JP2000315711A - 半導体測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェーハプローバに対するテストヘッドの位置
決めを自動化でき、かつ、位置決め精度を向上させるこ
とができる半導体測定装置を提供する。 【解決手段】半導体チップの各電極に外部信号線を電気
的に接続するウェーハプローバ５と、ウェーハプローバ
５と外部信号線を通じて電気的に接続され、半導体チッ
プの電気的特性試験を行うテスタ１と、テスタ１に対し
て移動自在に支持され、ウェーハプローバ５に対して所
定の位置に位置決めされ、ウェーハプローバ５によって
半導体チップの各電極と電気的に接続された外部信号線
とテスタ１とを電気的に接続するテストヘッド３と、テ
ストヘッド３を駆動する駆動手段と、テストヘッド３と
ウェーハプローバ５との相対的な位置を検出する相対位
置検出手段としての発光部２１、受光部１１と、検出結
果に基づいてテストヘッド３をウェーハプローバ５に対
して移動位置決めする制御装置４１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
電気的試験を行う半導体測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来における半導体測定装置の
一例を示す図である。図９において、半導体測定装置１
０１は、テスタ１０２と、テスタ１０２に支持アーム１
０３を介して移動自在に支持されたテストヘッド１０５
と、ウェーハプローバ１０６とを有している。ウェーハ
プローバ１０６は、ウェーハ工程終了時点で製品の良
品、不良品を判定するプローブ検査工程で用いられ、プ
ローブ針と半導体ウェーハに形成されたチップのボンデ
ィングパッドとを位置合わせし、テスタ１０２と電気的
に接続される装置である。テスタ１０２は、テストヘッ
ド１０５を介してウェーハプローバ１０６内の半導体ウ
ェーハと電気的に接続され、当該半導体ウェーハの電気
的特性を測定する装置である。

【０００３】テストヘッド１０５は、テスタ１０２に支
持アーム１０３を介して支持されている。テスタ１０２
には、テストヘッド１０５を、たとえば、図９に示す矢
印Ａ１およびＡ２の向き、Ｂ１およびＢ２の向き、Ｒ１
およびＲ２の向きにそれぞれ移動させる駆動部が内蔵さ
れている。この駆動部を駆動することによって、テスト
ヘッド１０５をウェーハプローバ１０６の所定の位置に
移動位置決めし、結合させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、上記した半導体
測定装置では、ウェーハプローバ１０６に対するテスト
ヘッド１０５の移動位置位置決め作業を、たとえば、オ
ペレータが目視によってテストヘッド１０５の位置を確
認しながら行っていた。ウェーハプローバ１０６に対す
るテストヘッド１０５の位置決めは、精度が要求される
ため、位置決め作業には微調整が必要となり、時間を要
するという不利益があった。また、ウェーハプローバ１
０６に対するテストヘッド１０５の位置決めを目視によ
って行うため、位置決め精度にばらつきがあった。

【０００５】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであって、ウェーハプローバに対するテストヘッドの
位置決めを自動化でき、かつ、位置決め精度を向上させ
ることができる半導体測定装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェー
ハに形成された半導体チップの各電極に外部信号線を電
気的に接続するウェーハプローバと、前記ウェーハプロ
ーバと前記外部信号線を通じて電気的に接続され、前記
半導体チップの電気的特性試験を行うテスタと、前記テ
スタに対して移動自在に支持され、前記ウェーハプロー
バに対して所定の位置に位置決めされ、前記ウェーハプ
ローバによって前記半導体チップの各電極と電気的に接
続された外部信号線と前記テスタとを電気的に接続する
テストヘッドと、前記テストヘッドを駆動する駆動手段
と、前記テストヘッドと前記ウェーハプローバとの相対
的な位置を検出する相対位置検出手段と、前記相対位置
検出手段の検出結果に基づいて前記テストヘッドを前記
ウェーハプローバに対して移動位置決めする制御指令を
前記駆動手段に出力する制御手段とを有する。

