JP5690321B2 - プローブ装置および試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ装置および試験装置に関する。

従来、ウエハを一枚ずつ搬送して固定し、当該ウエハに形成された複数の半導体集積回路と電気的に接続して試験する試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１０−２０４０９６号公報

しかしながら、一枚のウエハに形成される半導体集積回路の数、電気的に接続すべき電極の数および密度等は、増加の傾向にある。これによって、試験装置本体およびウエハの間を電気的に接続するプローブ装置において、部品の実装密度が増加してしまい、電子回路素子を配置する空間的な設計が困難になっていた。

本発明の第１の態様においては、被試験デバイスと試験装置本体との間を電気的に接続するプローブ装置であって、可撓性を有するシートと、シートを貫通して被試験デバイスと接続される複数のデバイス側接続端子を有するデバイス側端子ユニットと、デバイス側端子ユニットに対して試験装置本体側に設けられ、複数のデバイス側接続端子と電気的に接続される複数のデバイス側中間電極と、試験装置本体に電気的に接続される複数のテスタ側中間電極とを有する中間基板と、中間基板に対して試験装置本体側に設けられ、試験装置本体へと電気的に接続される複数のテスタ側電極を中間基板側に有するテスタ側基板と、中間基板およびテスタ側基板の間に設けられ、複数のテスタ側中間電極に接続される複数の第１ピンおよび複数のテスタ側電極に接続される複数の第２ピンを有するコンタクト部と、を備えるプローブ装置および試験装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る試験装置１００の正面図を示す。 本実施形態に係る試験装置１００の部分縦断面図を示す。 本実施形態に係る試験装置１００の部分水平断面図を示す。 本実施形態に係るアライメントユニット４００の部分縦断面図を示す。 本実施形態に係るテストヘッド２００の断面図を示す。 本実施形態に係るプローブ装置３００の断面図を示す。 本実施形態に係るデバイス側端子ユニット３７０の部分拡大断面図を示す。 本実施形態に係る異方性導電膜３６０の部分拡大断面図を示す。 本実施形態に係る中間基板３５０の部分断面図を示す。 本実施形態に係るコンタクト部３４０の平面図を示す。 本実施形態に係るプローブ装置３００に、ウエハ１０１が固定された状態の断面図を示す。 本実施形態に係る中間基板３５０の変形例の部分断面図を示す。

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かか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、本実施形態に係る試験装置１００の全体を示す正面図を示す。試験装置１００は、複数の被試験デバイスが形成された半導体ウエハを装置内部に搬入して、当該半導体ウエハをコンタクト先の適切な位置にコンタクトさせ、当該複数の被試験デバイスを試験する。

ここで、試験装置１００は、アナログ回路、デジタル回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の被試験デバイスを試験する。試験装置１００は、被試験デバイスを試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイスに入力して、試験信号に応じて被試験デバイスが出力する出力信号に基づいて被試験デバイスの良否を判定する。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（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）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（ＥＭｅｒｇｅｎｃｙ Ｏｆｆ）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、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、および／またはジョグタイヤル等を含み、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の試験時において、ウエハの周囲温度を目標温度に加熱する場合等に、試験装置１００内を循環する熱媒を加熱して供給する。また、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、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、本実施形態に係る試験装置１００の部分縦断面図を示す。図２において、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、プローブ装置３００およびテストヘッド２００を備える。図２において、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、プローブ装置３００およびテストヘッド２００は、一例として、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（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）が搭載される。ＦＯＵＰ１５０は、試験対象となる半導体ウエハ１０１を複数格納する。また、試験終了後の半導体ウエハ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の間で半導体ウエハ１０１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、メインフレーム１６０は、テストヘッド２００、プローブ装置３００、およびアライメントユニット４００に接続され、各部を同期させつつ、試験を実行させる。また、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、半導体ウエハ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。

アライメントユニット４００は、対象物を搬送し、搬送先の位置ずれを補正する。アライメントユニット４００は、複数の対象物を、複数の搬送先にそれぞれ搬送する。ここで、対象物は、例えば、半導体基板、ガラス基板、またはチップ化された半導体デバイス等である。また、対象物は、ステージまたはロボット等の搬送装置によって搬送され、搬送先において予め定められた位置に保持される基板、デバイス、部品、装置、筐体等であってよい。

本実施例は、対象物の一例として、半導体ウエハ１０１およびウエハトレイ４５０を説明する。アライメントユニット４００による位置ずれの補正動作については後述する。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。

