以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、試験装置100全体を示す正面図である。試験装置100は、EFEM110、操作部120、ロードユニット130、チラー140を備える。
EFEM110は、試験対象となる基板を試験装置100の内部で搬送する機構を内蔵する。試験装置100のなかでEFEM110は寸法が最も大きいので、試験装置100の動作状態を示すシグナルランプ112と、試験装置100を非常停止させる場合に操作するEMO114とが、EFEM110前面の高い位置に配される。
操作部120も、EFEM110に支持される。操作部120は、ディスプレイ122、アーム124および入力装置126を有する。アーム124は、一端をEFEM110に結合され、他端においてディスプレイ122および入力装置126を移動自在に支持する。
ディスプレイ122は、例えば液晶表示装置等を含み、試験装置100の動作状態、入力装置126からの入力内容のエコーバック等を表示する。入力装置126は、キーボード、マウス、トラックボール、ジョグタイヤル等を含み得、試験装置100の設定、操作等を受け付ける。
ロードユニット130は、ロードテーブル132およびロードゲート134を有する。ロードテーブル132は、試験の対象となる半導体ウエハを収容した容器が載せられる。ロードゲート134は、試験装置100に半導体ウエハを搬入または搬出する場合に開閉する。これにより、試験装置100内部の清浄度を低下させることなく、外部から半導体ウエハをロードできる。
チラー140は、試験装置100における試験動作により温度が上昇したウエハを搬出前に冷却する場合等に、冷却された冷媒を供給する。このため、チラー140は、熱交換器を有して、試験を実行するテストヘッドの近傍に配される。なお、チラー140は、多くの場合は冷媒を冷却する目的で使用される。しかしながら、加熱用熱源を供給する目的で、熱媒の加熱に使用される場合もある。また、冷却または加熱された熱媒の供給源が試験装置100の外部に別途用意されている場合は、チラー140が試験装置100から省かれる場合もある。
図2は、試験装置100の部分縦断面図である。図1と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。試験装置100は、ロードユニット130、EFEM110、メインフレーム160、アライメントユニット400、プローブカード300およびテストヘッド200を備える。この図ではチラー140の図示は省いた。
この試験装置100においては、ロードユニット130、EFEM110およびメインフレーム160が、前面(図中の左側)から後方(図中の右側)に向かって順次隣接して配される。また、アライメントユニット400、プローブカード300およびテストヘッド200は、メインフレーム160の上に積層される。
ロードユニット130のロードテーブル132には、FOUP150が載せられている。FOUP150は、試験対象となるウエハ101を複数格納する。また、試験終了後のウエハ101を回収する場合にも、FOUP150にウエハが収納される。
EFEM110は、ロボットアーム116を内蔵する。ロボットアーム116は、レール115に沿って走行するコラム117に搭載され、ロードユニット130およびアライメントユニット400の間でウエハを搬送する。このため、ロードユニット130とEFEM110、アライメントユニット400とEFEM110は、それぞれ内部で気密に連通し、これらの内部は高い清浄度を保たれる。
メインフレーム160は、試験装置100全体の動作を制御する。例えば、操作部120に接続されて、入力装置126から入力を受け付け、それを試験装置100の各部に反映させる。また、試験装置100の動作状態を反映させた表示内容を生成して、ディスプレイ122に表示させる。
更に、メインフレーム160は、ロードユニット130、EFEM110およびアライメントユニット400の動作を同期させて、ウエハ101を相互に受け渡しさせる。また更に、EMO114が操作された場合は、試験装置100各部の動作を直ちに停止させる。これらの動作は、試験の対象となるウエハ101の種類、試験の内容に関わらず求められるので、メインフレーム160は試験装置100に恒常的に装備される。
アライメントユニット400は、アライメントステージ410を有する。換言すれば、プローブカード300を交換することにより、レイアウトの異なるウエハ101に試験装置100を対応させることができる。
アライメントステージ410は、ウエハトレイ450およびウエハ101を搭載してレール402に沿って走行する。また、アライメントステージ410は、垂直方向に伸縮して、搭載したウエハ101を上昇または降下させることができる。これにより、プローブカード300に対してウエハ101を位置合わせした後、ウエハ101を上方のプローブカード300に押し付ける。
プローブカード300は、試験装置100において試験を実行する場合に、テストヘッド200とウエハ101との間に介在して、テストヘッド200およびウエハ101を電気的に接続する。これにより、テストヘッド200とウエハ101との間に電気的な信号経路が形成される。
テストヘッド200は、複数のピンエレクトロニクス210を格納する。ピンエレクトロニクス210は、試験の対象および試験の内容に応じて求められる電気回路を実装される。換言すれば、テストヘッド200は、下面に装着されたコンタクタ202を介して、プローブカード300に対して電気的に接続される。
