专利名称：顶板的校平机构以及探针装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及顶板的校平机构以及探针装置、更详细来说涉及当被检查体与探针 卡电接触而进行被检查体的电气特性检查时、即使向顶板作用有较大的接触载荷也能防 止基于顶板变形的探针的位置偏离从而能进行可靠性高的检查的顶板的校平机构以及探 针装置。
背景技术：
探针装置包括载置被检查体(例如半导体晶片)且可在X、Y、Z方向以及θ方 向上移动的载置台、配置在载置台的上方的探针卡、保持探针卡的顶板和用四角支撑顶 板的支撑柱。在进行半导体晶片的电气特性检查时，进行载置台上的半导体晶片的多个 电极焊盘与探针卡的多个探针之间的对位后，载置台上升，使半导体晶片与探针卡电接 触，以进行半导体晶片的电气特性检查。然后，当半导体晶片的多个电极焊盘与探针卡的多个探针分别以均勻的针压接 触时，载置台上的半导体晶片与探针卡必须总是平行。因此，在探针装置上设有校平机 构，该校平机构用于使探针卡相对于载置台上的半导体晶片调整为平行。作为这种校平 机构，例如公知有专利文献1至3记载的发明。在专利文献1记载的发明中，沿圆周方向隔开等间隔而使第一、第二支撑机构 介于支撑探针卡的插入环和顶板之间设置。第一支撑机构以能倾斜的方式在一处支撑插 入环，第二支撑机构在两处以分别升降的方式支撑插入环。第二支撑机构具有电动机、 滚珠丝杠、楔形件以及球体，其使电动机驱动，通过滚珠丝杠使楔形件进退动作，以使 插入环升降，通过球体调整插入环的倾斜情况。并且，在专利文献2记载有如下的发 明与专利文献1的发明相同地，用在圆周方向上隔开预定间隔的三点支撑插入环，在 两处的支撑点调整探针卡的倾斜度。在专利文献2的发明中，与专利文献1的不同点在 于其使用了用于调整探针卡的倾斜度的调整螺钉。在以下说明中将如此调整载置台上 的半导体晶片与探针卡的平行度的机构称为校平机构。
在专利文献1的发明中是通过插入环来调整探针卡的水平度，但也有如图4、图 5所示通过保持探针卡的顶板来调整探针卡的水平度的校平机构。参照图4、图5对该校 平机构进行概述。如图4所示，该校平机构构成为，包括顶板1，其具有保持探针卡 (未图示)的孔1Α; —对第一支撑柱2、2，其用后端部(图4的右侧)的左右两侧支撑 探针卡1 ； 一对第二支撑柱3、3，其用前端部(图4的左侧)的左右两侧支撑探针卡1 ； 一对升降机构4、4，其设在一对第一支撑柱2、2的上端，且在左右两侧分别单独地使探 针卡1的后端部升降；和轴机构6(参照图5)，其固定在被架设在一对第二支撑柱3、3之 间的支撑体5的中央部与顶板1的前端部各自的中央部上，且在支撑体5上以能沿左右方 向摆动的方式支撑探针卡1的前端部，以基于轴机构6的支撑点为基准，通过一对升降机 构4、4来使顶板1的后端部升降，以调整顶板1的水平度。其中，在图4中，标号IB 为用于将轴机构6固定在顶板1上的螺纹孔。
在顶板1的下方能移动地配置有载置台(未图示)，该载置台在由第一、第二支 撑柱2、3形成的空间内移动。顶板1的后端部通过销8、8与配置于第一支撑柱2、2的 上端面的一对固定块7、7铰合，将顶板1的前端部抬起而能开放内部。并且，在一对固 定块7、7之间架设有副板(未图示)。如此顶板1形成如下的三点支撑构造其后端部的左右两点被一对升降机构4、 4支撑，其前端部中央的一点被轴机构6支撑，如在图6用粗线所示地由三角形的三点来 支撑。并且，在顶板1的上表面配置有测试头，该测试头由顶板1上表面的三处的支撑 点S来支撑。图4所示的升降机构4基本上与由本申请人提出的专利文献1记载的升降机构 相同地，例如具有电动机4A、滚珠丝杠4B以及楔形件4C，电动机4A通过滚珠丝杠4B 使楔形件4C进退动作，以通过固定块7使顶板1升降。