アライメントステージ４１０は、ウエハトレイ４５０および半導体ウエハ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、垂直方向に移動して、搭載した半導体ウエハ１０１を上昇または降下させることができる。これにより、プローブ装置３００に対して半導体ウエハ１０１を位置合わせした後、半導体ウエハ１０１を上方のプローブ装置３００に押し付ける。

プローブ装置３００は、半導体半導体ウエハ１０１に形成された複数の電極と電気的に接続される。プローブ装置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と半導体ウエハ１０１との間に介在して、テストヘッド２００および半導体ウエハ１０１を電気的に接続する。これにより、テストヘッド２００と半導体ウエハ１０１との間に電気的な信号経路が形成される。

ここで、プローブ装置３００は、半導体ウエハ１０１に形成される複数の電極の配置に対応して、当該電極と電気的に接続されるプローブが配置される。換言すれば、試験装置１００は、プローブ装置３００を交換することにより、レイアウトの異なる半導体ウエハ１０１に対応することができる。

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が実装される。また、テストヘッド２００は、下面に装着されたコンタクタを介して、プローブ装置３００に対して電気的に接続される。即ち、半導体ウエハ１０１は、ピンエレクトロニクス２１０と電気的に接続されて、当該ピンエレクトロニクス２１０と電気信号を授受する。

上記のような試験装置１００において、試験に供する半導体ウエハ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を通して半導体ウエハ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、半導体ウエハ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、搭載された半導体ウエハ１０１をプローブ装置３００に対して位置合わせした後、プローブ装置３００に対して下方から押し付ける。

図３は、本実施形態に係る試験装置１００の部分水平断面図を示す。図３において、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、一例として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、一例として、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半導体ウエハ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、一例としてプリアライナ１１８が配される。プリアライナ１１８は、ロボットアーム１１６に対する半導体ウエハ１０１の搭載位置を、予め定められた精度で調整する。一例として、プリアライナ１１８は、テストヘッド２００の位置決め精度程度未満の精度で調整する。

これにより、ロボットアーム１１６がウエハトレイ４５０に半導体ウエハ１０１を搭載する場合の初期位置精度が向上され、プローブ装置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、ウエハカメラ４３０、およびステージカメラ４３２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。

ウエハカメラ４３０は、テストヘッド２００の各々に対応して、プローブ装置３００の各々の直近に複数配される。これらのウエハカメラ４３０は、筐体４０１の天井面に、下方に向かって配される。

ステージカメラ４３２は、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、アライメントステージ４１０と共に移動する。ステージカメラ４３２は、上方に向かって配される。

ウエハカメラ４３０およびステージカメラ４３２を用いることにより、プローブ装置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、下方を向いたウエハカメラ４３０でウエハ１０１の例えば予め定められたアライメントマークまたは縁部等を検出することにより、アライメントステージ４１０上のウエハ１０１の位置を正確に検出することができる。

一方、アライメントステージ４１０に配されたステージカメラ４３２のアライメントステージ４１０に対する相対位置は既知である。そこで、筐体４０１のプローブ装置３００に対する予め定められた相対位置に基準マークを備え、アライメントステージ４１０を移動させつつステージカメラ４３２で当該基準マークを検出する。これにより、ウエハ１０１の位置とプローブ装置３００の位置との差分を検出することができ、当該差分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およびプローブ装置３００を位置合わせすることができる。

また、筐体４０１に配されたウエハカメラ４３０のプローブ装置３００に対する相対位置は既知である。そこで、ウエハ１０１の位置とプローブ装置３００の位置との差分を算出し、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およびプローブ装置３００を位置合わせしてもよい。

なお、ウエハ１０１の検出において、ディスプレイ１２２にウエハカメラ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。

以上の説明のように、本実施例の試験装置１００は、ＦＯＵＰ１５０に収容された複数の半導体ウエハ１０１から、ロボットアーム１１６を用いて半導体ウエハ１０１を１枚ずつアライメントユニット４００内に搬送する。試験装置１００は、アライメントユニット４００内において、半導体ウエハ１０１の位置決めを実行しつつ、半導体ウエハ１０１をプローブ装置３００に押しつけ、半導体ウエハ１０１とプローブ装置３００とを電気的に接続した状態にして保持する。

また、試験装置１００は、試験が終了した半導体ウエハ１０１をプローブ装置３００から離間させ、当該半導体ウエハ１０１をアライメントユニット４００からＦＯＵＰ１５０に搬送する。試験装置１００は、このような動作を繰り返して、ＦＯＵＰ１５０に収容された複数の半導体ウエハ１０１の試験を順次実行する。

