JP5619855B2 - プローブ装置、試験装置、及び、プローブ方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ装置、試験装置、及び、プローブ方法に関する。

ウエハ等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が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開平８−１１５９５４号公報

しかしながら、上述の試験装置では、電気的に接続させるために部材間に作用させる押圧力を適切に設定することができないといった課題がある。

本発明の第１の態様においては、被試験デバイスをテスタとの間を電気的に接続するプローブ装置であって、前記被試験デバイスを保持するデバイス保持部と、可撓性を有するシート、及び、前記シートを貫通して前記デバイス保持部に保持された前記被試験デバイスに接続される複数のデバイス側端子を有するデバイス側ユニットと、前記デバイス側ユニットより前記テスタ側に設けられた中間基板、前記複数のデバイス側端子と電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のデバイス側中間電極、及び、前記テスタと電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のテスタ側中間電極を有する中間ユニットと、前記中間ユニットより前記テスタ側に設けられたテスタ側基板、前記テスタへと電気的に接続される前記テスタ側基板に形成された複数のテスタ側電極を有するテスタ側ユニットと、前記中間ユニットと前記テスタ側ユニットとの間の第１空間を減圧する第１減圧部と、前記被試験デバイスが前記デバイス側ユニットに接続された状態で、前記デバイス保持部と前記中間ユニットとの間の第２空間を減圧する第２減圧部とを備えるプローブ装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、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テスタと、前記複数の被試験デバイスに形成されたデバイスパッドと前記テスタとを電気的に接続する上述のプローブ装置とを備える試験装置を提供する。

本発明の第３の態様においては、被試験デバイスをテスタとの間を電気的に接続するプローブ方法であって、前記被試験デバイスを保持するデバイス保持部と、可撓性を有するシート、及び、前記シートを貫通して前記デバイス保持部に保持された前記被試験デバイスに接続される複数のデバイス側端子を有するデバイス側ユニットと、前記デバイス側ユニットより前記テスタ側に設けられた中間基板、前記複数のデバイス側端子と電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のデバイス側中間電極、及び、前記テスタと電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のテスタ側中間電極を有する中間ユニットと、前記中間ユニットより前記テスタ側に設けられたテスタ側基板、前記テスタへと電気的に接続される前記テスタ側基板に形成された複数のテスタ側電極を有するテスタ側ユニットとを備えるプローブ装置において、前記中間ユニットと前記テスタ側ユニットとの間の第１空間を減圧する第１減圧段階と、前記被試験デバイスが前記デバイス側ユニットに接続された状態で、前記デバイス保持部と前記中間ユニットとの間の第２空間を減圧する第２減圧段階とを備えるプローブ方法を提供する。

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。

試験装置１００全体を示す正面図である。 試験装置１００の部分縦断面図である。 試験装置１００の部分水平断面図である。 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。 テストヘッド２００の断面図である。 プローブカード３００の分解図である。 ウエハトレイ４５０を吸着したプローブカード３００の全体図である。 ウエハ１０１の試験工程を示すフローチャートである。 試験工程でのプローブカード３００の状態を示す図である。 試験工程でのプローブカード３００の状態を示す図である。

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、試験装置１００全体を示す正面図である。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等のウエハを装置内部に搬入して、当該ウエハを位置合わせした後、当該複数の被試験デバイスをテスタによって試験する。

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。ＥＦＥＭは、Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅの略である。

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の中で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。尚、ＥＭＯは、ＥＭｅｒｇｅｎｃｙ Ｏｆｆの略である。

操作部１２０は、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。

なお、入力装置１２６から入力され、または予めプログラムされている各構成要素の動作等、試験装置１００全体の制御は、図示されていない制御部が行う。この場合、各構成要素はそれぞれに設けられた個別の制御部が制御を行い、複数の構成要素が協調作業を行うときのタイミング等の指示を全体の制御部が個別の制御部に行うようにしても良い。