上記のような試験装置100において、試験に供するウエハ101は、FOUP150に収容された状態で、ロードテーブル132に搭載される。ロボットアーム116は、ロードゲート134を通してウエハ101を1枚ずつ取り出して、アライメントユニット400に搬送する。
アライメントユニット400において、ウエハ101は、アライメントステージ410上のウエハトレイ450に搭載される。アライメントステージ410は、搭載されたウエハ101をプローブカード300に対して位置合わせした後、プローブカード300に対して下方から押し付ける。以後の動作については後述する。
図3は、試験装置100の部分水平断面図である。図1および図2と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。試験装置100は、4基のロードユニット130と、4基のテストヘッド200とを備える。また、ロードユニット130の各々には、FOUP150が装填される。
EFEM110およびアライメントユニット400は1基ずつ配される。また、アライメントユニット400は、単一のアライメントステージ410を備える。
EFEM110において、ロボットアーム116を支持するコラム117は、レール115に沿って、EFEM110の略全幅にわたって移動する。従って、ロボットアーム116は、4基のロードユニット130および4基のテストヘッドの全てにウエハ101を搬送できる。
なお、EFEM110内部の、チラー140と反対側の端部に、プリアライナ118が配される。プリアライナ118は、ロボットアーム116に対するウエハ101の搭載位置を、テストヘッド200が要求する精度よりは低いが相当に高い精度で調整する。
これにより、ロボットアーム116がウエハトレイ450にウエハ101を搭載する場合の初期位置精度が向上され、プローブカード300に対する位置合わせに要する時間が短縮される。また、試験装置100のスループットを向上させることができる。
アライメントユニット400は、レール402、422、ステージキャリア420、アライメントステージ410およびマイクロスコープ430を有する。レール402は、筐体401底面の略全幅にわたって配される。ステージキャリア420は、レール402に沿って、筐体401の長手方向に移動する。
ステージキャリア420は、筐体401のレール402に直行するレール422を上面に有する。アライメントステージ410は、レール422の上を筐体401の短手方向に移動する。
マイクロスコープ430の一部は、テストヘッド200の各々に対応して、プローブカード300の各々の直近に配される。これらのマイクロスコープ430は、筐体401の天井面に、下方に向かって配される。
また、一対のマイクロスコープ430が、アライメントステージ410と共に、ステージキャリア420に搭載される。この一対のマイクロスコープ430は、アライメントステージ410と共に移動する。また、これらのマイクロスコープ430は、上方に向かって配される。
これらのマイクロスコープ430を用いることにより、プローブカード300に対してアライメントステージ410上のウエハ101を位置合わせすることができる。即ち、アライメントステージ410上の上に搭載された段階では、ウエハ101の位置は、プリアライメントの精度で位置決めされている。そこで、下方を向いたマイクロスコープ430でウエハ101の例えば縁部を検出することにより、ウエハ101の位置を正確に検出することができる。
一方、筐体401に配されたマイクロスコープのプローブカード300に対する相対位置は既知である。これにより、ウエハ101の位置とプローブカード300の位置との差分を検出し、それが補償されるようにアライメントステージ410を移動させて、ウエハ101およびプローブカード300を位置合わせすることができる。
なお、ウエハ101の検出は、縁部の検出に限られるわけではなく、ディスプレイ122にマイクロスコープ430の映像を表示して、手動で位置合わせしてもよい。また、ウエハトレイ450等に設けたフュディシャルマークを参照して、試験装置100が自動的に位置合わせしてもよい。
図4は、アライメントユニット400の構造を示す部分縦断面図である。図1から図3と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。アライメントユニット400は、筐体401、アライメントステージ410およびハンガフック440を備える。
筐体401は、複数のテストヘッド200、例えば4基のテストヘッド200に応じた幅を有する。また、筐体401の上面には、テストヘッド200の各々に対応して4枚のプローブカード300が装着される。更に、筐体401内部の天井面には、テストヘッド200の各々に対応する位置に、開閉するハンガフック440がそれぞれ配される。
ハンガフック440は、閉じた場合にはウエハトレイ450を懸下して、プローブカード300の直下に保持する。ハンガフック440が開いた場合、ウエハトレイ450は開放される。これにより、アライメントユニット400は、テストヘッド200およびプローブカード300の各々の直下に、それぞれウエハトレイ450を待機させる。
アライメントステージ410は、筐体401の底面に配されたレール402に沿って、いずれのテストヘッド200の下方にも移動できる。また、アライメントステージ410は、垂直方向に伸縮して、搭載したウエハトレイ450等を上昇または降下させることができる。