并且，例如图5所示，轴机构6 包括一对第一轴支撑部件6A、6A，其隔开预定间隔而固定在顶板1下表面的前后，且 具有轴孔；第二轴支撑部件6B，其固定在支撑体5的上表面，且具有被一对轴支撑部件 6A、6A夹持的轴孔；和轴6C，贯通一对第一轴支撑部件6A、6A的轴孔以及第二轴支撑 部件6B的轴孔，该轴机构6以轴6C为中心，可自由摆动地支撑顶板1。并且，在专利文献3上记载有具有在四角支撑顶板的支撑机构的探针。该探针 包括支撑晶片的晶片夹、使晶片夹移动的XY移动机构及Z移动机构和保持探针卡的头部 工作台。并且，在多个部位(具体来说为头工作台的四角)设有调整头部工作台的倾斜 度的工作台支撑机构。工作台支撑机构具有电动机、齿轮、送给螺纹机构以及导向器， 其经由Z移动机构在晶片夹上的晶片的电极与探针卡的探针电接触时驱动，将电极与探 针的接触压调整为预定范围。因此，该探针对头工作台在其四角的四点对其进行支撑， 从四点对头部工作台调整水平度，并且补充晶片夹针对晶片的过载。专利文献1 日本特开2006-317302号公报专利文献2:日本特开平7-231018号公报专利文献3 日本特开2008-294292号公报但是，随着半导体晶片变得大口径化且因高度集成，探针卡的探针数量激增， 在进行检查时，半导体晶片与探针卡电接触时的接触压达到200Kg左右，在顶板上产生 挠曲。如图4至图6所示，在具有校平机构，顶板1被三点支撑的探针装置的情况下，由 于顶板1上的测试头支撑点S的三点中的两点位于连接两个升降机构4与一个轴机构6的 三角形区域的外侧，因而因测试头的载荷，顶板1向下方挠曲，成为容易下沉的构造。 在该构造中，当半导体晶片与探针卡电接触时，如从顶板1的中央部下表面作用如上所 述大小的载荷，则在尽量调整了平行度的顶板上产生新的挠曲。并且，虽然顶板1的前 端部被轴机构6的轴6C支撑，但由于该轴6C的刚性较低，因而因接触压引起的挠曲， 轴6C变形而使得顶板1在前后方向、左右方向上位置偏离，存在降低检查的可靠性的问 题。专利文献3记载的探针也被轴来支撑，因而头部工作台针对前后左右方向位置偏离 变弱，产生同样的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种顶板的校平机构以及探针装置，以便能够抑制半导体晶片等被检查体与探针卡电接触时的顶板的位置偏 离，可进行可靠度高的检查。本发明技术方案1记载的顶板的校平机构，，其特征在于，用于调整上述顶板 的水平度，并且包括保持探针卡的顶板；用后端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第 一支撑柱；用前端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第二支撑柱；一对升降机构，设在 上述第一支撑柱的上端，且在左右两侧分别单独地使上述顶板后端部升降；和轴机构， 其被固定于被上述一对第二支撑柱架设的支撑体的中央，且能沿左右方向摆动地轴支撑 上述顶板的前端部，在上述顶板的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面分别设置了限 制上述顶板的水平方向上的位置偏离的位置限制机构。并且，本发明的技术方案2记载的顶板的校平机构，根据技术方案1记载的发 明，其特征在于，上述位置限制机构包括倒圆锥状的第一凹部，其形成于上述第二支 撑柱上；第二凹部，其与上述第一凹部对应地形成在上述顶板前端部 ；和球体，介于上 述第一、第二凹部之间设置，且使上述顶板前端部和上述一对第二支撑柱上端面之间形 成间隙。并且，本发明技术方案3记载的顶板的校平机构，根据技术方案1或技术方案记 载的发明，其特征在于，上述第一凹部设在固定于上述第二支撑柱的上端面的第一承受 件上，并且上述第二凹部设在固定于上述顶板的第二承受件上。