【０００７】前記相対位置検出手段は、光束を前記テス
トヘッドに向けて出力する、前記ウェーハプローバに具
備された発光手段と、前記光束を受光する、前記テスト
ヘッドに具備された受光手段とを有し、前記制御手段
は、前記受光手段の受光情報に基づいて前記テストヘッ
ドと前記ウェーハプローバとの相対的な位置を検出す
る。

【０００８】前記制御手段は、前記受光手段の受光情報
に基づいて、前記発光手段からの光束を前記受光手段が
受光する位置に前記テストヘッドを移動位置決めする。

【０００９】前記発光手段および前記受光手段は、ぞれ
ぞれ複数の異なる位置に設けられている。

【００１０】前記発光手段は、光束の直径を変化可能な
光束直径変更手段を有し、前記発光手段からの光束の直
径を制御する光束直径制御手段をさらに有する。

【００１１】前記光束直径制御手段は、前記制御手段に
よる前記テストヘッドを移動位置決め中に、前記光束の
直径を狭小化させる。

【００１２】前記光束直径制御手段は、前記光束の直径
を段階的に狭小化させる。

【００１３】前記発光手段は、光束を出力する発光部
と、前記発光部からの光束を複数に分割し、少なくとも
一部を前記テストヘッドに向けて出力する分光手段とを
有する。

【００１４】前記分光手段を複数有し、前記分光手段
は、前記光束の一部を少なくとも前記テストヘッドに向
けて出力し、かつ、残りの光束を他の分光手段に出力す
る。

【００１５】本発明では、相対位置検出手段によってテ
ストヘッドとウェーハプローバとの相対位置が検出さ
れ、制御手段は、相対位置検出手段の検出結果にしたが
って駆動手段を駆動してテストヘッドをウェーハプロー
バの所定の位置に位置決めする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１実施形態 図１は、本発明の半導体測定装置の一実施形態を示す構
成図である。図１において、本実施形態に係る半導体測
定装置は、テスタ１と、テスタ１に移動自在に支持アー
ム２によって支持されたテストヘッド３と、ウェーハプ
ローバ５と、制御装置４１と、制御ドライバ５１と、テ
ストヘッド３に設けられた複数の発光部１１と、ウェー
ハプローバ５に設けられた受光部２１とを有している。

【００１７】テスタ１は、本実施形態に係る半導体測定
装置の測定対象である半導体ウェーハに形成された各チ
ップの電気的特性を測定する試験部と、支持アーム２を
介して上記のテストヘッド３を任意の位置および姿勢に
移動させる駆動部とを有している。

【００１８】ウェーハプローバ５は、ウェーハ工程終了
時点で製品の良品、不良品を判定するプローブ検査工程
で用いられ、図示しないプローブ針と半導体ウェーハに
形成されたチップのボンディングパッドとを位置合わせ
し、テスタ１０２と電気的に接続される装置である。ま
た、ウェーハプローバ５の上面には、たとえば、図２に
示すように、テストヘッド３との位置決め用の複数（３
本）のガイドピン５ａがそれぞれ所定の位置に設けられ
ている。

【００１９】テストヘッド３は、テスタ１に支持アーム
２を介して、たとえば、図１に示す矢印Ａ１およびＡ２
の向き、Ｂ１およびＢ２の向き、Ｒ１およびＲ２の向き
に移動可能となっている。すなわち、テストヘッド３
は、ウェーハプローバ５の上面に対して上下左右方向お
よび回転方向に移動可能となっている。テストヘッド３
は、テスタ１に内蔵された図示しない駆動部によって上
記の各方向に移動位置決めされる。

【００２０】さらに、テストヘッド３のウェーハプロー
バ５の上面に対向する面には、たとえば、図３に示すよ
うに、上記したウェーハプローバ５の上面に設けられた
３本のガイドピン５ａに対応する位置に形成されたガイ
ドピン用穴３ａが形成されている。このガイドピン用穴
３ａに対応するガイドピン５ａが嵌合挿入されることに
より、テストヘッド３はウェーハプローバ５の上面の所
定の位置に位置決めされる。

【００２１】発光部１１は、図２に示すように、ウェー
ハプローバ５５の上面の異なる３か所に設けられてい
る。発光部１１は、たとえば、レーザダイオードを有し
ており、所定の直径のレーザ光をウェーハプローバ５の
上面に垂直な方向、すなわち、テストヘッド３の下面に
向けて出力する。発光部１１から出力されるレーザ光の
直径は、たとえば、１μｍ〜１０μｍ程度とすることが
できる。