上記のような構造を有するアライメントユニット400において、ハンガフック440に保持されたウエハトレイ450は、下方からアライメントステージ410を上昇させることにより、いったん、単独でアライメントステージ410に搭載される。続いて、ハンガフック440を開いて開放した状態でアライメントステージ410を降下させることにより、ウエハトレイ450をハンガフック440から開放する。
更に、アライメントステージ410の降下により上面を開放されたウエハトレイ450に、EFEM110のロボットアーム116がウエハ101を搭載する。こうして、アライメントステージ410は、ウエハトレイ450に載せられた状態でウエハ101を搭載できる。
次に、アライメントステージ410は、プローブカード300に対してウエハ101を位置合わせしつつ、ウエハトレイ450を上昇させて、プローブカード300の下面に押し付ける。プローブカード300は、押し付けられたウエハトレイ450およびウエハ101を吸着する。プローブカード300がウエハ101およびウエハトレイ450を吸着する構造については後述する。
アライメントステージ410は、ウエハ101およびウエハトレイ450を残して移動し、他のウエハ101を搬送する。こうして、ウエハ101を、テストヘッド200に対して装填できる。
なお、試験を終えたウエハ101を回収する場合は、上記の一連の操作を逆の順序で実行すればよい。これにより、ロボットアーム116によりウエハ101を搬出できると共に、ウエハトレイ450は、テストヘッド200の直下で待機する。
図示の例では、図上で右側のテストヘッド200の直下で、ウエハトレイ450およびウエハ101が、プローブカード300に吸着されている。ハンガフック440は閉じているが、ウエハトレイ450には接していない。
右から2番目のテストヘッド200の直下では、アライメントステージ410が、搭載したウエハトレイ450およびウエハ101を押し上げて、プローブカード300の下面に密着させている。他のテストヘッド200の下方では、ハンガフック440がウエハトレイ450を保持して待機している。
このように、アライメントユニット400においては、4基のテストヘッド200の各々に対応してウエハトレイ450が装備される。これにより、テストヘッド200の各々が個別にウエハ101を試験できる。
なお、複数のテストヘッド200は、互いに同じ種類の試験を実行してもよいし、互いに異なる種類の試験を実行してもよい。また、後者の場合、時間のかかる試験を複数のテストヘッドに担わせることにより、試験装置100のスループットを向上させることもできる。
このように、試験装置100においては、単一のアライメントステージ410およびロボットアーム116を、複数のテストヘッド200に対して用いる。これにより、試験を実行している期間は不要なアライメントステージ410およびロボットアーム116の利用効率を向上させることができる。
図5は、テストヘッド200の断面図である。図1から図4と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。テストヘッド200は、筐体201、コンタクタ202、ピンエレクトロニクス210、マザーボード220およびフラットケーブル230を備える。
筐体201の内部には、複数の中継コネクタ224を有するマザーボード220が水平に配される。中継コネクタ224は、マザーボード220の上面側および下面側にそれぞれレセプタクルを有し、マザーボード220を貫通する信号経路を形成する。
マザーボード220の上面において、中継コネクタ224の各々には、アングルコネクタ222を介してピンエレクトロニクス210が装着される。このような構造により、試験対象の仕様および試験内容に応じてピンエレクトロニクス210を交換することができる。
複数のピンエレクトロニクス210は、互いに同じ仕様である場合も、互いに異なる仕様である場合もある。また、一部の中継コネクタ224に、ピンエレクトロニクス210が装着されない場合もある。
マザーボード220の下面において、中継コネクタ224の各々には、アングルコネクタ226を介して小基板228が接続される。小基板228には、フラットケーブル230の一端が接続される。これにより、筐体201内部のピンエレクトロニクス210と、後述するコンタクタ202とを、フラットケーブル230を介して接続できる。
筐体201の下面には、コンタクタ202が装着される。コンタクタ202は、支持基板240、三次元アクチュエータ250、コンタクタ基板260、サブ基板270およびコンタクタハウジング280を有する。
支持基板240は、上面を筐体201に対して固定されると共に、下面において、三次元アクチュエータ250の上端を支持する。三次元アクチュエータ250の下端は、コンタクタ基板260を支持する。更に、コンタクタ基板260の下面には、サブ基板270およびコンタクタハウジング280が固定される。
三次元アクチュエータ250は、支持基板240の下面に沿って水平方向に移動し得ると共に、垂直方向に伸縮する。これにより、コンタクタ基板260を、三次元的に移動させることができる。コンタクタ基板260が移動した場合、コンタクタ基板260と共に、サブ基板270およびコンタクタハウジング280も移動する。
なお、フラットケーブル230の下端は、コンタクタハウジング280に保持された端子、例えばスプリングピンに結合される。これにより、ピンエレクトロニクス210は、テストヘッド200の最下面まで電気的に接続される。