試験装置１００は、例えば、テストヘッド２００が有するプローブ装置３００毎に半導体ウエハ１０１をそれぞれ保持させて、複数の半導体ウエハ１０１と電気信号をそれぞれ授受して試験を実行する。本実施例において、試験装置１００は、最大で４枚の半導体ウエハ１０１を４基のテストヘッド２００に対応する４つのプローブ装置３００にそれぞれ保持して、当該４枚の半導体ウエハ１０１にそれぞれ形成された複数のデバイスを、それぞれ試験する。

図４は、本実施形態に係るアライメントユニット４００の部分縦断面図を示す。図４において、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枚のプローブ装置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、プローブ装置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およびプローブ装置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、プローブ装置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、プローブ装置３００の下面に押し付ける。ウエハトレイ４５０は、プローブ装置３００を吸着してウエハ１０１およびプローブ装置３００の電気的な接続を確実にする。これに代えて、プローブ装置３００は、押し付けられたウエハトレイ４５０およびウエハ１０１を吸着してもよい。

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、プローブ装置３００ａに固定されている。ハンガフック４４０は閉じているが、ウエハトレイ４５０がプローブ装置３００を吸着している場合、ハンガフック４４０はウエハトレイ４５０に接していなくてもよい。

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、プローブ装置３００ｂ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、本実施形態に係るテストヘッド２００の断面図を示す。図５において、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、ウエハ１０１に形成された複数の被試験デバイスとの間で電気信号を授受して当該複数の被試験デバイスを試験する試験部として動作する。例えば、試験部は、複数の被試験デバイスを試験するための試験パターンに基づく試験信号を複数の被試験デバイスのそれぞれに入力する。また、試験部は、試験信号に応じて複数の被試験デバイスのそれぞれが出力する出力信号に基づいて、複数の被試験デバイスのそれぞれの良否を判定する。

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等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、プローブ装置３００が接続され、ウエハ１０１に形成された複数の被試験デバイスと試験装置本体との間が電気的に接続される。

図６は、本実施形態に係るプローブ装置３００の断面図を示す。プローブ装置３００は、試験部とウエハ１０１に形成された複数の被試験デバイスがそれぞれ有する電極とを電気的に接続する。プローブ装置３００は、テスタ側基板３２０、コンタクタ３３０、コンタクト部３４０、中間基板３５０、異方性導電膜３６０、およびデバイス側端子ユニット３７０を備える。

テスタ側基板３２０は、中間基板３５０に対して試験装置本体側に設けられ、試験装置本体へと電気的に接続される複数のテスタ側電極３２６を中間基板３５０側に有する。本実施例において、試験装置本体側は、テストヘッド２００側を示す。即ち、テスタ側基板３２０は、テストヘッド２００方向を向くテスタ側の面と、ウエハ１０１側を向くデバイス側の面に、電気配線が形成されてテスタ側電極３２６がそれぞれ接続される。また、テスタ側基板３２０は、テスタ側の面およびデバイス側の面の部品が実装されていない領域に、抵抗、コンデンサ、コイル、および／または半導体デバイス等の電子部品５００が実装される。

テスタ側基板３２０は、一例として、多層基板で形成される。テスタ側基板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。テスタ側基板３２０の周縁部は、一例として、上部フレーム３２２および下部フレーム３２４に挟まれる。これにより、テスタ側基板３２０の機械的強度は更に向上される。ここで、下部フレーム３２４は、一例として、流路３２８が形成される。流路３２８は、プローブ装置３００の内部領域に一端を開口する。流路３２８の他端は、バルブ等を介して減圧ポンプ等に結合される。

また、テスタ側基板３２０は、テスタ側の面にコンタクタ３３０を有する。コンタクタ３３０は、テストヘッド２００のコンタクタ２０２と結合されて、複数の電気的配線を接続する。また、コンタクタ３３０は、コンタクタ２０２がテスタ側基板３２０に当接する場合に、当該コンタクタ２０２を案内して位置決めしてよい。

コンタクト部３４０は、テスタ側の面において、テスタ側基板３２０と電気的に接続される。また、コンタクト部３４０は、テスタ側の面からデバイス側の面へと貫通する、貫通電極６４０を有する。

