JP2004253716A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高・低温の環境下においてもプローブカードの位置変動を即時に測定し、触針の位置を修正し常に一定のコンタクト状態でウェハの試験測定を行うことができるプローブ装置を提供する。
【解決手段】プローブ装置１は、プローブカード４に取り付けた光遮蔽体４２、レーザ光の発光部５及び受光部６、レーザ光の情報に基づいてステージ２をＺ軸方向に修正駆動させるコントロール部７とを備えていて、熱等の影響によるプローブカードの位置変動をレーザ光によって検出して、ステージをＺ軸方向に駆動して、プローブカードの触針４１とウェハ１０の電極パッド１０ａとのコンタクト状態を常に一定にしている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ上に形成された複数の半導体デバイスの電気的な特性検査をプローブ装置に関し、詳しくは高温、低温等の測定環境下における熱の影響によるプローブカードの位置変動（コンタクト位置変動）をリアルタイムで補正することのできるプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハの表面には同一の電気素子回路が形成された多数の半導体デバイスが形成されており、この電気素子回路を個々の半導体デバイス（チップ）として切断する前に、各電気素子回路の電気的特性を検査するために、プローブ装置によってその良・不良を判定している。このプローブ装置は、一般にウェハの各半導体デバイスに対応する触針を有し、テスタに接続されるプローブカードと、ウェハの各半導体デバイスとを順次対応させて、半導体デバイスの電極パッドに触針を接触させるようにして、電気的な測定を行うように構成されている。
【０００３】
ところで正確な電気的測定を行うためには、プローブカードの触針を半導体デバイスの電極パッドに確実に接触させなければならず、このためウェハを載置したステージを高精度に制御すると共に、測定前に触針に対して電極パッドを正確に位置合わせ（アライメント）することが必要である。そのため、従来技術においては、触針と電極との位置合わせ（アライメント）を行う方法として、ウェハを載置するステージ側にＣＣＤカメラを設置すると共に、触針をもつプローブカードが着脱自在に固定されるテストヘッドから離れた位置にアライメント光学装置を配置し、触針を下方からＣＣＤカメラで撮影して触針の先端位置を検出すると共にウェハの位置及びウェハ上のチップパターンをアライメント光学装置で認識して、画像処理等によってウェハ上の特定の半導体デバイスの電極パッドと触針との位置合わせを行っている。
【０００４】
ところで近年においては、半導体デバイスの耐久性をテストすること、及び使用条件に合わせてテストする必要性から、約２００℃の高温環境から約−５５℃の低温環境のような様々な測定環境下で半導体デバイスの試験測定が行われている。例えば、ウェハのチャック機構を加熱した高温状態で試験測定を行うプローブ装置では、このチャック機構に近接、対向して配置されたプローブカードが、チャック機構からの輻射熱により熱膨張を起こす。ところが、従来プローブカードは、その周囲がカード保持具によって固定されているため、熱膨張を起こすと全体が反るように変形する。したがって、プローブカードの触針と半導体デバイスの電極パッドとのコンタクト位置が、測定前の位置合わせの位置からずれてしまい、両者の接触が不十分になり精度の良い試験測定が行えなかったり、逆に両者が強く接触し過ぎて、電極パッド等が損傷を受ける等の問題が生じていた。
【０００５】
この問題を解決するために、従来においては、プローブカードのカードホルダの材質を測定環境下の熱による影響を受けにくいものに変更したり、測定中に触針位置を測定して、プローブカードの位置変動（コンタクト位置変動）を測定したり、或いはプローブカードが常温状態から測定環境の温度（高温又は低温）に熱的に安定するのを待って測定を開始したりする等の対策を施して対応してきた。
【０００６】
しかしながら、カードホルダの材質を熱の影響を受けにくいものに変更することは、材料及び製造費のコストアップにつながるという問題がある。
また、測定中に触針の先端位置を測定して、コンタクト位置を修正する場合においては、ステージ側のＣＣＤカメラで触針位置を確認する必要があるため、熱源（ステージ）から触針を離して測定する結果、触針と電極パッドとがコンタクトしている状態より冷やされた状態で測定されるために、正確な測定結果が得られないという不都合がある。また、いちいち触針を電極パッドから離して触針の針先位置を再測定しなければならないため、コンタクト位置の修正に時間が掛るという問題があった。
更に、プローブカードが熱的に安定するのを待って測定を開始したりするのでは、試験測定の半導体デバイスのスループットが低下し、作業効率が低下するという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高温又は低温の様々の測定環境下においても、プローブカードの位置変動（コンタクト位置変動）をリアルタイムで測定して、プローブカードの触針の位置（ステージの位置）を修正し、常に一定のコンタクト状態で半導体デバイスの試験測定を行うことができるプローブ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のプローブ装置を提供する。