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、冷却された媒体を供給する。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。ＦＯＵＰは、Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄの略である。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、ウエハ１０１を搬送して、搬送先での位置ずれを補正する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配線基板ユニットとして用いられる。ウエハ１０１に対して試験を実行する場合は、プローブカード３００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、プローブカード３００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２００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い。例えば、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。

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の下部に保持する。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の各々の下部に、それぞれウエハトレイ４５０を開放可能に保持できる。

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、全てのテストヘッド２００の下方に移動できる。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をウエハ１０１とともに上昇または下降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及びプローブカード３００において、ハンガフック４４０に保持されたウエハ１０１を保持しないウエハトレイ４５０が、下方から上昇したアライメントステージ４１０に支持される。続いて、ハンガフック４４０を開放した後、アライメントステージ４１０が、ウエハトレイ４５０を下降させる。

この状態で、ＥＦＥＭ１１０のロボットアーム１１６は、ウエハ１０１が搭載されていないウエハトレイ４５０に、ＦＯＵＰ１５０から搬送したウエハ１０１を搭載する。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の下部に押し付ける。

次に、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。尚、吸着されたウエハトレイ４５０は、ハンガフック４４０には保持されないが、吸着が失敗して落下した場合には、ハンガフック４４０に受け止められる。

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は、プローブカード３００を介してテストヘッド２００に装填される。この状態で、テストヘッド２００は、ウエハ１０１を試験する。

なお、試験を終えたウエハ１０１を回収する場合、吸着状態のウエハトレイ４５０が、下方から上昇したアライメントステージ４１０に保持される。続いて、ハンガフック４４０を開放した後、アライメントステージ４１０が、ウエハトレイ４５０とともに降下する。これにより、ウエハトレイ４５０が、ウエハ１０１ともにプローブカード３００の下部から開放される。この後、ウエハ１０１が、ＥＦＥＭ１１０によってＦＯＵＰ１５０まで搬出される。

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を含むプローブカード３００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、複数の被試験デバイスとの間で電気信号を授受して複数の被試験デバイスを試験する。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。

コンタクタ２０２は、上面を筐体２０１に対して固定される。コンタクタ２０２は、水平方向に移動するとともに、垂直方向に伸縮する。これにより、コンタクタ２０２は、三次元的に移動できる。

なお、フラットケーブル２３０の下端は、コンタクタ２０２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。また、ここでは一例としてスプリングピンを挙げたが、容量結合、光接続等、スプリングピンを用いない接続を含む構造も採り得る。

図６は、プローブカード３００の分解図である。図７は、ウエハトレイ４５０を吸着したプローブカード３００の全体図である。尚、図６では、ウエハトレイ４５０を省略している。プローブカード３００は、プローブ装置の一例であって、複数の被試験デバイスとテストヘッド２００との間を電気的に接続する。より具体的には、プローブカード３００は、複数の被試験デバイスに形成されたデバイスパッドと、テストヘッド２００とを接続する。プローブカード３００は、スティフナ３０２と、パフォーマンスボード３０４と、枠体３０６と、ＩＰＣ３０８と、インタポーザ３１０と、ＰＣＲシート３１２と、メンブレンユニット３１４と、押圧部材３１６と、減圧部３１８と、ウエハトレイ４５０と、減圧部４５６と、吸着部４５８とを備える。ＩＰＣは、ＩｎｔｅｒＰｏｓｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒの略である。ＰＣＲは、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｒｕｂｂｅｒの略である。

スティフナ３０２は、枠部３２０と、クロスメンバ３２２とを有する。枠部３２０は、パフォーマンスボード３０４の外側を包囲して、保持する。クロスメンバ３２２は、枠部３２０の内側に設けられる。クロスメンバ３２２は、平面視において、パフォーマンスボード３０４の上面を網目状に横切る。これにより、スティフナ３０２と一体化されたパフォーマンスボード３０４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、パフォーマンスボード３０４の反り等の変形が抑制される。

パフォーマンスボード３０４は、テスタ側ユニットの一例である。パフォーマンスボード３０４は、テスタ側基板３２６と、ガイドユニット３２８と、複数のコンタクトパッド３３０及び複数のコンタクトパッド３３２と、配線３３４と、電子部品３３５とを有する。複数のコンタクトパッド３３０、複数のコンタクトパッド３３２及び配線３３４が、テスタ側電極の一例である。