図6は、プローブカード300の分解図である。プローブカード300は、配線基板320、PCRシート340、360、インタポーザ350およびメンブレンユニット370を備える。
配線基板320は、比較的機械強度の高い絶縁基板、例えばポリイミド板により形成される。配線基板320の周縁部は、互いに積層してネジ316により締結された、それぞれが枠状の上部フレーム312および下部フレーム314に挟まれる。これにより、配線基板320の機械的強度は更に向上される。
また、配線基板320は、上面にガイドユニット330を複数有する。ガイドユニット330は、コンタクタ202が配線基板320に当接する場合に、コンタクタ202を案内して位置決めする。
更に、配線基板320の下面には、接触により電気的接続を得られる複数のコンタクトパッド323が配される。コンタクトパッド323は、配線基板320の上面において、ガイドユニット330の内側に配された、図示されていないコンタクトパッドに電気的に接続される。
PCRシート340は、表裏を貫通する貫通電極341を有する。また、PCRシート340の貫通電極341は、配線基板320下面のコンタクトパッド323と同じレイアウトを有する。これにより、配線基板320とPCRシート340とが密接して積層された場合、コンタクトパッド323および貫通電極341は、互いに電気的に接続される。
インタポーザ350は、上面および下面に、それぞれコンタクトパッド351、353を有する。上面のコンタクトパッド351は、PCRシート340の貫通電極341と同じレイアウトを有する。これにより、PCRシート340とインタポーザ350とが密接して積層された場合、貫通電極341およびコンタクトパッド351は、互いに電気的に接続される。
インタポーザ350下面のコンタクトパッド353は、上面のコンタクトパッド351と異なるレイアウトを有する。このため、インタポーザ350の表裏では、コンタクトパッド351、353のピッチが異なっている。ただし、下面のコンタクトパッド353には、対応する上面のコンタクトパッド351があり、対応するコンタクトパッド351、353は互いに電気的に接続される。
PCRシート360は、表裏を貫通する貫通電極361を有する。また、PCRシート360の貫通電極361は、インタポーザ350下面のコンタクトパッド353と同じレイアウトを有する。これにより、インタポーザ350とPCRシート360とが密接して積層された場合、コンタクトパッド353および貫通電極361は、互いに電気的に接続される。
メンブレンユニット370は、弾性シート372、コンタクトパッド371、バンプ373およびフレーム376を有する。弾性シート372は、弾性を有する絶縁材料により形成される。
コンタクトパッド371は、PCRシート360下面における貫通電極361と同じレイアウトで、弾性シート372の上面に配される。従って、PCRシート340とメンブレンユニット370とが密接して積層された場合、貫通電極361およびコンタクトパッド371は互いに電気的に接続される。
バンプ373は、弾性シート372の下面に配される。フレーム376は、弾性シート372の周縁部を把持して、弾性シート372を平坦な状態に維持する。
なお、PCRシート340、360、インタポーザ350およびメンブレンユニット370の各々は、表裏を貫通する貫通穴344、354、364、374を有する。貫通穴344、354、364、374は、相互に概ね同じ位置にレイアウトされる。これにより、PCRシート340、360、インタポーザ350およびメンブレンユニット370を積層した場合に貫通穴344、354、364、374が連通して、部材相互の間の排気を助ける。
図7は、メンブレンユニット370の部分拡大断面図である。メンブレンユニット370において、バンプ373は、試験対象となるウエハ101上の回路において試験に供されるデバイスパッドと同じレイアウトに配される。
また、バンプ373は、ウエハ101上の個々の回路に対応して複数のバンプ373を含むセットを形成し、更に、当該セットが、ウエハ101上の回路の数と同数形成される。更に、バンプ373の各々は、下方に向かって中央が突出した形状を有する。これにより、バンプ373は、プローブカード300の最下面において、ウエハ101に対するプローブ端子として機能する。
また、バンプ373のそれぞれは、弾性シート372に埋設されたスルーホール375を介して、コンタクトパッド371のいずれかに電気的に接続される。既に説明した通り、コンタクトパッド371は、PCRシート360の貫通電極361、および、インタポーザ350下面のコンタクトパッド353と同じレイアウトを有する。従ってメンブレンユニット370、PCRシート360およびインタポーザ350が相互に積層された場合、バンプ373からインタポーザ350に至る電気的接続が形成される。
図8は、PCRシート340、360の部分拡大断面図である。PCRシート340、360は、貫通電極341、361、フレーム342、362および弾性支持部343、363を有する。
フレーム342、362は、金属等の比較的剛性の高い材料で形成され、貫通電極341、361の外径よりも大きな内径を有する貫通穴346、366を複数有する。貫通電極341、361の各々は、貫通穴346、366の内側において、弾性支持部343、363を介してフレーム362から支持される。