中間基板３５０は、テスタ側の面において、コンタクト部３４０と電気的に接続されるテスタ側中間電極６２０を有する。また、中間基板３５０は、デバイス側の面に、テスタ側中間電極６２０とは配置されるピッチが異なるデバイス側中間電極３５３を有する。デバイス側中間電極３５３は、対応するテスタ側中間電極６２０と電気的に接続される。中間基板３５０は、一例として、デバイス側中間電極３５３の配線ピッチよりも広い配線ピッチのテスタ側中間電極６２０を有する、ピッチ変換基板である。

異方性導電膜３６０は、テスタ側の面において、中間基板３５０と電気的に接続される。異方性導電膜３６０は、テスタ側およびデバイス側の面を貫通する貫通電極３６１を有する。貫通電極３６１は、中間基板３５０のデバイス側の面のデバイス側中間電極３５３と同じレイアウトを有する。これにより、中間基板３５０と異方性導電膜３６０とが密接して積層された場合、デバイス側中間電極３５３および貫通電極３６１は、互いに電気的に接続される。

デバイス側端子ユニット３７０は、テスタ側の面において、異方性導電膜３６０と電気的に接続される。また、デバイス側端子ユニット３７０は、デバイス側の面において、ウエハ１０１と電気的に接続される。

図７は、本実施形態に係るデバイス側端子ユニット３７０の部分拡大断面図を示す。デバイス側端子ユニット３７０は、可撓性を有する弾性シート３７２と、当該弾性シートを貫通して被試験デバイスと接続される複数のデバイス側接続端子３７４を有する。また、デバイス側端子ユニット３７０は、フレーム３７７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。デバイス側接続端子３７４は、一例として、デバイス側の面において、先端部が半球状のバンプ形状を有する。これに代えて、デバイス側接続端子３７４の先端部は、突起を有する形状、突部のない平面、または先端を丸めた針状の形状を有してもよい。

デバイス側接続端子３７４の先端部は、試験対象となるウエハ１０１に形成された被試験デバイスにおいて、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、デバイス側接続端子３７４は、個々の被試験デバイスに対応して複数設けられる。即ち、デバイス側接続端子３７４は、プローブ装置３００のデバイス側の面において、ウエハ１０１に対するプローブ端子として機能する。

また、デバイス側接続端子３７４は、テスタ側の面において、コンタクトパッド３７５が形成される。ここで、コンタクトパッド３７５は、ウエハ１０１に形成されたデバイスパッドと略同一のレイアウトに配されることになる。

フレーム３７７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。デバイス側端子ユニット３７０は、一例として、フレーム３７７側から押し付けられ、接続部３７６を介して中間基板３５０に固定される。ここで、接続部３７６は、弾性を有する材料により形成され、中間基板３５０およびデバイス側端子ユニット３７０の外縁部に気密に取り付けられる。これにより、中間基板３５０およびデバイス側端子ユニット３７０の間の空間は気密に封止される。接続部３７６は、例えば、リング状のゴムシートである。これに代えて、接続部３７６は、外縁部が内側よりも厚く形成された円形のゴムシートであってもよい。この場合、接続部３７６は、内側に開口を有し、当該開口において異方性導電膜３６０およびデバイス側端子ユニット３７０は電気的に接続される。

図８は、本実施形態に係る異方性導電膜３６０の部分拡大断面図を示す。異方性導電膜３６０は、デバイス側端子ユニット３７０および中間基板３５０の間に配置され、複数のデバイス側接続端子３７４および複数のデバイス側中間電極３５３との間を接続する。異方性導電膜３６０は、貫通電極３６１、フレーム３６２、および弾性支持部３６３を有する。

フレーム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３６１の外径よりも大きな内径を有する貫通穴３６６を複数有する。貫通電極３６１の各々は、貫通穴３６６の内側において、弾性支持部３６３を介してフレーム３６２から支持される。

弾性支持部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、異方性導電膜３６０がデバイス側端子ユニット３７０および中間基板３５０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。

貫通電極３６１は、デバイス側端子ユニット３７０のコンタクトパッド３７５と略同一のレイアウトに配される。これによって、異方性導電膜３６０とデバイス側端子ユニット３７０とが密接して積層された場合、デバイス側接続端子３７４と当該デバイス側接続端子３７４に対応する貫通電極３６１とを、互いに電気的に接続することができる。