テスタ側基板３２６の一例は、比較的機械強度の高い絶縁性基板、例えばポリイミド板が積層された多層基板である。テスタ側基板３２６は、ＩＰＣ３０８及びインタポーザ３１０よりもテストヘッド２００側に設けられている。テスタ側基板３２６の周縁部は、スティフナ３０２によって保持されている。これにより、パフォーマンスボード３０４の機械的強度は、スティフナ３０２によって強化される。

ガイドユニット３２８は、テスタ側基板３２６の上面に設けられている。ガイドユニット３２８は、コンタクタ２０２がパフォーマンスボード３０４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コンタクタガイドとして機能する。

複数のコンタクトパッド３３０は、テスタ側基板３２６の上面に形成されている。コンタクトパッド３３０は、コンタクタ２０２を介してテストヘッド２００と電気的に接続される。複数のコンタクトパッド３３２は、テスタ側基板３２６の下面に形成されている。複数のコンタクトパッド３３２は、配線３３４を介して、対応するコンタクトパッド３３０と接続される。配線３３４は、多層構造を有するテスタ側基板３２６の各層に形成された配線によって構成される。

電子部品３３５は、テスタ側基板３２６のテストヘッド２００側の面及びウエハ１０１側の面のうち、コンタクトパッド３３０、３３２が実装されていない領域に配置されている。電子部品３３５は、抵抗、コンデンサ、コイル、半導体デバイス等を含む。

枠体３０６は、本体部３３８と、封止部材３４０とを有する。

本体部３３８は、パフォーマンスボード３０４の下面に設けられている。本体部３３８は、ＩＰＣ３０８及びインタポーザ３１０の外周部を全周にわたって囲む。本体部３３８には、排気路３３９が形成されている。排気路３３９は、第１空間３４４と、減圧部３１８とを接続する。ここでいう第１空間３４４は、パフォーマンスボード３０４、枠体３０６、及び、後述するメンブレンユニット３１４のフレーム３６２によって囲まれた空間のことである。従って、第１空間３４４は、パフォーマンスボード３０４とインタポーザ３１０との間の空間を含む。

封止部材３４０の一例は、樹脂等からなるＯリングである。封止部材３４０は、パフォーマンスボード３０４の周縁部の下面と、本体部３３８の周縁部の上面との間に配置される。封止部材３４０は、パフォーマンスボード３０４と本体部３３８との間を封止する。

ＩＰＣ３０８は、コンタクトユニットの一例である。ＩＰＣ３０８は、パフォーマンスボード３０４とインタポーザ３１０との間に設けられている。ＩＰＣ３０８の一端部は、上下方向に移動可能に、枠体３０６の本体部３３８に保持されている。ＩＰＣ３０８は、複数の貫通電極３４６を有する。貫通電極３４６は、接続電極の一例である。貫通電極３４６は、ＩＰＣ３０８を上下方向に貫通する。貫通電極３４６は、導電性を有し、上下方向に伸縮するバネ等の弾性部材である。各貫通電極３４６は、いずれかのコンタクトパッド３３２と電気的に接続される。

インタポーザ３１０は、中間ユニットの一例である。インタポーザ３１０は、中間基板３５０と、保持部材３５２と、複数のコンタクトパッド３５４と、複数のコンタクトパッド３５６と、貫通電極３５８とを有する。

中間基板３５０は、パフォーマンスボード３０４と、メンブレンユニット３１４との間に配置されている。換言すれば、中間基板３５０は、メンブレンユニット３１４よりテストヘッド２００側に設けられている。中間基板３５０は、枠体３０６に対して上下方向に移動可能に保持部材３５２を介して、枠体３０６に保持されている。これにより、中間基板３５０は、第１空間３４４が減圧されると、パフォーマンスボード３０４及びＩＰＣ３０８の方向へと移動する。