弾性支持部343、363は、シリコンゴム等の柔軟な材料により形成される。また、貫通電極341、361は、フレーム362の厚さよりも大きな長さを有する。これにより、PCRシート340、360がインタポーザ350および配線基板320の間、あるいは、インタポーザ350およびメンブレンユニット370の間に挟まれた場合、各部材の凹凸のばらつきを吸収して、良好な電気的接合を形成する。
図9は、インタポーザ350の部分断面図である。インタポーザ350の基板352は、基板352を表裏に貫通する複数のスルーホール355を有する。スルーホール355の各々は、配線層357を介して、コンタクトパッド351、353に接続される。これにより、基板352の表裏のコンタクトパッド351、353が電気的に接続される。
また、スルーホール355とコンタクトパッド351、353との間に配線層357が介在するので、上面のコンタクトパッド351と裏面のコンタクトパッド353とに異なるレイアウトを与えることができる。従って、インタポーザ350下面のコンタクトパッド353を、試験対象となるウエハ101のデバイスパッドに一致させた場合でも、インタポーザ350上面のコンタクトパッド351を任意にレイアウトできる。
より具体的には、ウエハ101のデバイスパッドは、集積回路に造り込まれているので、それぞれの面積も、デバイスパッド相互のピッチも小さい。しかしながら、インタポーザ350下面のコンタクトパッド353のピッチP2をデバイスパッドに合わせる一方、インタポーザ350上面のコンタクトパッド351のピッチP1をより大きくすることにより、インタポーザ350の上側に積層されるPCRシート340および配線基板320においては、貫通電極341およびコンタクトパッド323のピッチを大きくすることができる。
このように、プローブカード300上面に配されたコンタクトパッド321のピッチは、コンタクタ202のスプリングピンメンブレンユニット370のバンプ373よりも広くすることができる。また、コンタクトパッド321の面積は、バンプ373よりも広くすることができる。これにより、コンタクタ202とプローブカード300との接続を容易にしてもよい。
また、インタポーザ350の上面におけるコンタクトパッド351の面積を、下面のコンタクトパッド353の面積よりも大きくすることにより、インタポーザ350、PCRシート340および配線基板320に相互の位置精度要求を緩和できると共に、接触抵抗等に起因する電気特性も改善できる。
図10は、配線基板320平面図である。配線基板320は、点線で示すウエハ101に外接する矩形よりもわずかに大きな矩形の平面形状を有する。スティフナ310は、配線基板320の外側を包囲する。また、スティフナ310は、配線基板320を横切るクロスメンバ318を有する。
クロスメンバ318は、枠状のスティフナ310に対して高剛性に取り付けられる。これにより、スティフナ310と一体化された配線基板320全体の曲げ剛性が向上されると共に、ねじれ剛性も高くなる。従って、配線基板320の反り等の変形も抑制できる。なお、クロスメンバ318を含むスティフナ310全体を、当初より一体に成形してもよい。
ガイドユニット330は、スティフナ310およびクロスメンバ318の間で、配線基板320の上面に互いに並行に多数配される。また、ガイドユニット330の各々の内側には、配線基板320上面の複数のコンタクトパッドが集まってパッド群324を形成する。このように、プローブカード300の複数のコンタクトパッド321は、互いに同一の信号配列を有するnセットのパッド群324により形成してもよい。
パッド群324は、互いに同じ配置を有する。パッド群324を形成するコンタクトパッドの各々は、配線基板320下面のコンタクトパッド321のいずれかに電気的に接続されるが、パッド群324相互では、個々のコンタクトバッドに対する信号配列が共通している。
このように、コンタクタ202による一回の接続において試験対象となるパッド群324は、ウエハ101において互いに同一の信号配列を有するデバイスパッドに対応した配列にしてもよい。これにより、仕様の同じコンタクタ202を用いてパッド群324に電気的接続を形成できる。また、ひとつのコンタクタ202を移動させて、複数のパッド群324に対して電気的接続を形成することもできる。
配線基板320は、ウエハ101と重なる領域にもコンタクパッドが配され、ウエハ101に近い占有面積を有する。従って、配線基板320を含むプローブカード300の小型化に寄与すると共に、試験装置100の省スペース化にも寄与する。
図11は、パッド群324のレイアウトが異なる配線基板320の平面図である。以下に説明する点を除くと、図10に示した配線基板320と同じ構造を有する。そこで、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
配線基板320には、複数のガイドユニット330が配され、ガイドユニット330の各々の内側にはパッド群324が配される。ただし、この配線基板320では、ガイドユニット330によって、配されたパッド群324の数が異なる。
即ち、例えば、試験装置100の試験の対象となるウエハ101のデバイスパッドの数が少ない場合は、プローブカード300におけるコンタクトパッド321の数を減じてもよい。これにより、プローブカード300のコストを抑制して、試験にかかるコストを低減できる。また、試験装置100にかかる負荷も低減できる。
図12は、コンタクタ202の部分分解斜視図である。コンタクタ202は、サブ基板270およびコンタクタハウジング280を有する。サブ基板270は、コンタクタハウジング280の長手方向の寸法に略等しい長さと、コンタクタハウジング280の幅よりも大きな幅を有してもよい。
