专利名称：固定探针板的机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测待测体电特性的测试装置(probe unit)，特别涉及用于固定设在测试装置本体内的探针板(probe card)的探针板固定机构，该探针板固定机构可以抑制高温检测时探针板的热变形。
背景技术：
在半导体装置的制造工序中，利用例如图1所示的称作测试器(prober)的测试装置检测形成于晶片上的多个元件的电特性的检测装置。图1所示的测试装置具有带有容纳并输送晶片W的机构的装料室1(loader chamber)，和检测从装料室1输出的晶片W的电特性的测试室2。在装料室1中，利用输送晶片W的工序将晶片预先对准，在测试室2内检测(examine)晶片W的电特性。
在测试室2内，经预先对准的晶片W放置在可调整温度的主夹具3中，用该主夹具3夹持。主夹具3设置在可使晶片W沿X和Y方向移动的XY台面4上，通过驱动XY台面4，可将晶片W定位在给定位置上。
在主夹具3的上方配置了具有多个测试探头5A的探针板5。该探针板5由探针板5的对准机构6支承。对准机构6工作时，测试探头5A可正确地放置在由主夹具3夹持的晶片W的多个电极垫上。而且，主夹具3内置有升降机构，检测时，升降机构使晶片W上升，测试探头5A与电极垫利用机械或电力方法形成接触。检测后，升降机构使晶片W下降，测试探头5A与电极垫利用机械或电力方法分离。
又如图1所示，在确定测试室2的顶板7上配置可转动的测试器的测试头T。测试头T和探针板5通过性能板(图中没有示出)形成电连接。在测试主夹具3上的晶片W时，晶片W的温度被设定并保持在一定温度范围内，例如-40℃～+150℃。在测试时，检测信号从测试器发出，经测试头T和性能板送至测试探头5A；检测信号由测试探头5A加在晶片W的电极垫上，以检测形成于晶片W上的多个半导体元件(元件)的电特性。当设定温度为室温以上的高温时，通过含有内置于主夹具3的加热机构的温度调节机构，将晶片加热至给定温度，由此检测晶片。
形成于晶片W上的芯片电路为超微型，而且随着晶片本身直径的增大，探针板5的直径也增大。随着直径的增大，探针板5需要有很大的刚性，例如，如图2A和图2B所示，需要由不锈钢等金属制的支承框架5B进行增强。该探针板5与支承框架5B一起，由环状夹具8固定在顶板7上。即，探针板5与支承框架5B在一起，利用螺钉等多个紧固件9A紧固、固定在夹具8上。另外，夹具8通过多个紧固件9B紧固、固定在顶板7上。
在上述固定探针板的机构中，在高温环境下——例如100℃的高温环境下——的加热初期检测晶片W时，因主夹具3放热，使得探针板5或夹具8的下表面比上表面更多地受到加热，因此下表面比上表面的热膨胀大，以致弯曲。而且，由于探针板5固定在夹具8的内周边缘，使探针板5不能沿径向朝外侧伸长，如图2A所示，呈沿径向朝内侧伸长并向下弯曲的形态。另外，由于夹具8的外周边缘固定在顶板7上，因此，夹具8沿径向朝内侧伸长，使探针板5进一步向下弯曲。结果，测试探头5A向直下方移动，使测试探头5A和晶片W的电极垫间的针压大于设定值，由此会损伤电极垫和其基底层，以致使检测不能很好地进行，特别是如图2A和图2B所示，在探针板5由支承框架5增强的情况下，受支承框架5B的热膨胀影响很大。
另外，在高温检测时，如图2B所示，由于探针板5和支承框架5B经充分加热而热膨胀，同时，夹具8也因充分加热而热膨胀，因此探针板5和支承框架5B对紧固件9A有向外的应力作用，而夹具8对紧固件9A有向内的应力作用。在产生这种作用的情况下，如图2B所示，与图2A相反，探针板5向上弯曲，测试探头5A上升，从而造成接触不良。图2A和图2B所示的现象，在具有由支承框架5B增强探针板5的结构的情况下，同样会发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可抑制因探针板的热变形引起的应力，并抑制测试探头向上下方向移动，从而提高检测可靠性的固定探针板的机构。
