッド（図示せず）が配置され、また、プローブカード１２とウエハＷとの間に大きな接触荷重が作用しても、ヘッドプレート１５は上下方向へ湾曲し難く、プローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針先位置が安定して一定の高さを維持することができ、常に適正なオーバードライブ量を得ることができると共に安定したプローブマークを得ることができ、もって信頼性の高い安定した検査を行うことができる。

而して、平行調整機構１７は、図１、図２に示すように、ヘッドプレート１５の四隅と４箇所の支持柱１６の間にそれぞれ介在する４箇所の昇降機構１７Ａによって構成され、４箇所の昇降機構１７Ａ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。

図２に示すように本実施形態では昇降機構１７Ａが４箇所に配置されているが、昇降機構１７Ａは４箇所の支持柱１６のうちの少なくとも三箇所に配置すれば良い。昇降機構１７Ａが三箇所に配置される場合には、例えば残りの一箇所の支持柱１６にはヘッドプレート１５を一定の高さで傾斜可能に支持すれば良い。昇降機構１７Ａが少なくとも三箇所に配置されれば、各昇降機構１７Ａが個別に制御されて、二箇所の場合よりヘッドプレート１５の傾斜角を大きくとることができ、プローブカード１２とウエハチャック１１上のウエハＷとの調整角度に余裕を持たせることができる。

図１〜図３に示すように、４箇所の昇降機構１７Ａ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１７Ａは、それぞれの下面で４箇所の支持柱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の四隅にそれぞれ連結されている。

昇降機構１７Ａは、図１〜図３に示すように、支持柱１６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、駆動機構１７Ｆが制御装置の制御下で駆動して移動体１７Ｃを前後方向へ（図１〜図３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を制御するようにしてある。

移動体１７Ｃ及び昇降体１７Ｅは、図１、図３に示すように、いずれも側面形状が略台形に形成され、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形成され、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）に位置する移動体１７Ｃ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、庇状の部分を有している。

図３の（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。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。これらの移動案内機構１７Ｉ、１７Ｊは、図３の（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。第１、第２移動案内機構１７Ｉ、１７Ｊは、それぞれ少なくとも二列のクロスローラを有するため、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。

また、基体１７Ｂは、図３の（ａ）に示すように、支持柱１６の側面から突出しており、突出部にモータ１７Ｈが配置されている。この基体１７Ｂの突出部には昇降体１７Ｅを昇降案内する昇降案内機構１７Ｋがモータ１７Ｈと支持柱１６の側面の間に位置させて設けられている。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の（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。従って、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を介して昇降することができる。

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、測定機器を用いてプローブカード１２とウエハＷの平行度を測定する。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。

制御装置は、測定結果に基づいて平行調整機構１７の４箇所の駆動機構１７Ｆにそれぞれに固有の測定信号を送信し、駆動機構１７Ｆを個別に制御する。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それぞれ昇降すると、各昇降体１７Ｅがヘッドプレレート１５の四隅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。

以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード１２をヘッドプレート１５に設けると共に、平行調整機構１７を構成する昇降機構１７Ａをヘッドプレート１５と４箇所の支持柱１６の間に設けたため、ヘッドプレート１５の剛性が強化されることにより適正なオーバードライブ量及び安定したプローブマークを得ることができ、汎用性のあるヘッドプレートを使用ことができ、しかもヘッドプレート１５の四隅でヘッドプレート１５の平行度を調整することによりヘッドプレート１５とウエハＷの平行度の調整に余裕をもたせることができる

また、平行調整機構１７を構成する昇降機構１７Ａをヘッドプレート１５と４箇所の支持柱１６の間に設けたため、平行調整機構１７を取り付けるための特別な支持機構が不要になり、低コストで種々の検査装置に装着することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。

１０ 検査装置
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 平行調整機構
１７Ａ 昇降機構
１７Ｃ 移動体
１７Ｅ 昇降体
１７Ｆ 駆動機構
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
Ｗ ウエハ（被検査体）

Claims (4)

1. プローブカードがカードホルダを介して直付けされたヘッドプレートを四隅で支持する４箇所の支持柱のうちの少なくとも三箇所で上記ヘッドプレートを昇降させて、上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体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、上記少なくとも三箇所の支持柱と上記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を備え、上記昇降機構は、上記支持柱の上面に設けられた基体に沿って移動可能に配置された上面に第１の傾斜面を有する移動体と、上記ヘッドプレートに上面が連結され且つ上記移動体の第１の傾斜面と係合する第２の傾斜面を下面に有し第１、第２の傾斜面を介して昇降可能に配置された昇降体と、上記移動体を上記基体の上面に沿って移動させて上記昇降体を昇降させる駆動機構と、上記昇降体を昇降案内する昇降案内機構と、を有し、上記第１、第２の傾斜面を介して係合した上記移動体と上記昇降体は、使用前にはそれぞれの外周面が上記支持柱の外周面と面一で上記支持柱の上端部となるブロック体として形成され、上記基体と上記移動体の境界、及び上記移動体の第１の傾斜面と上記昇降体の第２の傾斜面の境界にはそれぞれ第１、第２移動案内機構が介在し、上記第１、第２移動案内機構及び上記昇降案内機構は、いずれも少なくとも二列のクロスローラ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。
2. 上記駆動機構は、上記移動体と螺合するボールネジと、上記ボールネジを駆動させるモータと、を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブカードの平行調整機構。
3. 被検査体を載置する載置台と、上記載置台の上方に配置されたプローブカードと、上記プローブカードがカードホルダを介して直付けされたヘッドプレートと、上記ヘッドプレートを四隅で支持する４箇所の支持柱と、上記４箇所の支持柱のうちの少なくとも三箇所で上記ヘッドプレートを昇降させて、上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体との平行度を調整するプローブカードの平行調整機構と、を備えた検査装置であって、上記平行調整機構は、上記少なくとも三箇所の支持柱と上記ヘッドプレートの間に介在する昇降機構を備え、上記昇降機構は、上記支持柱の上面に設けられた基体に沿って移動可能に配置された上面に第１の傾斜面を有する移動体と、上記ヘッドプレートに上面が連結され且つ上記移動体の第１の傾斜面と係合する第２の傾斜面を下面に有し第１、第２の傾斜面を介して昇降可能に配置された昇降体と、上記移動体を上記基体の上面に沿って移動させて上記昇降体を昇降させる駆動機構と、上記昇降体を昇降案内する昇降案内機構と、を有し、上記第１、第２の傾斜面を介して係合した上記移動体と上記昇降体は、使用前にはそれぞれの外周面が上記支持柱の外周面と面一で上記支持柱の上端部となるブロック体として形成され、上記基体と上記移動体の境界、及び上記移動体の第１の傾斜面と上記昇降体の第２の傾斜面の境界にはそれぞれ第１、第２移動案内機構が介在し、上記第１、第２移動案内機構及び上記昇降案内機構は、いずれも少なくとも二列のクロスローラを有することを特徴とする検査装置。
4. 上記駆動機構は、上記移動体と螺合するボールネジと、上記ボールネジを駆動させるモータと、を有することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。

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