また、サブ基板270は、自身を厚さ方向に貫通するネジ穴272およびレセプタクル276を有する。ネジ穴272は、後述するコンタクタハウジング280のネジ穴282と同じ配置を有し、ネジ279を挿通し得る内径を有する。
レセプタクル276は、コネクタハウジング232から下方に突出するコンタクトピン234と相補的な形状を有する。コネクタハウジング232は、フラットケーブル230の下端に装着され、コンタクトピン234の各々は、フラットケーブル230の各素線に電気的に接続される。
また、レセプタクル276は、サブ基板270の図示していない配線に接続される。これにより、コンタクトピン234がレセプタクル276に挿された場合、フラットケーブル230とサブ基板270の配線とが電気的に接続される。
サブ基板270の上面には、絶縁シート271、補強部材275および実装部品274が配される。絶縁シート271および補強部材275は、それぞれコンタクタハウジング280と略同じ占有面積を有する。また、絶縁シート271および補強部材275は、サブ基板270のネジ穴272と同じ配置を有し、それぞれが厚さ方向に貫通するネジ穴273、277を有する。
絶縁シート271は、誘電体材料により形成され、サブ基板270および補強部材275の間に間挿される。これにより、サブ基板270の上面に回路を形成した場合でも、補強部材275として導電性の金属等を用いることができる。
実装部品274は、例えばバイパスコンデンサ等の電気素子であり得る。この種の素子をサブ基板270に実装することにより、ウエハ101の直近においてノイズを抑制できる。
なお、サブ基板270の寸法は要求に応じて変更できる。即ち、サブ基板270に多数の実装部品274を実装する場合は、隣接するコンタクタハウジング280のサブ基板270と干渉しない範囲で、サブ基板270の寸法を大きくすることができる。一方、フラットケーブル230をコンタクタハウジング280に直結する等、他の構造を採る場合は、サブ基板270を省略することもできる。
コンタクタハウジング280は、上面に開口する多数のハウジング穴284と、側面に形成され、傾斜部283および水平部285を含む段差とを有する。ハウジング穴284は、コンタクタハウジング280を高さ方向に貫通する。水平部285および傾斜部283は、コンタクタハウジング280の高さ方向について中程に配され、長手方向の一部は段差のない通過部281をなす。
補強部材275および絶縁シート271とコンタクタハウジング280とは、間にサブ基板270を挟んだ状態でネジ279により締結される。これにより、サブ基板270、絶縁シート271、補強部材275は相互に一体化され、高い機械的強度を発揮する。
ガイドユニット330は、チャネル部材332、ローラ333、作動バー335およびスピンドル337を有する。チャネル部材332は、一対の垂直壁の両端を、水平な一対の連結部334により結合した形状を有する。連結部334の中央にはネジ穴336が配される。
長穴331は、チャネル部材332の垂直壁を貫通して、チャネル部材332の長手方向に延在する。ローラ333は、長穴331に挿通されたスピンドル337の一端に支持され、チャネル部材332の内側に配される。スピンドル337の他端は、作動バー335により連結される。
これにより、作動バー335が、チャネル部材332の長手方向に移動した場合、複数のローラ333も一斉に移動する。なお、ガイドユニット330は、ネジ穴336に挿通されたネジ339により、配線基板320の上面に取り付けられる。
図13は、コンタクタ202の拡大断面図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
コンタクタハウジング280は、ハウジング穴284のそれぞれにスプリングピン286を内蔵する。スプリングピン286は伸長する方向に両端が付勢されている。従って、コンタクタハウジング280がサブ基板270に装着された段階で、スプリングピン286の上端は、サブ基板270下面のコンタクトパッド278に押し付けられ、サブ基板270の配線に電気的に接続される。
試験装置100において試験が実行される場合、コンタクタハウジング280は、ガイドユニット330の内側に入り込む。ガイドユニット330のローラ333の間隔は、段差よりも上の部分では、コンタクタハウジング280の幅に略等しい。従って、通過部281を通過したローラ333が段差の上側に到達した段階で作動バー335を移動させることにより、ローラ333を段差に沿って移動させることができる。
通過部281から傾斜部283を通過したローラ333は、やがて水平部285の上に乗り上げる。この過程で、コンタクタハウジング280は、配線基板320に向かって押し下げられる。これにより、スプリングピン286の各々の下端は、配線基板320の上面のコンタクトパッド321に押し付けられる。こうして、配線基板320を含むプローブカード300から、コンタクタ202およびフラットケーブル230を介して、テストヘッドまでの信号経路が形成される。
なお、上記の構造は、コンタクタ202の構造の一例に過ぎない。コンタクタ202に求められる機能に応じて、例えば、コンタクタハウジング280の強度を増して、補強部材275および絶縁シート271を省略することができる。また、コンタクタハウジング280の上面にレセプタクル276を配して、サブ基板270全体を省略することもできる。