【００２２】受光部２１は、図３に示すように、テスト
ヘッド３の下面の上記の各発光部１１に対応する３か所
に設けられている。受光部２１は、たとえば、フォトダ
イオードを有しており、発光部１１から出力されるレー
ザ光を受光可能であり、受光した受光量を電気信号１１
ｓに変換して制御装置４１に出力する。

【００２３】制御装置４１は、受光部２１から出力され
る電気信号１１ｓが入力され、この電気信号１１ｓに基
づく受光部２１の受光状態にしたがって、テスタ１に内
蔵された駆動部を駆動制御するための制御信号４１ｓを
制御ドライバ５１に出力する。

【００２４】制御ドライバ５１は、上記の制御装置４１
からの制御信号４１ｓにしたがって、たとえば、テスタ
１に内蔵された駆動部を構成するサーボモータを駆動す
るための駆動電流を当該駆動部に供給する。

【００２５】次に、上記構成の半導体測定装置における
ウェーハプローバ５に対するテストヘッド３の移動位置
決め動作の一例について説明する。まず、ウェーハプロ
ーバ５からテストヘッド３が離れた状態とすると、ウェ
ーハプローバ５に設けられた各発光部１１からレーザ光
を出力させる。

【００２６】テストヘッド３は、ウェーハプローバ５の
上方の概略所定の位置に位置決めしておく。この状態に
おいて、ウェーハプローバ５に設けられた各発光部１１
からは、たとえば、図４に示すように、テストヘッド３
の下面に向けてレーザ光Ｌが出力される。

【００２７】制御装置４１は、ウェーハプローバ５に設
けられた各発光部１１から出力される各レーザ光Ｌがす
べてテストヘッド３に設けられた受光部２１で受光され
るように、テストヘッド３の位置を制御する。具体的に
は、たとえば、制御装置４１は、３つの受光部２１から
入力される各受光量が予め設定されたしきい値を越えて
いるかを判断し、すべての受光部２１の受光量がこのし
きい値を越えている場合には、テストヘッド３がウェー
ハプローバ５に対して所定の位置に位置決めされている
と判断する。

【００２８】この状態から、制御装置４１は、テストヘ
ッド３をウェーハプローバ５に向けて下降させる。この
下降の際にも、すべての受光部２１が対応する発光部１
１から出力されるレーザ光Ｌを受光しているかを受光量
から判断しながら、テストヘッド３を下降させる。

【００２９】テストヘッド３がウェーハプローバ５の上
面に近づくと、ウェーハプローバ５の上面に設けられた
ガイド用ピン５ａがテストヘッド３に形成されたガイド
ピン用穴３ａに嵌合し、テストヘッド３はウェーハプロ
ーバ５の所定の位置に位置決めされ、テストヘッド３は
ウェーハプローバ５の上面に結合される。これによっ
て、ウェーハプローバ５は、テストヘッド３を介してテ
スタ１に電気的に接続され、ウェーハプローバ５内にあ
る半導体ウェーハに形成された各チップの電気的特性の
測定が行われる。

【００３０】以上のように、本実施形態によれば、テス
トヘッド３の下面の所定の位置に設けられた受光部２１
のすべてが、ウェーハプローバ５の上面側に設けられた
対応する発光部１１からのレーザ光Ｌを受光するように
位置決めし、受光部２１のすべてがレーザ光Ｌを受光し
た状態でテストヘッド３をウェーハプローバ５に向けて
下降させることにより、テストヘッド３をウェーハプロ
ーバ５の上面の所定の位置に確実に位置決めさせること
ができる。これによって、テストヘッド３のウェーハプ
ローバ５への位置決めが自動化でき、かつ、位置決め精
度を向上させ、安定化させることができる。

【００３１】第２実施形態 図５は、本発明に係る半導体測定装置の第２の実施形態
を示す構成図である。なお、第１の実施形態における半
導体測定装置と同一の構成については、以下、同一の符
号で説明する。