これに代えて、異方性導電膜３６０は、弾性のある絶縁物質中に、略均等に導電性物質が分散されて形成され、圧力が加わった部分に導電性が生じる膜であってもよい。異方性導電膜３６０は、一例として、加圧導電ゴムである。これにより、異方性導電膜３６０がデバイス側端子ユニット３７０および中間基板３５０の間に挟まれた場合、コンタクトパッド３７５およびデバイス側中間電極３５３間に圧力が加わって電気的に接続され、また、弾性によって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、本実施形態に係る中間基板３５０の部分断面図を示す。中間基板３５０は、デバイス側端子ユニット３７０に対して試験装置本体側に設けられ、複数のデバイス側接続端子３７４と電気的に接続される複数のデバイス側中間電極３５３と、試験装置本体に電気的に接続される複数のテスタ側中間電極６２０とを有する。

デバイス側中間電極３５３は、デバイス側端子ユニット３７０のコンタクトパッド３７５と略同一のレイアウトに配される。即ち、本実施例のデバイス側中間電極３５３は、被試験デバイスのデバイスパッドと同じレイアウトに配されることになる。

一方、複数のテスタ側中間電極６２０は、複数のデバイス側中間電極３５３より広い間隔で設けられる。図９は、テスタ側中間電極６２０の配線ピッチの間隔Ｐ_１が、デバイス側中間電極３５３の配線ピッチの間隔Ｐ_２よりも広い間隔で形成された例を示す。

これによって、中間基板３５０は、被試験デバイスに形成されるデバイスパッドに対応して形成されるデバイス側中間電極３５３の配線ピッチを、デバイスパッドの配線ピッチよりも広い間隔に変換する。中間基板３５０は、一例として、１００μｍ間隔程度の狭ピッチで形成されるデバイスパッドに対応しつつ、１ｍｍ間隔程度の配線ピッチにテスタ側中間電極６２０の配線ピッチを変換する。

中間基板３５０は、基板本体３５２と、接続モジュール部６００とを有する。基板本体３５２は、一例として、セラミックを含む基板である。基板本体３５２は、スルーホール３５５、配線層３５７、およびコンタクトパッド３５９を含む。スルーホール３５５は、基板本体３５２を貫通して導電材料が形成される。

スルーホール３５５の各々は、デバイス側の面において、配線層３５７を介してデバイス側中間電極３５３に接続される。また、スルーホール３５５の各々は、テスタ側の面において、コンタクトパッド３５９に接続される。即ち、デバイス側中間電極３５３は、コンタクトパッド３５９と電気的に接続される。このように、スルーホール３５５の各々は、配線層３５７を介在させてデバイス側中間電極３５３およびコンタクトパッド３５９と電気的に接続するので、コンタクトパッド３５９の配線ピッチをデバイス側中間電極３５３の配線ピッチと異ならせることができる。

接続モジュール部６００は、基板本体３５２における試験装置本体側の面上に実装され、基板本体３５２側に２以上の基板側端子６１０を有し、基板本体３５２と反対側に２以上のテスタ側中間電極６２０を有する。即ち、接続モジュール部６００は、デバイス側の面において、基板側端子６１０と対応するコンタクトパッド３５９とが電気的にそれぞれ接続される。ここで、基板側端子６１０およびコンタクトパッド３５９は、一例として、はんだ等によって固定される。この場合、基板側端子６１０は、半球状のはんだで形成されるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）電極であってよい。

また、接続モジュール部６００は、テスタ側の面において、テスタ側中間電極６２０と対応するコンタクト部３４０とが電気的にそれぞれ接続される。中間基板３５０は、格子状に配列した複数の接続モジュール部６００を搭載してよく、これに代えて、被試験デバイスのデバイスパッドに対応して、予め定められた配列で複数の接続モジュール部６００を搭載してよい。

接続モジュール部６００は、基板側端子６１０およびテスタ側中間電極６２０の間の配線に接続される電子部品６３０を含む。即ち、接続モジュール部６００の基板側端子６１０およびテスタ側中間電極６２０は、電子部品６３０を介して電気的に接続される。

ここで、電子部品６３０は、例えば、抵抗素子を含む。これに代えて、またはこれに加えて、電子部品６３０は、容量素子および／またはインダクタを含んでもよい。これに代えて、またはこれに加えて、電子部品６３０は、アンプ、発振器等のアクティブ・デバイスを含んでもよい。これに加えて、電子部品６３０は、基板側端子６１０およびテスタ側中間電極６２０を接続する配線を備えるダミー回路であってもよい。

このように、中間基板３５０は、電子部品６３０を含む接続モジュール部６００を実装するので、プローブ装置３００内に配置すべき電子回路素子を配置する領域を拡大することができる。また、中間基板３５０は、基板本体３５２と接続モジュール部６００とを別部品で構成するので、それぞれの設計自由度を増すことができる。また、基板本体３５２および接続モジュール部６００に対して、確実に動作するか否かの試験をそれぞれ実行してから実装することによって、中間基板３５０の歩留まりを向上させることができる。