根据本发明，提供一种设置在将待测体维持在测试室内的高温环境中以检测其电特性的测试装置上的固定机构，它包括暴露在高温环境中的探针板，该探针板具有与待测体有电接触和机械接触的用于检测上述检测体的电特性的多个探头；用中心部支承该探针板的支承框架；连接固定该探针板和支承框架的多个第1紧固件；为使探针板可向其周边热膨胀而保持探针板和支承框架的外周边缘的固定在测试装置上的保持框架；和连接固定保持框架与支承框架的多个第2紧固件。
本发明的其它目的和优点在以下说明中给出，它们部分地可从说明书中或通过实施本发明得知。本发明的目的和优点可利用下面指出的方法来实现和获得。
构成本说明书一部分的附图表示本发明的一些优选实施例，它与上面给出的说明和下面对优选实施例的详细说明一起，用于说明本发明的原理。
图1为表示具有现有固定探针板的机构的测试装置的一个例子剖开的正视图；图2A和2B分别为高温检测时图1所示探针板的状态的简要放大剖面示意图；图3为本发明的某一实施方式的固定探针板的机构的简要剖面示意图；
图4为图1所示的支承框架的一例的平面示意图；图5为本发明另一实施方式的固定探针板的机构的简要剖面示意图；图6为图5所示机构的底面的平面示意图；图7为图3所示探针板的变形例的立体示意图；图8为本发明的又一实施方式的固定探针板的机构的剖面示意图。
具体实施例方式
以下，参照附图来说明本发明的固定探针板的机构的各种实施方式。
图3为本发明的某一实施方式的探针板固定机构10的示意图。
如图3所示，在固定机构10中，固定有圆盘形探针板11。该固定机构10具有从上面支承探针板11的支承框架12，以及保持着探针板11和支承框架12的外周边缘的环形夹具13。固定机构10固定在具有与现有技术相同结构的测试室的顶板14上，结果，固定机构10将探针板11固定保持在顶板14上。具有测试室的测试装置实质上与现有测试装置相同，因此省略其说明。因为作为一个例子，可以将本发明的一个实施例的探针板固定机构10应用在现有技术说明的图1所示的测试装置中，因此关于测试装置的详细情况，可参考现有技术的说明。另外，本发明的探针板固定机构不只限于图1所示的测试装置，在具有其它已知结构的测试装置中也可适用。
在测试室内配置有主夹具15，固定放置在主夹具15上的晶片W，可由XY台面驱动而沿水平方向(X、Y方向)和上下方向(Z方向)输送。
探针板11具有多个测试探头11A、安装有测试探头11A的导体11B、和将导体11B固定在中央部分的电路基片11C。另外，导体11B、电路基片11C和支承框架12，分别通过由螺钉等构成的多个第1紧固件16A而互相连接，使探针板11和支承框架12成为一个整体。具体而言，多个第1紧固件16A对称配置在电路基片11C的轴心附近的周围，利用均匀的紧固力，将探针板11紧固在电路基片11C的中心区域。
如上所述，图1所示的固定机构具有探针板11，形成支承框架12和电路基片11C的中心整体连接的结构。因此，在图3所示的固定机构中，高温检测时，即使由主夹具15放热，使电路基片11C受热膨胀，由电路基片11C中心的热膨胀引起的伸长也会很小。结果，可以抑制电路基片11C沿其中心轴向上或向下形成的圆顶形热变形，从而可以抑制测试探头11A向上或向下的移动。
如图3所示，支承框架12在探针板11的中心实质上与其中心一致，形成直径比电路基片11C的直径大的圆盘形状，或如图4所示，形成具有圆形边缘和从圆形边缘向中心轮毂延伸的轮辐的轮形。