【００３２】本実施形態に係る半導体測定装置と上記第
１実施形態に係る半導体測定装置とは、ウェーハプロー
バ５に設けられた発光部の機能および制御装置の制御方
法が異なる。すなわち、本実施形態に係る半導体測定装
置では、ウェーハプローバ５に設けられた発光部６１
は、出力されるレーザ光の直径を変えることができる構
成となっている。具体的には、発光部６１は、たとえ
ば、レーザ光Ｌを出力するレーザダイオードと、このレ
ーザダイオードからのレーザ光の直径を変更可能な複数
のレンズおよびこれらのレンズの相対位置を変更する駆
動部を有するレーザ光直径変更手段とを具備している。

【００３３】制御装置４１は、図５に示すように、テス
トヘッド３とウェーハプローバ５との相対距離に応じて
レーザ光直径変更手段の駆動部を駆動制御する。具体的
には、制御装置４１は、たとえば、発光部６１から出力
されるレーザ光Ｌの直径を制御する制御信号４１ｓａを
各発光６１に出力する。

【００３４】次に、上記構成の半導体測定装置における
ウェーハプローバ５に対するテストヘッド３の移動位置
決め動作の一例について説明する。まず、ウェーハプロ
ーバ５からテストヘッド３が離れた状態とすると、ウェ
ーハプローバ５に設けられた各発光部１１からレーザ光
Ｌを出力させる。このとき、制御装置４１は、発光部１
１から出力されるレーザ光Ｌの直径を比較的大きく、た
とえば、１０μｍ程度になるように発光部１１を制御す
る。

【００３５】レーザ光Ｌの直径が比較的大きいと、テス
トヘッド３の下面に形成されるレーザ光Ｌのスポット直
径も大きくなる。このため、テストヘッド３に設けられ
た各受光部１１は、レーザ光Ｌを受光し易くなり、ウェ
ーハプローバ５に対するテストヘッド３の位置を容易に
把握できる。すなわち、ウェーハプローバ５に対するテ
ストヘッド３の位置が所定位置から多少ずれていても、
レーザ光Ｌのスポット直径が比較的大きいため、すべて
の受光部１１はレーザ光Ｌを受光し易くなる。

【００３６】この状態から、制御装置４１は、各発光部
６１に制御信号４１ｓａを出力して、レーザ光Ｌの直径
を小さくしていく。たとえば、レーザ光Ｌの直径が初期
値では１０μｍであったものを、１μｍ毎に段階的に小
さくする。レーザ光Ｌの直径が小さくなると、テストヘ
ッド３の下面に形成されるレーザ光Ｌのスポット直径も
小さくなる。

【００３７】制御装置４１は、各発光部６１から出力さ
れるレーザ光Ｌを各受光部１１が受光する位置にテスト
ヘッド３を移動位置決めする。レーザ光Ｌの直径が小さ
くなるにしたがって、ウェーハプローバ５に対するテス
トヘッド３の位置決め精度は向上していく。最終的に、
たとえば、レーザ光Ｌの直径を１μｍ程度まで絞り、ウ
ェーハプローバ５とテストヘッド３とが離間した状態で
位置決めを完了する。

【００３８】この状態から、テストヘッド３をウェーハ
プローバ５に向けて下降させる。テストヘッド３の下降
の際にも、各発光部６１から出力されるレーザ光Ｌを各
受光部１１が受光するようにテストヘッド３の位置制御
を行い、ウェーハプローバ５の所定の位置にテストヘッ
ド３を結合させる。

【００３９】以上のように、本実施形態によれば、ウェ
ーハプローバ５とテストヘッド３とが離間した状態にお
いて、各発光部６１から出力されるレーザ光Ｌの直径を
比較的大きくして、各受光部１１がレーザ光Ｌを受光し
易い状態にし、各発光部６１から出力されるレーザ光Ｌ
を各受光部１１に受光させるため、ウェーハプローバ５
とテストヘッド３との概略的な位置決めが容易に行え
る。さらに、各発光部６１から出力されるレーザ光Ｌを
各受光部１１に受光させた状態を保持しつつ、レーザ光
Ｌの直径を狭小化していくと、ウェーハプローバ５とテ
ストヘッド３との位置決め精度が向上する。