コンタクトパッド３５４は、テスタ側中間電極の一例である。コンタクトパッド３５４は、中間基板３５０の上面に形成されている。コンタクトパッド３５４は、平面視において、貫通電極３４６と同じレイアウトで配置されている。これにより、コンタクトパッド３５４は、貫通電極３４６と接続されるとともに、貫通電極３４６によって、コンタクトパッド３３２と接続される。コンタクトパッド３５４は、パフォーマンスボード３０４及びＩＰＣ３０８を介して、テストヘッド２００と電気的に接続される。コンタクトパッド３５４のいずれかは、平面視において、ＩＰＣ３０８の貫通電極３５８と同じレイアウトで形成されている。これにより、コンタクトパッド３５４のいずれかは、貫通電極３５８と電気的に接続される。

貫通電極３５８は、中間基板３５０を上下方向に貫通する。貫通電極３５８は、コンタクトパッド３５４と、当該コンタクトパッド３５４と対応するコンタクトパッド３５６とを電気的に接続する。

コンタクトパッド３５６は、デバイス側中間電極の一例である。コンタクトパッド３５６は、中間基板３５０の下面に形成されている。コンタクトパッド３５６は、ＰＣＲシート３１２を介して、後述するメンブレンユニット３１４のバンプ３６８と電気的に接続される。コンタクトパッド３５６は、コンタクトパッド３５４と異なるレイアウトで形成されている。具体的には、複数のコンタクトパッド３５６間のピッチは、複数のコンタクトパッド３５４間のピッチよりも小さい。これにより、インタポーザ３１０は、コンタクトパッド３５６の狭いピッチを、コンタクトパッド３５４の広いピッチにする。

ＰＣＲシート３１２は、導電部材の一例である。ＰＣＲシート３１２は、インタポーザ３１０とメンブレンユニット３１４との間に設けられている。ＰＣＲシート３１２は、金属微粒子を含むゴム等の樹脂シートである。ＰＣＲシート３１２は、厚み方向（即ち、上下方向）に圧力が作用すると、圧力の付加された領域の金属微粒子が互いに接触する。これにより、ＰＣＲシート３１２は、圧力の作用した領域の上面及び下面を電気的に接続する。従って、ＰＣＲシート３１２は、インタポーザ３１０のコンタクトパッド３５６と、後述するメンブレンユニット３１４のコンタクトパッド３６６とによって圧力が付加されると、隣接するコンタクトパッド３５６、３６６を短絡させることなく、金属微粒子によって、メンブレンユニット３１４のコンタクトパッド３６６及びバンプ３６８と、コンタクトパッド３６６とを個別に接続する。

メンブレンユニット３１４は、デバイス側ユニットの一例である。メンブレンユニット３１４は、フレーム３６２と、可撓性シート３６４と、複数のコンタクトパッド３６６と、複数のバンプ３６８とを有する。

フレーム３６２は、離隔部材の一例である。フレーム３６２は、可撓性シート３６４の周縁部を保持して、可撓性シート３６４の平坦性を維持する。フレーム３６２は、枠体３０６の本体部３３８の下面及びインタポーザ３１０の中間基板３５０の下面に向けて、押圧部材３１６によって押圧されている。従って、フレーム３６２は、可撓性シート３６４の外周部と枠体３０６の本体部３３８の下面との間を密閉する。これにより、フレーム３６２は、インタポーザ３１０とメンブレンユニット３１４のメンブレンユニット３１４間を封止して、第１空間３４４を減圧可能に封止する。更に、フレーム３６２は、第１空間３４４と、第２空間３７０とを離隔する。ここでいう第２空間３７０は、ウエハトレイ４５０とインタポーザ３１０との間の空間のことである。これにより、第１空間３４４と第２空間３７０とを異なる気圧にすることができる。

可撓性シート３６４は、絶縁性を有し、可撓性を有する弾性変形可能な樹脂等によってシート状に形成される。これにより、フレーム３６２に保持されていない可撓性シート３６４の中央部の領域は、フレーム３６２に対して上下に弾性変形する。