并且，本发明技术方案4记载的探针装置，其特征在于，包括载置被检查体 的能移动的载置台；保持配置于上述载置台的上方的探针卡的顶板；用后端部的左右两 侧支撑上述顶板的一对第一支撑柱；用前端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第二支撑 柱；和调整上述顶板的水平度的顶板的校平机构，上述校平机构包括一对升降机构， 其设在上述第一支撑柱的上端，且在左右两侧分别单独地使上述顶板后端部升降；和轴 机构，其固定于被上述一对第二支撑柱架设的支撑体的中央，且能沿左右方向摆动地轴 支撑上述顶板前端部，在上述顶板的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面分别设置有 限制上述顶板的水平方向上的位置偏离的位置限制机构。并且，本发明技术方案5记载的探针装置，根据技术方案4记载的发明，其特 征在于，上述位置限制机构包括倒圆锥状的第一凹部，其形成于上述第二支撑柱上； 第二凹部，其与上述第一凹部对应地形成在上述顶板前端部；和球体，介于上述第一、 第二凹部之间设置，且使上述顶板的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面之间形成间 隙。并且，本发明技术方案6记载的探针装置，根据技术方案4或技术方案5记载 的发明，其特征在于，上述第一凹部设在固定于上述第二支撑柱的上端面的第一承受件 上，并且上述第二凹部设在固定于上述顶板的第二承受件上。根据本发明，可提供抑制当半导体晶片等被检查体与探针卡电接触时的顶板的 位置偏离、而能进行可靠性高的检查的顶板的校平机构以及探针装置。
图1是表示本发明的探针装置的一实施方式的主要部分的立体图。图2是用于说明在图1所示的探针装置中所使用的本发明顶板的校平机构的一实施方式的支撑构造的俯视图。
图3是表示图1所示的顶板的校平机构的主要部分的剖视图。
图4是表示在现有的探针装置中所使用的顶板的校平机构一例的立体图。
图5是表示在图4所示的校平机构中所使用的轴机构的立体图。
图6是用于说明图4所示的顶板的校平机构中的顶板支撑构造的俯视图。
标号的说明
10探针装置
11顶板
12第一支撑柱
13第二支撑柱
14升降机构
15支撑体
16轴机构
19位置限制机构
19A第一凹部
19B第二凹部
19C球体
19D第二承受件
20校平机构具体实施方式
下面，根据图1至图3所示的实施方式对本发明进行说明。
例如图1所示，本实施方式的探针装置10具有载置被检查体(例如半导体晶片) (未图示)的能移动的载置台(未图示)、保持配置在载置台上方的探针卡(未图示)的 顶板11、用后端部的左右两侧支撑顶板11的一对第一支撑柱12、用前端部的左右两侧支 撑顶板11的一对第二支撑柱13和调整顶板11的水平度的顶板的校平机构(下面简称为“校平机构”)20。
校平机构20包括一对升降机构14，其设置在用左右两端部支撑顶板11的后 端部的第一支撑柱12的上端，且在左右两侧分别单独地使顶板11的后端部升降；轴机构 16，其固定在被一对第二支撑柱13架设的支撑体15的中央，且能沿左右方向摆动地轴支 撑顶板11的前端部；和位置限制机构19，其介于顶板11前端部的左右两侧和一对第二 支撑柱12上端面之间设置，且限制顶板11的水平方向上的位置偏离。本实施方式的校 平机构20除了具有位置限制机构19以外，是以现有的校平机构为标准来构成的。
如图1所示，升降机构14与现有的升降机构相同地构成，具有电动机14A、滚 珠丝杠14B以及楔形件14C，电动机14A通过滚珠丝杠14B使楔形件14C进退动作，以 使顶板11升降。轴机构16也与现有的轴机构6相同地构成。在本实施方式中，其特征 在于，如上所述，在顶板11前端部的左右两侧和一对第二支撑柱13上端面之间设有位置 限制机构19，如图2所示，从下表面支撑顶板11的五处的五点支撑构造上。其中，在图 1、图2中，用有网点的圆标记来表示位置限制机构19的支撑点。