另外，为将电路基片11C夹持在边缘12A和夹具13之间，因此，支承框架12的外周的边缘12A突出电路基片11C的厚度的量，其总的厚度大致等于将电路基片11C的厚度与支承框架12的内侧部分的厚度相加之和。并且，在边缘12A的内侧面和电路基片11C的外圆周面之间形成间隙δ，而使边缘12A的内径确定为与电路基片11C的外径相比仅增大相当于间隙δ的值。即使由于热膨胀电路基片11C从其中心向外围膨胀，由于间隙δ的存在，也可吸收电路基片11C的热膨胀，因此可防止电路基片11C的外缘与边缘12A的内侧面接触。探针板11由支承框架12固定在夹具13上。
夹具13具有剖面呈L形的环状结构，它由环状外周边缘13A和由外周边缘13A下降、而设在与外周边缘13A不同面内的法兰状内周边缘13B构成。夹具13的外径比顶板14的中心孔的孔径大，其内径比探针板11的电路基片11C的外径小。
顶板14安装在测试室上，在高温检测中，可以在主夹具15达不到顶板14直下方的范围内移动。这样，可以尽可能减小因主夹具15放热对顶板14的影响。
另外，支承框架12的外周边缘12A安装在夹具13的内周边缘13B上，该外周边缘12A利用多个第2紧固件16B固定在内周边缘13B上。因此，探针板11的电路基片11C的外周边缘由夹具13的内周边缘13B和支承框架12扶持，并且不受紧固件等的约束，而可以因热膨胀而沿径向方向延伸。因此，高温检测时，即使有热膨胀，电路基片11C也可自由地在间隙δ内伸缩。另一方面，利用等间隔配置在外周边缘13A圆周方向上的多个第3紧固件16C而将夹具13紧固固定在顶板14内周的台阶状边缘14A上。顶板14由剖面为L字形的外框14B，和从外框14B向内延伸的台阶状边缘14A构成。由台阶状边缘14A限定的中心孔相对于外框14B形成凹部，并形成于在该凹部内。因此，中心孔的周边缘14A具有形成在相对于顶板14的外框为下方的基准面。
另外，不论是第2还是第3紧固件16B、16C都可使用螺钉等。
探针板11的电路基片11C由已知材料，例如，玻璃环氧树脂等制成多层线路结构。另外，支承框架12和夹具13都可由低膨胀的材料、例如氮化铝等陶瓷或由镍合金构成的铁镍合金等低膨胀金属制成。这些材料的膨胀率优选在0～3×10-6范围内，优选为具有约为1×10-6以下的低膨胀率。通过用这种材料制成支承框架12和夹具13，由主夹具15放热造成的支承框架12和夹具13的热膨胀，与现有结构比较，可降低至1/10。
然后说明使用测试装置进行的晶片W的高温检测。当主夹具15被加热至给定温度——例如150℃的状态下——而将晶片W放置在主夹具15上时，主夹具15可将晶片W加热至给定温度。再利用包含主夹具15和XY台面的对准机构，使晶片W和测试探头11A对准。然后，随着主夹具15的移动，对晶片W进行分度送进，使其呈台阶状送进相当于晶片W上的芯片的宽度量。因此，可使晶片W上的芯片的电极垫和测试探头11A对置并对准。当二者对准时，通过主夹具15使晶片W上升，使晶片W的电极垫和测试探头11A接触。另外，当在不损伤晶片W的允许范围内超速驱动晶片W、使晶片W的电极垫与测试探头11A充分接触时，使电极垫和测试探头11A可以可靠地电接触。
当在此状态下将检测用信号由测试器供给探针板11时，检测用信号由测试探头11A加在晶片W上，开始对晶片W上的芯片进行检测。将芯片发出的信号通过测试探头11A作为表示检测结果的信号供给到测试器进行分析，再存储到存储装置(图中没有示出)中，完成给定元件的高温检测。然后，主夹具15下降，电极垫和测试探头11A的接触放开，而为了检测另一个芯片，可反复进行晶片W的分度送进和升降动作，完成晶片W的高温检测。
高温检测时，因主夹具15放热，而分别使探针板11、支承框架12和夹具13的温度升高。由于探针板11的中心部分用多个第1紧固件16A固定在支承框架12上，因此可防止由多个第1紧固件16A、16A固定的探针板11的中心沿上下方向移动。另外，即使探针板11的外周边缘膨胀，由于其外周边缘不固定，是自由的，因此仍可抑制测试探头11A在上下方向移动。高温检测中，由于主夹具15可在不达到顶板14直下方的范围内移动，因此可以抑制因主夹具15放热而对顶板14的热影响。另外，由于支承框架12和夹具13由低热膨胀材料制成，因此即使支承框架11和夹具13受主夹具15放热的影响而温度升高，也可以抑制热膨胀造成的伸长，因而可以很好地抑制测试探头11A沿上下方向移动。