コンタクトパッド３６６は、可撓性シート３６４の上面に設けられている。コンタクトパッド３６６は、平面視において、インタポーザ３１０のコンタクトパッド３５６と同じレイアウトで配置されている。これにより、互いに対向するコンタクトパッド３６６とインタポーザ３１０のコンタクトパッド３５６は、ＰＣＲシート３１２の同じ領域を押圧するので、ＰＣＲシート３１２の金属粒子によって接続される。

複数のバンプ３６８は、デバイス側端子の一例である。複数のバンプ３６８は、ウエハトレイ４５０に保持されたウエハ１０１の被試験デバイスと電気的に接続可能に、可撓性シート３６４を貫通して設けられている。複数のバンプ３６８は、コンタクトパッド３６６と同じレイアウトで配置されている。各バンプ３６８は、対応するコンタクトパッド３６６と電気的に接続されている。また、複数のバンプ３６８は、試験対象となるウエハ１０１の被試験デバイスに形成されたデバイスパッドと同じレイアウトに配される。これにより、バンプ３６８は、プローブカード３００のウエハ１０１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。バンプ３６８のウエハ１０１側の端部は、先端が平坦な錐体状、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であってもよい。

押圧部材３１６は、枠体３０６の本体部３３８の下面に設けられている。押圧部材３１６は、メンブレンユニット３１４の下面をインタポーザ３１０へと押圧する。

減圧部３１８は、枠体３０６の本体部３３８の排気路３３９に接続されている。これにより、減圧部３１８は、排気路３３９を介して、第１空間３４４を減圧する。

ウエハ１０１を試験する場合、ウエハトレイ４５０は、メンブレンユニット３１４の下方に配置される。この状態では、ウエハ１０１は、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８と電気的に接続される。

ウエハトレイ４５０は、デバイス保持部の一例である。ウエハトレイ４５０は、トレイ本体４５２と、封止リング４５４とを有する。

トレイ本体４５２の上面は、平面視において、ウエハ１０１よりも大きい載置面として機能する。トレイ本体４５２の内部には、第２空間３７０と外部の減圧部４５６とを接続する減圧用排気路４６２が形成されている。減圧用排気路４６２の第２空間３７０側の端部は、トレイ本体４５２の載置面にウエハ１０１が載置されても塞がれない外周部に形成されている。これにより、第２空間３７０は、減圧部４５６によって減圧される。トレイ本体４５２の内部には、吸着用排気路４６４が形成されている。吸着用排気路４６４の載置面側の端部は、載置面にウエハ１０１が載置されると塞がれる位置に形成されている。

封止リング４５４は、封止部材の一例である。封止リング４５４は、トレイ本体４５２の上面に設けられている。封止リング４５４は、リング状であって、トレイ本体４５２の上部の全周を囲むように形成されている。ウエハトレイ４５０がメンブレンユニット３１４の近接した下方に配置された状態では、封止リング４５４は、メンブレンユニット３１４のフレーム３６２の下面と密着する。これにより、封止リング４５４は、メンブレンユニット３１４とウエハトレイ４５０との間を封止するので、第２空間３７０が、減圧可能に封止される。

減圧部４５６及び吸着部４５８は、真空ポンプ等の気体を排気可能な装置によって構成される。減圧部４５６は、被試験デバイスを含むウエハ１０１がメンブレンユニット３１４のバンプ３６８に接続された状態で、減圧用排気路４６２を介して、第２空間３７０を減圧する。ここで、減圧部４５６は、減圧部３１８が第１空間３４４を減圧する気圧よりも低い気圧となるように第２空間３７０を減圧する。これにより、インタポーザ３１０が、メンブレンユニット３１４をウエハ１０１の方向へと押圧する。これにより、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８とウエハ１０１の被試験デバイスとの電気的接続がより強固になる。吸着部４５８が、吸着用排気路４６４を減圧することにより、ウエハトレイ４５０は、被試験デバイスが形成されたウエハ１０１を載置面に吸着させて保持する。