また、中間基板３５０は、被試験デバイスのデバイスパッドの配線ピッチに比べて広い配線ピッチに変換してから電子回路素子を配置させるので、電子回路素子を含む接続モジュール部６００等を容易に形成させることができる。また、中間基板３５０は、テストヘッド２００に比べて、被試験デバイスに近い位置に電子回路素子を配置させることができ、また、広い配線ピッチに変換した直後に電子回路素子を配置させることもできる。これにより、中間基板３５０は、高速信号を伝送させる場合に信号品質の劣化等を低減させることができる。

図１０は、本実施形態に係るコンタクト部３４０の平面図を示す。コンタクト部３４０は、中間基板３５０およびテスタ側基板３２０の間に設けられ、複数のテスタ側中間電極６２０に接続される複数の第１ピン６４２および複数のテスタ側電極３２６に接続される複数の第２ピン６４４を有する。ここで、第１ピン６４２は、貫通電極６４０のデバイス側の端子であり、第２ピン６４４は、貫通電極６４０のテスタ側の端子である。

貫通電極６４０は、バネ等を含み、第１ピン６４２および第２ピン６４４の間が伸縮するプローブピンである。貫通電極６４０は、例えば、ポゴピン、スプリングピン、またはスプリングプローブ等である。

これによって、中間基板３５０がテスタ側基板３２０の方向に向けて移動した場合に、テスタ側中間電極６２０と対応する第１ピン６４２とが押し付けられて電気的にそれぞれ接続され、かつ、テスタ側電極３２６と対応する第２ピン６４４とが押し付けられて電気的にそれぞれ接続される。この場合、中間基板３５０は、一例として、流路３２８からプローブ装置３００内が減圧されることによって、テスタ側基板３２０方向に移動する。

コンタクト部３４０は、２以上の第１ピン６４２および２以上の第２ピン６４４を有する複数のコンタクトブロック６４６を有し、複数のコンタクトブロック６４６のそれぞれと複数の接続モジュール部６００のそれぞれとが接続される。即ち、コンタクト部３４０は、複数の接続モジュール部６００に対応する複数のコンタクトブロック６４６を有し、コンタクトブロック６４６のそれぞれは、対応する接続モジュール部６００とそれぞれ電気的に接続される。

このように、コンタクト部３４０は、中間基板３５０およびテスタ側基板３２０の間において、複数の第１ピン６４２および複数の第２ピン６４４を用いてテスタ側中間電極６２０とテスタ側電極３２６とを電気的に接続する。これによって、異方性導電膜等とは異なり、例えば、テスタ側基板３２０のデバイス側の面において、テスタ側電極３２６が形成されない領域には、部品が配置されることがない。

したがって、コンタクト部３４０は、テスタ側基板３２０のデバイス側の面の部品が配置されない領域に、抵抗、コンデンサ、コイル、および／または半導体デバイス等の電子部品５００を実装できる空間を生じさせることができる。即ち、本実施形態に係るプローブ装置３００は、電子回路素子を配置する空間的な設計自由度を増加させることができる。

以上の本実施形態に係るプローブ装置３００は、テスタ側基板３２０、コンタクト部３４０、中間基板３５０、異方性導電膜３６０、およびデバイス側端子ユニット３７０が組み合わされて一体となる。この場合、プローブ装置３００は、一例として、流路３２８からの減圧と、フレーム３７７側からの押し付けとによって固定される。

また、プローブ装置３００は、一体となって固定されると、被試験デバイスのデバイスパッドに接続されるデバイス側接続端子３７４から対応するテスタ側電極３２６に至る電気的接続が形成される。これによって、テストヘッド２００のピンエレクトロニクス２１０は、対応するテスタ側電極３２６を介して、被試験デバイスとの間で電気信号を授受することができ、当該被試験デバイスを試験することができる。

図１１は、本実施形態に係るプローブ装置３００に、ウエハ１０１が固定された状態の断面図を示す。図１１において、図６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１０１は、ウエハトレイ４５０に搭載された状態でプローブ装置３００に固定される。

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のプローブ装置３００側である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、バルブ等を介して減圧ポンプ等に結合される。これにより、ウエハトレイ４５０は、ウエハ１０１を搭載した状態でウエハ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、バルブ等を介して減圧ポンプ等に結合される。