如上所述，根据本实施例，由于探针板11和支承框架12分别在轴心附近通过多个第1紧固件16A连接；同时，支承框架12的外周边缘12A和夹具13通过多个第2紧固件16B连接固定，而探针板11的外周边缘不固定，是自由的，因此，可以很好地抑制高温检测时探针板11沿上下方向的热变形和测试探头11A沿上下方向的移动，从而可防止损伤电极垫及其基底层，很好地进行高温检测。
另外，根据本实施例，由于将探针板11的外周边缘配置在支承框架12和夹具13之间，在探针板11的外周面的外侧设有间隙δ，因此，探针板11——具体指电路基片11C——可以因热膨胀在间隙δ范围内伸长，使应力不会作用在电路基片11C上，因此可以进一步抑制探针板11沿上下方向的移动。
参照图5和图6说明本发明另一实施方式的固定探针板的机构。图5为本发明另一实施方式的固定探针板的机构的部分剖面示意图；图6为图5所示机构底面的部分平面图。另外，在图5和图6中，与上述实施方式相同或相当的部分，用相同符号表示，省略其详细说明。
如图5所示，图5和图6所示的探针板固定机构10在夹具13和顶板14的下面设有绝热片17。除设有该绝热片之外，图5和图6所示机构实质上与图3所示机构具有同样的结构。绝热片17用耐热板18覆盖，该板18用螺钉等紧固件19固定在夹具13和顶板14上。如图6所示，板18呈扇形，该扇形板18配置在夹具13和顶板14的整个表面上。在板18之间优选设有用于吸收板18的热膨胀的间隙。绝热板17的材料没有特别的限制，优选为难以产生粉尘的材料。作为绝热板17，可以采用例如硅海绵等。这样，通过在夹具13和顶板14的下面设置绝热片17，可以抑制两部件13、14的温度升高，从而可以更好地抑制探针板11上下方向的弯曲。
另外，图中虽未表示，但也可以在探针板11的下面或探针板11和支承框架12之间设置绝热片，以抑制探针板11和支承框架12这两者的温度升高。利用这种方法，可抑制探针板11和支承垫12的热膨胀，而且还可以抑制探针板11的弯曲，即可抑制测试探头11A沿上下方向的移动，从而可以进行可靠性更高的高温检测。
在图3或图5所示的机构中，也可以装入具有图7所示形状的夹具13。图7表示朝向测试室一侧的探针板13的外形。如图7所示，夹具13由环状外周边缘13A和形成由该外周边缘13A至测试室的台阶、向其中心延伸的法兰状内周边缘13B构成。在法兰状内周边缘13B上，大致均匀地形成相对于夹具13的中心大致呈对称的放射状的多个槽20，再从内周边缘13B的内边缘向其外侧形成切深21。切深21与槽20一样，相对于夹具13的中心大致呈对称的放射状，并延伸至槽20之间的区域。因此，在内周边缘13B的内周区域中，槽20和切深21沿着该内周边交错配置。
在将这种结构的夹具13装入机构中的装置中，高温检测中暴露在高温中的卡夹具13受到热辐射，因受热而膨胀，而槽20和切深21可以吸收该膨胀，因此可防止夹具13本身膨胀成圆顶状以致探针板11压向或进入测试室的移动。特别是因为切深21延伸至槽20之间的区域，因此，即使夹具13产生热膨胀，也可防止内周区域产生波状变形。
图8为本发明又一实施方式的固定探针板的机构的剖面示意图。