図８は、プローブ工程を含むウエハ１０１の試験工程を示すフローチャートである。図９、図１０は、試験工程でのプローブカード３００の状態を示す図である。

図８に示すように、試験装置１００では、試験工程が開始すると、図９に示すように、ウエハトレイ４５０にウエハ１０１が搬入されていない状態で、減圧部３１８が、第１空間３４４の気体を排気して減圧する（Ｓ１０）。この減圧によって、ＩＰＣ３０８及びインタポーザ３１０が、パフォーマンスボード３０４の方向へと吸着されて、移動または弾性変形する。これにより、インタポーザ３１０の位置が、パフォーマンスボード３０４に対して固定される。この状態では、インタポーザ３１０が、パフォーマンスボード３０４及びＩＰＣ３０８を押圧するので、インタポーザ３１０とＩＰＣ３０８間の電気的接続、及び、パフォーマンスボード３０４とＩＰＣ３０８間の電気的接続が強固になる。また、メンブレンユニット３１４は、押圧部材３１６によってテストヘッド２００側へと押圧されて保持される。

次に、図１０に示すように、アライメントステージ４１０が、ウエハ１０１が載置されていないウエハトレイ４５０を下降させる。この状態で、ＥＦＥＭ１１０が、ＦＯＵＰ１５０からアライメントステージ４１０上のウエハトレイ４５０へとウエハ１０１を搬入する（Ｓ１２）。吸着部４５８が、吸着用排気路４６４を減圧することによって、ウエハトレイ４５０は、ウエハ１０１を吸着して固定する。アライメントステージ４１０は、搬入されたウエハ１０１をウエハトレイ４５０とともにプローブカード３００に対して位置合わせする（Ｓ１４）。

アライメントステージ４１０は、ウエハ１０１とともにウエハトレイ４５０をプローブカード３００の下面まで上昇させる（Ｓ１６）。この上昇により、図７に示すように、ウエハ１０１が、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８と接触する。

次に、減圧部４５６が、第２空間３７０の気体を排気して減圧する（Ｓ１８）。尚、この状態では、上述したように、第１空間３４４は、減圧部３１８によって減圧されている。メンブレンユニット３１４は、この減圧により、ウエハトレイ４５０及びウエハ１０１の方向へと吸着される。これにより、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８が、より強固にウエハ１０１に接触して、バンプ３６８とウエハ１０１の被試験デバイスとの電気的接続が強固になる。

この後、ウエハ１０１が、テストヘッド２００によって試験される（Ｓ２０）。当該ウエハ１０１の試験が終了すると、気体が第２空間３７０に供給されて、第２空間３７０が大気圧に戻る（Ｓ２２）。ウエハトレイ４５０は、ウエハ１０１とともにアライメントステージ４１０によって下降して、メンブレンユニット３１４から離脱する。ここで、ウエハトレイ４５０がメンブレンユニット３１４から離脱した状態でも、減圧部３１８は第１空間３４４の減圧状態を維持する。この後、試験の終了したウエハトレイ４５０のウエハ１０１は、ＥＦＥＭ１１０によってＦＯＵＰ１５０へと搬出される（Ｓ２４）。この後、全てのウエハ１０１の試験が終了するまで、ステップＳ１０を実行することなく、ステップＳ１２以降が繰り返される（Ｓ２６：Ｎｏ）。換言すれば、減圧部３１８は、ウエハトレイ４５０がウエハ１０１とともに、メンブレンユニット３１４から離脱しても、第１空間３４４の減圧状態を継続する。全てのウエハ１０１の試験が終了すると（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、試験工程は終了する。

上述したように、試験装置１００では、減圧部３１８、４５６が、第１空間３４４及び第２空間３７０を独立して減圧する。これにより、第１空間３４４の減圧によって電気的に接続されるパフォーマンスボード３０４、ＩＰＣ３０８、及び、インタポーザ３１０間の押圧力と、第２空間３７０の減圧によって電気的に接続されるインタポーザ３１０、ＰＣＲシート３１２、及び、メンブレンユニット３１４間の押圧力を個別に設定できる。これにより、試験装置１００は、電気的に接続させるために作用させるパフォーマンスボード３０４からメンブレンユニット３１４までの間の押圧力を適切に設定することができる。更に、第２空間３７０の圧力を制御することにより、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８とウエハ１０１との間に作用する圧力を適切に設定することできる。