なお、コンタクタハウジング280は、ガイドユニット330単位で個々に引きつけられて配線基板320に押し付けられる。従って、コンタクタ202全体に大きな圧力をかけなくとも、確実な電気的結合が得られる。また、コンタクタハウジング280およびガイドユニット330が個々に引き合うので、プローブカード300全体に大きな圧力をかけることなく電気的結合が得られる。
上記の例では、ガイドユニット330に配したローラ333が、コンタクタハウジング280の側面に設けた段差に係合してコンタクタ202を引き付ける構造としたが、このような機能はさまざまな形態で形成できる。例えば、コンタクタハウジング280の側にピピンあるいはローラを設け、ガイドユニット330側に段差等を設ける構造としてもよい。また、ガイドユニット330に対して移動するローラ333を設ける代わりに、ガイドユニット330自体が移動する構造としてもよい。
図14は、コンタクタハウジング280におけるスプリングピン286の信号配列を示す図である。ひとつのコンタクタハウジング280には、3つの群をなすハウジング穴284が配される。この各群に挿入されたスプリングピン286の信号配列を相互に一定とすることにより、仕様の同じコンタクタ202を用いてパッド群324に電気的接続を形成できる。また、ひとつのコンタクタ202を移動させて、複数のパッド群324に対して電気的接続を形成することもできる。
図示の例では、コンタクタハウジング280の端部に位置するスプリングピン286に電源ラインを287、コンタクタハウジング280の中程のスプリングピン286に信号ライン289を割り当て、両者の間にグランドライン288を配している。このような配列により、電源ライン287を共通化して、スプリングピン286の数を低減している。また、電源ライン287から信号ライン289へのノイズの飛び込みを抑制している。
図15は、テストヘッド200およびプローブカード300の断面図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
ウエハトレイ450は、流路452、454と、ダイヤフラム456とを有する。流路452は、ウエハトレイ450の上面においてウエハ101を搭載する領域に一端を開口する。流路452の他端は、バルブ512を介して減圧源510に結合される。これにより、ウエハ101を搭載した状態でバルブ512を連通させると、ウエハトレイ450はウエハ101を吸着して保持する。
ウエハトレイ450の流路454は、ウエハトレイ450の上面においてウエハ101を搭載する領域の外側に開口する。流路454の他端は、バルブ522を介して減圧源520に結合される。
また、ダイヤフラム456は、弾性を有する材料により形成され、流路454の開口の更に外側でウエハトレイ450の周縁部に気密に取り付けられる。アライメントステージ410が上昇してウエハ101がプローブカード300の下面に押し付けられた場合、ダイヤフラム456の上端もプローブカード300の下面に接して、ウエハトレイ450およびプローブカード300の間を気密に封止する。これにより、ウエハ101を搭載した状態でバルブ522を連通させると、ウエハトレイ450はプローブカード300の下面に吸いついて、保持したウエハ101をプローブカード300に押し付ける。
更に、プローブカード300の最下面に位置するメンブレンユニット370の弾性シート372には、貫通穴374が設けられている。従って、プローブカード300およびウエハトレイ450の間の空間が減圧された場合、プローブカード300の内部も減圧される。これにより、プローブカード300の配線基板320、PCRシート340、360、インタポーザ350およびメンブレンユニット370は相互に押し付けられ、ウエハ101からテストヘッド200に至る信号経路を確実に形成する。
このように、ウエハ101に形成された複数のデバイスを試験する試験装置100であって、ウエハ101に重ね合わされるプローブカード300の下面において複数のデバイスパッドにそれぞれ接続され、プローブカード300の上面に対応する複数のコンタクトパッド321が配されるプローブカード300と、プローブカード300の複数のコンタクトパッド321のうちの一部分ずつに順次、接続するコンタクタ202とを備えた試験装置100が形成される。
図16は、テストヘッド200およびプローブカード300の断面図である。この図は、コンタクタ202のコンタクタ基板260およびコンタクタハウジング280が移動して、図15の場合とは異なるガイドユニット330に嵌合している点を除いて、図15と変わらない。そこで、共通の要素に同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
ガイドユニット330の作動バー335を移動させてローラ333を通過部281の位置まで移動させることにより、コンタクタハウジング280をガイドユニット330から上昇させることができるようになる。この状態で、コンタクタ202において、三次元アクチュエータ250を動作させることにより、コンタクタ基板260、サブ基板270およびコンタクタハウジング280を引き上げて、コンタクタハウジング280をガイドユニット330から引き抜くことができる。
更に、三次元アクチュエータ250を動作させることにより、コンタクタ基板260、サブ基板270およびコンタクタハウジング280を水平に移動して(図示の例では右側)、他の位置で再び降下させることにより、図15の状態では空いていたガイドユニット330にコンタクタハウジング280を挿入できる。他のガイドユニット330の内部においても、ローラ333による引きつけ機構と、コンタクトパッド321に対する信号配列は共通なので、同じテストヘッド200を用いて、他のガイドユニット330において同じ試験を実行することができる。