請求項１に記載のプローブ装置は、プローブカードに取り付けられたカード基準位置を示す光遮蔽体と、レーザ光を発光する発光部と、発光部からのレーザ光を受光する受光部と、受光部からのレーザ光の情報に基づいて、ウェハを載置するステージをＺ軸方向に修正駆動させるコントロール部とを備えていて、プローブカードの位置変動をレーザ光によって検出して、ステージをＺ軸方向に駆動して、触針と電極パッドとのコンタクト状態を常に一定にするようにしたものである。これにより、プローブカードの熱等の影響による位置変動（コンタクト位置変動）をリアルタイムで測定して、その位置の修正を図ることができるので、様々の測定環境下においても、触針と電極パッドとのコンタクト状態を常に一定に保つことが可能となる。
【０００９】
請求項２のプローブ装置は、レーザ光の情報として、レーザ光の検出量又はレーザ光のずれ量を検出することを規定したものである。
請求項３のプローブ装置は、受光部がレーザ光を検出するラインセンサであることを規定したものである。
【００１０】
請求項４のプローブ装置は、レーザ光の利用に代えて超音波を利用するようにしたものであり、この場合においても、レーザ光を使用したものと同様の効果を奏する。
請求項５のプローブ装置は、請求項１のレーザ光方式及び請求項４の超音波方式に代えて、画像方式を採用したものであり、プローブカードに取り付けられたカード基準位置を示す画像マークと、この画像マークを撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された映像に基づいてステージをＺ方向に修正駆動させるコントロール部とを備えて、プローブカードの位置変動を検出してステージを駆動し、触針と電極パッドとのコンタクト状態を常に一定にするようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態のプローブ装置について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のプローブ装置の概略の全体構成を示している。プローブ装置１は、ステージ２、ステージ駆動機構３、触針４１が設けられたプローブカード４、レーザ光の発光部５、レーザ光の受光部６及びコントロール部７等より構成されている。
【００１２】
ウェハ１０を載置して保持するチャック機構が設けられているステージ２は、コントロール部によって制御されるステージ駆動機構３によって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及びＺ軸を中心とするθ回転方向に移動可能に構成され、ウェハ１０を３次元的に移動することができる。
【００１３】
ウェハ１０上に形成された多数の半導体デバイスの表面には、バンプ状の電極パッド１０ａが形成されており、図１には便宜上１つの電極パッド１０ａしか示されてないが、実際には、一枚のウェハ上に数百、数千という多数の電極パッド１０ａが形成されている。また、プローブカード４には、ウェハ１０の各半導体デバイスの電極パッド１０ａに対応する触針４１が設けられている。従って、テスタ（図示せず）に接続されているプローブカード４の触針４１をウェハ１０の電極パッド１０ａに接触させることにより、各半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。
【００１４】
なお、本発明のプローブ装置１においても、図示されていないが従来と同様のプローブカード４の触針４１とウェハ１０の電極パッド１０ａとの位置合わせを行うアライメント手段を有しているものである。即ち、ステージ２には、触針４１を下方から撮像して針の先端位置を検出するＣＣＤカメラが取り付けられており、ステージ２を移動してＣＣＤカメラを動かし、その焦点を合わせながら触針４１の先端の位置を測定し、その結果をコントロール部７に入力するようにしている。また、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を含んだアライメント光学装置も設けられていて、ウェハ１０上の半導体デバイスのパターンを認識してコントロール部７に入力している。このようにして、コントロール部７では、アライメント光学装置で得られた情報とステージ２のＣＣＤカメラで得られた触針４１の先端の位置情報とに基づき、公知の画像処理技術を用いて、触針４１の先端とウェハ１０の電極パッド１０ａとの位置合わせを自動で行うことができる。
【００１５】
更に本発明のプローブ装置１には、本発明の特徴である熱等の影響によるプローブカード４の位置変動を常時修正できる補正手段が設けられている。即ち、プローブカード４には、カード基準位置を示す光遮蔽体もしくは光を通すスリット４２が取り付けられていて、この光遮蔽体もしくは光を通すスリット４２を挟んで、レーザ光を発光する発光部５とレーザ光を受光する受光部６とが設けられている。発光部５で発光されたレーザ光は、レンズ８により平行光線に変えられ、プローブカード４の光遮蔽体４２に向って進む。プローブカード４が熱等による影響を受けていない常温状態にあるときは、プローブカード４の触針４１と電極パッド１０ａとは、アライメント手段により位置合わせした当初のコンタクト位置にあり、この状態ではプローブカード４は基準位置を示しており、光遮蔽体４２はレーザ光を完全に遮り、レーザ光は受光部６に達せず、レーザ光は検出されない。スリット４２の場合は通過するレーザ光の量を受光部６であるセンサで検出し、この量を基準とする。