試験装置１００では、インタポーザ３１０が反り等の要因によって変形した場合であっても、第１空間３４４及び第２空間３７０の圧力を制御することによって、面内でのメンブレンユニット３１４のバンプ３６８とウエハ１０１との押圧力を均一にすることができる。

試験装置１００では、減圧部３１８が第１空間３４４を第２空間３７０よりも先に減圧しているので、ウエハ１０１がメンブレンユニット３１４に接触する前に、インタポーザ３１０を保持して固定することができる。これにより、ウエハ１０１がメンブレンユニット３１４に接触した状態で第２空間３７０を減圧しても、インタポーザ３１０が移動することを抑制できる。この結果、メンブレンユニット３１４のバンプ３６８がウエハ１０１に接触したときの、インタポーザ３１０とメンブレンユニット３１４との相対位置の位置ずれを抑制できる。

試験装置１００では、ウエハ１０１がプローブカード３００から離脱した状態でも、減圧部３１８が第１空間３４４の減圧を維持する。これにより、各ウエハ１０１を試験する場合、第２空間３７０を減圧すればよいので、減圧に必要な時間を低減できる。

上述した実施形態の各構成の形状、個数等の数値、配置等は適宜変更してよい。

上述した実施形態では、第２空間３７０をインタポーザ３１０とウエハトレイ４５０との間の空間としたが、メンブレンユニット３１４とウエハトレイ４５０との間の空間を第２空間３７０としてもよい。

上述の実施形態では、第２空間３７０の気圧が、第１空間３４４の気圧よりも低くなるように減圧する形態をあげたが、第２空間３７０の気圧は第１空間３４４の気圧よりも低くてもよく、同じであってもよい。

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 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 筐体、 ２０２ コンタクタ、 ２１０ ピンエレクトロニクス、 ２２０ マザーボード、 ２２２ アングルコネクタ、 ２２４ 中継コネクタ、 ２２６ アングルコネクタ、 ２２８ 小基板、 ２３０ フラットケーブル、 ３００ プローブカード、 ３０２ スティフナ、 ３０４ パフォーマンスボード、 ３０６ 枠体、 ３０８ ＩＰＣ、 ３１０ インタポーザ、 ３１２ ＰＣＲシート、 ３１４ メンブレンユニット、 ３１６ 押圧部材、 ３１８ 減圧部、 ３２０ 枠部、 ３２２ クロスメンバ、 ３２６ テスタ側基板、 ３２８ ガイドユニット、 ３３０ コンタクトパッド、 ３３２ コンタクトパッド、 ３３４ 配線、 ３３５ 電子部品、 ３３８ 本体部、 ３３９ 排気路、 ３４０ 封止部材、 ３４４ 第１空間、 ３４６ 貫通電極、 ３５０ 中間基板、 ３５２ 保持部材、 ３５４ コンタクトパッド、 ３５６ コンタクトパッド、 ３５８ 貫通電極、 ３６２ フレーム、 ３６４ 可撓性シート、 ３６６ コンタクトパッド、 ３６８ バンプ、 ３７０ 第２空間、 ４００ アライメントユニット、 ４０１ 筐体、 ４０２ レール、 ４１０ アライメントステージ、 ４２０ ステージキャリア、 ４２２ レール、 ４３０ マイクロスコープ、 ４４０ ハンガフック、 ４５０ ウエハトレイ、 ４５２ トレイ本体、 ４５４ 封止リング、 ４５６ 減圧部、 ４５８ 吸着部、 ４６２ 減圧用排気路、 ４６４ 吸着用排気路

Claims (9)