图8所示的探针板固定机构10，除夹具13这点以外，与图3所示的机构具有相同的结构。即，如图7所示，探针板11与图3所示同样地利用设在其中心轴周围的多个第1紧固件16A而与支承框架12连接。探针板11的外缘置于顶板14的内周边缘14A上。另外，支承框架12的外周边缘12A由多个第2紧固件16B紧固固定在顶板14的中心孔的内周边缘14A上，在探针板11的电路基片11C的外周面和支承框架12的外周边缘12A的内周面之间，形成作为容纳电路基片11C的热膨胀余量的间隙δ。因此，利用图7所示的固定机构，除具有与上述各实施方式同样的作用效果以外，还因省去了夹具而可以消除由夹具的热膨胀造成的影响。
另外，本发明不仅限于上述各个实施方式，在不偏离本发明的范围的条件下，可作各种改变。例如，在上述各个实施方式中，说明了用支承框架12增强探针板11的例子，而本发明也适用于没有支承框架12的情况。在上述实施方式中，对支承框架呈圆盘形的情况进行了说明，然而也可为如轮子一样的在内侧形成开口的圆盘状。另外，在上述各个实施方式中，对探针板11的电路基片11C和支承框架12的厚度和与支承框架12的外周边缘12A的厚度大致相同时的情况进行了说明，但也可以是外周边缘12A的厚度厚于电路基片11C和支承框架12的内侧部分的厚度和的形式。此外，在上述实施方式中，对探针板11放置在支承框架12上面的情况进行了说明，但也可将其放在探针板11的下面，或上面和下面的两个表面上。
本领域从业人员很容易由本发明推想出其它的优点和改进。因此，广义来说，本发明不仅限于上述具体细节和代表性实施方式。因此，在不偏离由所附权利要求书及其等价文件所确定的本发明的主旨或范围的条件下，可作各种改进。
权利要求
1.一种设置在将待测体维持在测试室内的高温环境中、以检测其电特性的测试装置上的固定机构，其特征在于，包括暴露在高温环境中的探针板，所述探针板具有与待测体有电接触和机械接触的用于检测所述待测体的电特性的多个探头；用中心部支承所述探针板的支承框架；连接固定所述探针板和支承框架的多个第1紧固件；为使所述探针板可向其周边热膨胀而保持探针板和支承框架的外周边缘的固定在测试装置上的保持框架；和连接固定保持框架与支承框架的多个第2紧固件。
2.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，所述探针板被夹持在保持框架和支承框架之间。
3.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，在所述支承框架和所述保持框架之间配置所述探针板的外周边缘，在所述探针板的外周面的外侧设有间隙。
4.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，所述支承框架和所述保持框架由低热膨胀材料制成。
5.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，在所述支承框架和保持框架中至少其一的下面设有绝热材料。
6.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，具有固定保持框架的顶板。
7.如权利要求1所述的固定机构，其特征在于，保持框架与顶板相配。
全文摘要
本发明涉及一种可抑制因探针板(11)的热变形引起的应力，并抑制测试探头(11A)向上下方向移动，从而提高检测可靠性的固定探针板(11)的机构(10)，利用探针板(11)和支承框架(12)的轴心周围由多个第1紧固件(16A)连接。利用多个第2紧固件(16B)，将支承框架(12)的外周边缘连接固定在测试装置的夹具(13)上。探针板(11)的中心区域受第1紧固件(16A)拘束，其外周边缘不受拘束而自由地用机构(10)保持，因此，探针板(11)即使在高温下热膨胀，也可防止其向外周边缘膨胀变形为圆顶形。
文档编号H01L21/66GK1499209SQ200310103450
公开日2004年5月26日 申请日期2003年11月3日 优先权日2002年11月1日
发明者米泽俊裕 申请人:东京毅力科创株式会社