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がプローブ装置３００の下面に押し付けられた場合、ダイヤフラム４５６の上端もプローブ装置３００の下面に接して、ウエハトレイ４５０およびプローブ装置３００の間を気密に封止する。これにより、ウエハ１０１を搭載した状態で流路４５４から減圧させると、ウエハトレイ４５０はプローブ装置３００の下面に吸いついて、保持したウエハ１０１をプローブ装置３００に押し付ける。

ここで、プローブ装置３００の最下面に位置するデバイス側端子ユニット３７０の弾性シート３７２には、貫通穴が設けられていてよい。これによって、プローブ装置３００およびウエハトレイ４５０の間の空間が減圧された場合、プローブ装置３００の内部も減圧される。これにより、プローブ装置３００の中間基板３５０、異方性導電膜３６０、およびデバイス側端子ユニット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。

ここで、本実施形態に係るプローブ装置３００の内部空間は、中間基板３５０によってテスタ側の空間とデバイス側の空間とを分かれ、それぞれの空間を別個独立に減圧することを説明した。これにより、例えば、中間基板３５０を先に安定に固定した状態で、ウエハトレイ４５０を脱着することができる。これに代えて、中間基板３５０をガイドレール等を用いて安定に固定できる場合は、プローブ装置３００は、減圧する空間を分けずに１つの空間にしてもよい。

以上のように、プローブ装置３００と、ウエハトレイ４５０に搭載されたウエハ１０１とが重ね合わされて、ウエハ１０１に形成された複数のデバイスパッドと、対応する複数のテスタ側電極３２６とが電気的にそれぞれ接続されることにより、複数の被試験デバイスを試験する試験装置１００が形成される。

図１２は、本実施形態に係る中間基板３５０の変形例の部分断面図を示す。図１２において、図９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。中間基板３５０は、基板本体３５２と、基板本体３５２のテスタ側の面に接続層６０４を有する。

接続層６０４は、基板本体３５２における試験装置本体側の面上に積層され、基板本体３５２と反対側の面に複数のテスタ側中間電極６２０が形成され、複数のテスタ側中間電極６２０と対応する複数のデバイス側中間電極３５３とを電気的に接続する接続部６３３を有する。接続部６３３は、テスタ側の面において、対応するテスタ側中間電極６２０と電気的にそれぞれ接続される。また、接続部６３３は、デバイス側の面において対応するスルーホール３５５と電気的にそれぞれ接続される。

接続層６０４は、絶縁材料で形成される。また、接続部６３３は、接続層６０４を形成する材料とは異なる材料を含む。接続部６３３の少なくとも一部は、電子部品が形成される。即ち、本変形例の中間基板３５０のテスタ側中間電極６２０およびデバイス側中間電極３５３は、図９で説明した中間基板３５０と同様に、電子部品を介して電気的に接続される。当該電子部品は、図９で説明した電子部品と略同一である。

接続層６０４は、格子状に配列した複数の接続部６３３が形成されてよく、これに代えて、被試験デバイスのデバイスパッドに対応して、予め定められた配列で形成されてよい。このように、本変形例の中間基板３５０は、接続部６３３を有する接続層６０４を形成させるので、一例として、半導体プロセス等の微細加工技術を用いることで、安定に接続層６０４を形成させることができる。

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ることが可能であ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、および図面中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。

１００ 試験装置、１０１ ウエハ、１１０ ＥＦＥＭ、１１２ シグナルランプ、１１４ ＥＭＯ、１１５、４０２、４２２ レール、１１６ ロボットアーム、１１７ コラム、１１８ プリアライナ、１２０ 操作部、１２２ ディスプレイ、１２４ アーム、１２６ 入力装置、 １３０ ロードユニット、１３２ ロードテーブル、１３４ ロードゲート、１４０ チラー、１５０ ＦＯＵＰ、１６０ メインフレーム、２００ テストヘッド、２０１、４０１ 筐体、２０２、３３０ コンタクタ、２１０ ピンエレクトロニクス、２２０ マザーボード、２２２、２２６ アングルコネクタ、２２４ 中継コネクタ、２２８ 小基板、２３０ フラットケーブル、３００ プローブ装置、３２０ テスタ側基板、３２２ 上部フレーム、３２４ 下部フレーム、３２６ テスタ側電極、３２８ 流路、３４０ コンタクト部、３５０ 中間基板、３５２ 基板本体、３５３ デバイス側中間電極、３５５ スルーホール、３５７ 配線層、３５９ コンタクトパッド、３６０ 異方性導電膜、３６１ 貫通電極、３６２ フレーム、３６３ 弾性支持部、３６６ 貫通穴、３７０ デバイス側端子ユニット、３７２ 弾性シート、３７４ デバイス側接続端子、３７５ コンタクトパッド、３７６ 接続部、３７７ フレーム、４００ アライメントユニット、４１０ アライメントステージ、４２０ ステージキャリア、４３０ ウエハカメラ、４３２ ステージカメラ、４４０ ハンガフック、４５０ ウエハトレイ、４５２、４５４ 流路、４５６ ダイヤフラム、５００ 電子部品、６００ 接続モジュール部、６０４ 接続層、６１０ 基板側端子、６２０ テスタ側中間電極、６３０ 電子部品、６３３ 接続部、６４０ 貫通電極、６４２ 第１ピン、６４４ 第２ピン、６４６ コンタクトブロック