1. 被試験デバイスとテスタとの間を電気的に接続するプローブ装置であって、
   前記被試験デバイスを保持するデバイス保持部と、
   可撓性を有するシート、及び、前記シートを貫通して前記デバイス保持部に保持された前記被試験デバイスに接続される複数のデバイス側端子を有するデバイス側ユニットと、
   前記デバイス側ユニットより前記テスタ側に設けられた中間基板、前記複数のデバイス側端子と電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のデバイス側中間電極、及び、前記テスタと電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のテスタ側中間電極を有する中間ユニットと、
   前記中間ユニットより前記テスタ側に設けられたテスタ側基板、前記テスタへと電気的に接続される前記テスタ側基板に形成された複数のテスタ側電極を有するテスタ側ユニットと、
   前記中間ユニットと前記テスタ側ユニットとの間の第１空間を減圧する第１減圧部と、
   前記被試験デバイスが前記デバイス側ユニットに接続された状態で、前記デバイス保持部と前記中間ユニットとの間の第２空間を減圧する第２減圧部と
   を備え、
   前記第１減圧部は、前記デバイス保持部が前記デバイス側ユニットから離脱した状態でも、前記第１空間の減圧状態を継続して、
   前記第２減圧部は、前記第１減圧部が前記第１空間を減圧している状態で、前記第２空間を減圧する
   プローブ装置。
2. 前記中間ユニットと前記テスタ側ユニットとの間に設けられ、前記複数のテスタ側中間電極と前記複数のテスタ側電極とを電気的に接続する複数の接続電極とを有するコンタクトユニットを更に備える
   請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記デバイス側ユニットと前記中間ユニットとの間に設けられ、前記複数のデバイス側端子と前記複数のデバイス側中間電極とを個別に接続する導電部材を更に備える
   請求項１または２に記載のプローブ装置。
4. 前記デバイス保持部は、前記デバイス保持部と前記デバイス側ユニットとの間を封止する封止部材を有する
   請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブ装置。
5. 前記第１空間を封止しつつ、前記第１空間と前記第２空間とを離隔する離隔部材を更に備える
   請求項１から４のいずれか１項に記載のプローブ装置。
6. 前記第１減圧部が、前記第１空間を減圧することにより、
   前記中間ユニットが、前記テスタ側ユニットに固定され、
   前記複数のテスタ側中間電極は、前記テスタと電気的に接続される
   請求項１から５のいずれか１項に記載のプローブ装置。
7. 前記第２減圧部が、前記第２空間を減圧することにより、
   前記デバイス側ユニットが、前記デバイス保持部側へと吸着される
   請求項１から６のいずれか１項に記載のプローブ装置。
8. 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テスタと、
   前記複数の被試験デバイスに形成されたデバイスパッドと前記テスタとを電気的に接続する請求項１から７のいずれか１項に記載のプローブ装置と
   を備える試験装置。
9. 被試験デバイスとテスタとの間を電気的に接続するプローブ方法であって、
   前記被試験デバイスを保持するデバイス保持部と、
   可撓性を有するシート、及び、前記シートを貫通して前記デバイス保持部に保持された前記被試験デバイスに接続される複数のデバイス側端子を有するデバイス側ユニットと、
   前記デバイス側ユニットより前記テスタ側に設けられた中間基板、前記複数のデバイス側端子と電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のデバイス側中間電極、及び、前記テスタと電気的に接続される前記中間基板に形成された複数のテスタ側中間電極を有する中間ユニットと、
   前記中間ユニットより前記テスタ側に設けられたテスタ側基板、前記テスタへと電気的に接続される前記テスタ側基板に形成された複数のテスタ側電極を有するテスタ側ユニットとを備えるプローブ装置において、
   前記中間ユニットと前記テスタ側ユニットとの間の第１空間を減圧する第１減圧段階と、
   前記被試験デバイスが前記デバイス側ユニットに接続された状態で、前記デバイス保持部と前記中間ユニットとの間の第２空間を減圧する第２減圧段階と
   を備え、
   前記第１減圧段階では、前記デバイス保持部が前記デバイス側ユニットから離脱した状態でも、前記第１空間の減圧状態を継続して、
   前記第２減圧段階では、前記第１減圧段階において前記第１空間を減圧している状態で、前記第２空間を減圧する
   プローブ方法。

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