例如如图3所示，位置限制机构19包括形成在第二支撑柱13的上端面的倒圆锥 状的第一凹部19A、与第一凹部19A对应地形成在顶板11的前端部的第二凹部19B、以 及介于第一、第二凹部19A、19B之间设置且使顶板11的前端部的下表面与一对第二支 撑柱13的上端面之间形成间隙δ的球体19C。由于形成有间隙δ，因而顶板11如图3 中箭头所示地通过球体19C向左右前后倾斜。并且，由于球体19C被限制在第一、第二 凹部19Α、19Β内，因而即使顶板11在检查有时挠曲，也通过一对球体19C被限制在第 一、第二凹部19Α、19Β内，顶板11在前后左右方向上没有位置偏离来限制顶板11，从 而在半导体晶片的电极焊盘和探针卡的探针之间不会产生位置偏离，能进行可靠性的高 的检查。并且，第二凹部19Β例如设置于被固定在顶板11的孔中的第二承受件19D。第 二凹部19Β如图2所示地形成为具有实际上与球体19C的外径相同的直径的圆筒状，内 侧形成为圆锥状。因此，球体19C在第二凹部19Β内进行线接触。并且，在嵌入有球 体19C的第二凹部19Β的球体19C侧固定有环状的卡合部19Ε，从而球体19C不会从第 二凹部19Β脱落。此外，第一凹部19Α虽直接形成于第一支撑柱13的上端面上，但也 可以与第二凹部19Β同样地形成于第一承受件(未图示)的单面，并将第二承受件固定在 第二支撑柱13的上端面。接着，对校平机构19的动作进行说明。首先，将探针卡安装到顶板11，在顶 板11上配置测试头后，测定载置台上的半导体晶片与顶板11的平行度。在该阶段，没 有调整顶板11与载置台上的半导体晶片之间的平行度。因此，载置台沿水平方向移动， 通过第二 CCD照相机在相互分离的多个部位检测探针卡的探针前端的高度。这些检测值 被存储到未图示的控制装置的存储部。如多个部位的探针前端高度分别相同，则由于探 针卡，即顶板与载置台的上表面平行，所以不调整顶板11的平行度，就过渡到半导体晶 片的检查。在顶板11与载置台的上表面不为平行的情况下，使用校平机构20进行调整，以 使得上述两者变成平行。在这种情况下，通过载置台的第二 CCD照相机检测多个部位的 探针前端高度，根据该计算结果计算出一对第一、第二支撑柱12上的两个升降机构14相 对于轴机构16的升降量。接着，当从控制装置向升降机构14发送各自的控制信号时， 两个升降机构14根据各自的控制信号驱动电动机14A，经由滚珠丝杠14B使楔形件14C 进退移动，从左右两侧使顶板11的后端部升降，以轴机构16为基点，调整顶板11的水 平度。此时，在位置限制机构19中，也通过球体19C使顶板11平滑地倾斜。由此调整 顶板11与载置台的平行度，载置台上的半导体晶片的多个电极焊盘和探针卡的多个探针 以均勻的接触压力(针压)电接触，进行半导体晶片的电气特性检查。然而，若探针数量的激增，使得接触压力达到200Kg左右，则将顶板11的中央 部往上推，在顶板11产生挠曲。但是，在本实施方式中，由于顶板11上的测试头的三 处的支撑点都在连接5处的支撑点的五边形区域内，从而抑制了因来自测试头的载荷引 起的顶板11的挠曲以及下凹，由此还能将因作用在探针卡与载置台上的半导体晶片之间 的接触压力引起的顶板11的挠曲减少相应量。此外，由于在顶板11的前端部的左右两 处被位置限制机构19限制，因而可防止因顶板11的挠曲引起的位置偏离，进而可防止因 探针卡的多个探针与载置台上的半导体晶片的多个电极焊盘的位置偏离，从而进行可靠性高的检查。在这里，实际上使测试头降落到顶板11上，向顶板11上的三处的支撑点S分别 施加200kgf的载荷，将测定了各支撑点S的X方向、Y方向以及Z方向的位移量的结果 表示在表1。根据表1所示的结果，可知通过使位置限制机构19介于顶板11前端部的左 右两侧和一对第二支撑柱12的上端面之间的两处设置，从而测试头的3处的支撑点S的 X方向以及Y方向上的位移量被显著抑制，并且Z方向的下凹量被显著抑制。其中，表 1中的平面性表示各指示点S的下凹量的最大值与最小值的差。其中，在表1中，球体 表示位置限制机构19。(表 1)