【００１６】
熱等の影響によりプローブカード４が変形し、光遮蔽体もしくは光を通すスリット４２が上下方向にずれると、一部のレーザ光が光遮蔽体４２に遮られないで受光部６に達して、レーザ光が検出される。スリット４２の場合は、ずれによって受光部６で検出されるレーザ光の量が変化する。受光部６で検出されたレーザ光の情報は、コントロール部７に送られる。レーザ光の情報は、レーザ光の検出量又はずれ量が使用される。受光部６としては、例えば、光を感知するセルが直線状に並んだラインセンサ等のセンサが好適には使用される。コントロール部７は、検出された情報に基づいてステージ駆動機構３を駆動して、ステージ２をＺ方向に修正移動する。
【００１７】
このようにして、熱等の影響によるプローブカード４の位置変動をリアルタイムで測定して、その修正を施こすことにより、プローブカード４の触針４１と電極パッド１０ａとのコンタクト状態を常に一定に保つことができる。したがって、作業効率を低下させることなく、コンタクト位置の修正を図ることができる。また、コンタクト状態のまま測定できるので、その測定精度が向上する。
【００１８】
なお、上述の実施形態では、レーザ光を使用することによってプローブカードの変動位置を測定しているが、レーザ光に代えて超音波を利用するようにしてもよい。当然この場合には、レーザ光の発光部に代えて超音波の発生部が、レーザ光の受光部に代えて超音波の検出部が使用される。
【００１９】
図２は、本発明の第２実施形態であるプローブカードのカード位置変動の補正手段が示されている。この第２実施形態では、先の実施形態のレーザ光及び超音波に代えて、マークの画像を利用している。即ち、プローブカード４には、カード基準位置を示す画像マーク４３が付けられており、この画像マーク４３を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段９が設けられている。この撮像手段９によって撮像された映像がコントロール部７′に送られ、ここでカード基準位置とのずれを算出し、このずれに基づいてステージ駆動機構３を駆動し、ステージ２をＺ方向に修正移動する。この画像方式でも、レーザ光方式及び超音波方式と同様の効果が得られる。
【００２０】
以上説明したように、本発明のプローブ装置においては、高温又は低温の様々の測定環境下においても、プローブカードの位置変動（コンタクト位置変動）を触針と電極パッドとをコンタクトしたままの状態でリアルタイムで測定して、触針の位置（ステージの位置）を修正することができ、常に一定のコンタクト状態で半導体デバイスの試験測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のプローブ装置の概略の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態のプローブ装置の要部を説明する図である。
【符号の説明】
１…プローブ装置
２…ステージ
３…ステージ駆動機構
４…プローブカード
４１…触針
４２…光遮蔽体、もしくはスリット
４３…画像マーク
５…発光部
６…受光部
７，７′…コントロール部
９…撮像手段
１０…ウェハ
１０ａ…電極パッド

Claims (5)

1. 半導体デバイスが形成されたウェハを位置決めしたのち、プローブカードの触針を半導体デバイスの電極パッドに接触させて、その電気的特性を検査するプローブ装置において、該プローブ装置が、
   前記プローブカードに取り付けられたカード基準位置を示す光遮蔽体と、
   レーザ光を発光する発光部と、
   前記発光部からのレーザ光を受光する受光部と、
   前記受光部からのレーザ光の情報に基づいて、ウェハを載置するステージをＺ軸方向に修正駆動させるコントロール部と、
   を具備していて、
   前記プローブカードの位置変動をレーザ光によって検出して、前記ステージをＺ軸方向に修正駆動して、前記触針と前記電極パッドとのコンタクト状態を常に一定にすることを特徴とするプローブ装置。
2. 前記レーザ光の情報が、レーザ光の検出量又はレーザ光のずれ量であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記受光部が、レーザ光を検出するラインセンサであることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
4. 前記レーザ光の利用に代えて、超音波を利用することを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
5. 半導体デバイスが形成されたウェハを位置決めしたのち、プローブカードの触針を半導体デバイスの電極パッドに接触させて、その電気的特性を検査するプローブ装置において、該プローブ装置が、
   前記プローブカードに取り付けられたカード基準位置を示す画像マークと、
   前記画像マークを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された映像に基づいて、ウェハを載置するステージをＺ方向に修正駆動させるコントロール部と、
   を具備していて、
   前記プローブカードの位置変動を検出して、前記ステージをＺ軸方向に修正駆動して、前記触針と前記電極パッドとのコンタクト状態を常に一定にすることを特徴とするプローブ装置。

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