Claims (11)

1. 被試験デバイスと試験装置本体との間を電気的に接続するプローブ装置であって、
   可撓性を有するシートと、前記シートを貫通して前記被試験デバイスと接続される複数のデバイス側接続端子を有するデバイス側端子ユニットと、
   前記デバイス側端子ユニットに対して前記試験装置本体側に設けられ、前記複数のデバイス側接続端子と電気的に接続される複数のデバイス側中間電極と、前記試験装置本体に電気的に接続される複数のテスタ側中間電極とを有する中間基板と、
   前記中間基板に対して前記試験装置本体側に設けられ、前記試験装置本体へと電気的に接続される複数のテスタ側電極を前記中間基板側に有するテスタ側基板と、
   前記中間基板および前記テスタ側基板の間に設けられ、前記複数のテスタ側中間電極に接続される複数の第１ピンおよび前記複数のテスタ側電極に接続される複数の第２ピンを有するコンタクト部と、
   を備え、
   前記複数の第１ピンのそれぞれは、複数の貫通電極の前記被試験デバイス側のそれぞれの端子であり、前記複数の第２ピンのそれぞれは、前記複数の貫通電極の前記試験装置本体側のそれぞれの端子であり、
   前記複数の貫通電極のそれぞれは、前記第１ピンおよび前記第２ピンの間が伸縮するプローブ装置。
2. 前記中間基板の前記複数のテスタ側中間電極は、前記複数のデバイス側中間電極より広い間隔で設けられる請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記中間基板は、セラミックを含む請求項１または２に記載のプローブ装置。
4. 前記中間基板は、
   基板本体と、
   前記基板本体における前記試験装置本体側の面上に実装され、前記基板本体側に２以上の基板側端子を有し、前記基板本体と反対側に２以上の前記テスタ側中間電極を有する接続モジュール部と、
   を有する請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ装置。
5. 前記中間基板は、格子状に配列した複数の前記接続モジュール部を搭載する請求項４に記載のプローブ装置。
6. 前記コンタクト部は、前記複数の第１ピンおよび前記複数の第２ピンを有する複数のコンタクトブロックを有し、前記複数のコンタクトブロックのそれぞれと複数の前記接続モジュール部のそれぞれとが接続される請求項４または５に記載のプローブ装置。
7. 前記接続モジュール部は、前記基板側端子および前記テスタ側中間電極の間の配線に接続される電子部品を含む請求項４から６のいずれか一項に記載のプローブ装置。
8. 前記中間基板は、
   基板本体と、
   前記基板本体における前記試験装置本体側の面上に積層され、前記基板本体と反対側の面に前記複数のテスタ側中間電極が形成され、前記複数のテスタ側中間電極と対応する前記複数のデバイス側中間電極とを電気的に接続する接続部を有する接続層と、
   を有し、
   前記接続部の少なくとも一部は、電子部品が形成される請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ装置。
9. 前記電子部品は、抵抗素子を含む請求項７または８に記載のプローブ装置。
10. 前記デバイス側端子ユニットおよび前記中間基板の間に配置され、前記複数のデバイス側接続端子および前記複数のデバイス側中間電極との間を接続する異方性導電膜を更に備える請求項１から９のいずれか一項に記載のプローブ装置。
11. 半導体ウエハに形成された複数の被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    前記複数の被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記複数の被試験デバイスを試験する試験部と、
    前記試験部と前記複数の被試験デバイスがそれぞれ有する電極とを電気的に接続する請求項１から１０のいずれか一項に記載のプローブ装置と、
    を備える試験装置。

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