权利要求
1.一种顶板的校平机构，其特征在于，用于调整上述顶板的水平度，上述顶板的校 平机构包括保持探针卡的顶板；用后端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第一支撑 柱；用前端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第二支撑柱；一对升降机构，其设在上述 第一支撑柱的上端，且在左右两侧分别单独地使上述顶板的后端部升降；和轴机构，其 被固定于被上述一对第二支撑柱架设的支撑体的中央，且能沿左右方向摆动地轴支撑上 述顶板的前端部，在上述顶板的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面分别设置有限制上述顶板的水 平方向上的位置偏离的位置限制机构。
2.如权利要求1所述的顶板的校平机构，其特征在于，上述位置限制机构包括倒 圆锥状的第一凹部，其形成于上述第二支撑柱上；第二凹部，其与上述第一凹部对应地 形成在上述顶板的前端部；和球体，介于上述第一、第二凹部之间设置，且使上述顶板 的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面之间形成间隙。
3.如权利要求1或2所述的顶板的校平机构，其特征在于，上述第一凹部设在固定于 上述第二支撑柱的上端面的第一承受件上，并且上述第二凹部设在固定于上述顶板的第 二承受件上。
4.一种探针装置，其特征在于，包括载置被检查体的能移动的载置台；保持配置 于上述载置台上方的探针卡的顶板；用后端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第一支撑 柱；用前端部的左右两侧支撑上述顶板的一对第二支撑柱；和调整上述顶板的水平度的 顶板的校平机构，上述校平机构包括一对升降机构，其设在上述第一支撑柱的上端， 且在左右两侧分别单独地使上述顶板的后端部升降；和轴机构，其固定于被上述一对第 二支撑柱架设的支撑体的中央，且能沿左右方向摆动地轴支撑上述顶板前端部，在上述顶板的前端部和上述一对第二支撑柱的上端面分别设置了限制上述顶板的水 平方向上的位置偏离的位置限制机构。
5.如权利要求4所述的探针装置，其特征在于，上述位置限制机构包括倒圆锥状 的第一凹部，其形成于上述第二支撑柱上；第二凹部，其与上述第一凹部对应地形成在 上述顶板的前端部；和球体，其介于上述第一、第二凹部之间设置，且使上述顶板的前 端部和上述一对第二支撑柱的上端面之间形成间隙。
6.如权利要求4或5所述的探针装置，其特征在于，上述第一凹部设在固定于上述第 二支撑柱的上端面的第一承受件上，并且上述第二凹部设在固定于上述顶板的第二承受 件上。
全文摘要
本发明提供顶板的校平机构以及探针装置，能抑制半导体晶片等被检查体与探针卡电接触时的顶板的位置偏离，能进行可靠性高的检查。本发明的校平机构(20)，包括一对升降机构(14)，其设置在用左右两端部将顶板(11)的后端部支撑的第一支撑柱(12)的上端，且在左右两侧分别单独地使顶板(11)的后端部升降；轴机构(16)，其固定于被一对第二支撑柱(13)架设的支撑体(15)的中央，且能沿左右方向摆动地轴支撑顶板(11)的前端部；和位置限制机构(19)，其分别设置在顶板(11)的前端部和一对第二支撑柱(12)的上端面，且限制顶板(11)的水平方向上的位置偏离。
文档编号G01R1/067GK102023237SQ201010285599
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者松崎孝一, 田中完尔, 秋山收司, 雨宫浩 申请人:东京毅力科创株式会社
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