図17は、ウエハ101において試験を実行される領域を示す平面図である。コンタクタ202およびプローブカード300が図15に示すように接続された場合に、例えば、ウエハ101の複数の素子領域102のうち、左端の列から1列おきの素子領域102が、図中に斜線で示すように、試験を実施される試験実行領域103となる。
また、その余の素子領域102は、コンタクタ202が接続されていないガイドユニット330に対応し、試験を実行しない試験非実行領域105となる。
図18も、ウエハ101において試験を実行される領域を示す平面図である。ただし、図18は、コンタクタ202が変位して図16に示すようにコンタクタ202およびプローブカード300が接続された場合を示す。
この場合、図17では試験実行領域103であった素子領域102が試験非実行領域105となる。また、図17で試験非実行領域105であった領域は、試験実行領域103となる。
このように、プローブカード300上のパッド群324の各々が、ウエハ101において隣接した素子領域102に順次、接続されていてもよい。これにより、コンタクタ202を移動させることにより、2回に分けてウエハ101全体を試験することができる。換言すれば、ウエハ101全体を1回で試験する場合に比較すると、テストヘッド200の規模を半分にすることができる。
また、コンタクタ202は、コンタクトパッド321のピッチおよび面積が拡大されたプローブカード300の上面に対して当接、離間する構造なので、ウエハ101に対して直接にコンタクタ202を当接させる構造に比較してコンタクタ202の位置決め精度に余裕がある。これにより、コンタクタ202の昇降および移動を高速にでき、試験装置100のスループットを向上させることができる。
なお、部分毎に試験してウエハ101全体を試験する場合の回数は2回に限られるわけではなく、ウエハ101上の配列におけるn個毎の複数の素子領域102に対応する複数のスプリングピン286を含むコンタクタ202を順次、接続することにより、n回に分けてウエハ101全体を試験できる。一枚のウエハ101に対する試験の実行をn回に分けた場合は、プローブカード300にコンタクタ202を押し付ける力は1/nになり、試験装置100の強度および動力源に余裕が生じる。また、プローブカード300等の強度にも余裕が生じると共に、ウエハ101に反りを生じるような大きな負荷をかけずに試験できる。
更に、そのような小さな押し付け力でコンタクタ202を押し付けても、コンタクタ202とプローブカード300との電気的な接続が確実に得られる。なお、ウエハ101に形成されたデバイスの数、配線基板320上で有効なパッド群324を有するガイドユニット330の数等によっては、コンタクタ202の接続先がn個毎である場合の接続回数がn回にならない場合もある。
また、試験実行領域103および試験非実行領域105の配置も図示の例に限られるわけではない。例えば、試験実行領域103が一松模様を描くようにして、試験による素子領域102の発熱をウエハ101に均一に分布させてもよい。
このように、ウエハ101上に配列された多数の素子領域102のうちの一部に対応した複数のコンタクタ202を有し、プローブカード300を介してウエハ101に順次、接続することにより、何回かに分けて試験を実行してもよい。これにより、コストへの影響が高い電気接点の数およびピンエレクトロニクスの数を減らして、試験装置100を低コスト化できる。
また、上記のように構成要素の数を減じることにより、試験装置100の寸法を小さくすることもできる。例えば、上記の例では4基のテストヘッド200を備えるが、テストヘッド200の各々が搭載するピンエレクトロニクス210の数を半分に減らすことにより、テストヘッド200の個々の寸法を略半分にすることができる。
更に、4基のテストヘッド200で1基のEFEM110を共通に使用するので、用いるロボットアーム116の数を減らすことができることはもちろん、複数のテストヘッド200を近接して配置できる。これにより、試験装置100全体を大幅に小型化できる。また更に、ロードユニット130の数を減らして、試験装置100の小型化、省コスト化を一段と進めることもできる。
なお、上記実施形態では、固定されたプローブカード300に対してコンタクタ202を動かして、異なるパット群324にコンタクタ202を接続する構造とした。しかしながら、試験装置100の構造がこれに限定されるわけではなく、コンタクタ202を固定して、プローブカード300、ウエハ101およびウエハトレイ450を一体的に移動させる構造とすることもできる。
また、上記の例では、ウエハ101およびプローブカード300の接続、または、プローブカード300およびコンタクタ202の接続が、バンプ373、コンタクトパッド321等の接触による場合について説明した。しかしながら、試験装置100においては、近接した導体間の容量結合による信号伝送、あるいは対向する端面間における光信号伝送等により、接続が形成される場合もある。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップおよび段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。