【００４０】第３実施形態 図６および図７は、本発明の半導体測定装置の第３の実
施形態に係るウェーハプローバ５の上面の構成を示す図
であって、図６は平面図であり、図７は斜視図である。
なお、第１の実施形態における半導体測定装置と同一の
構成については、以下、同一の符号で説明する。

【００４１】上述した実施形態では、ウェーハプローバ
５の３か所に発光部１１を設ける構成としたが、本実施
形態では、発光部１１の設けられていた３か所の位置に
分光部を設け、また、単一の発光部１１を異なる位置に
設けている。発光部１１は、隣接する２つの分光部１５
ａおよび１５ｂにそれぞれレーザ光Ｌを出力する。分光
部１５ａは、発光部１１から出力されたレーザ光Ｌの一
部をテストヘッド３の対応する受光部２１に向けて反射
し、残りを分光部１５ｃに向けて反射する。分光部１５
ｂは、発光部１１から出力されたレーザ光Ｌをテストヘ
ッド３の対応する受光部２１に向けて反射する。分光部
１５ｃは、分光部１５ａから入射したレーザ光Ｌをテス
トヘッド３の対応する受光部２１に向けて反射する。

【００４２】上記の各分光部１５は、具体的には、たと
えば、図８に示す構成とすることができる。図８におい
て、分光部１５は、レーザ光Ｌに対して所定の角度で傾
斜した複数の反射面Ｆａ〜Ｆｃを有する多面体から構成
されている。各反射面Ｆａ〜Ｆｃは、発光部１１または
隣接する分光部から入射されるレーザ光Ｌを反射してテ
ストヘッド３の対応する受光部２１または隣接する分光
部に入射させる。

【００４３】本実施形態では、複数の発光部１１に代え
て複数の分光部１５と単一の発光部１１とをウェーハプ
ローバ５上に設け、発光部１１からのレーザ光を各分光
部１５で反射してテストヘッド３の対応する受光部２１
に入射させる。この構成によって、発光部１１の数を削
減でき、構成を簡素化できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、ウェーハプローバに対
するテストヘッドの位置決めを自動化でき、かつ、位置
決め精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体測定装置の一実施形態を示
す構成図である。

【図２】ウェーハプローバの上面側の構成を示す図であ
る。

【図３】テストヘッドの下面の構成を示す図である。

【図４】テストヘッドをウェーハプローバに移動位置決
めする様子の一例を示す図である。

【図５】本発明に係る半導体測定装置の第２の実施形態
を示す構成図である。

【図６】本発明の半導体測定装置の第３の実施形態に係
るウェーハプローバ５の上面の構成を示す平面図であ
る。

【図７】本発明の半導体測定装置の第３の実施形態に係
るウェーハプローバ５の上面の構成を示す斜視図であ
る。

【図８】分光部の一構成例を示す斜視図である。

【図９】半導体測定装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…テスタ、２…支持アーム、３…テストヘッド、５…
ウェーハプローバ、１１…受光部、２１…発光部、４１
…制御装置、５１…制御ドライバ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウェーハに形成された半導体チップ
   の各電極に外部信号線を電気的に接続するウェーハプロ
   ーバと、 前記ウェーハプローバと前記外部信号線を通じて電気的
   に接続され、前記半導体チップの電気的特性試験を行う
   テスタと、 前記テスタに対して移動自在に支持され、前記ウェーハ
   プローバに対して所定の位置に位置決めされ、前記ウェ
   ーハプローバによって前記半導体チップの各電極と電気
   的に接続された外部信号線と前記テスタとを電気的に接
   続するテストヘッドと、 前記テストヘッドを駆動する駆動手段と、 前記テストヘッドと前記ウェーハプローバとの相対的な
   位置を検出する相対位置検出手段と、 前記相対位置検出手段の検出結果に基づいて前記テスト
   ヘッドを前記ウェーハプローバに対して移動位置決めす
   る制御指令を前記駆動手段に出力する制御手段とを有す
   る半導体測定装置。
2. 【請求項２】前記相対位置検出手段は、光束を前記テス
   トヘッドに向けて出力する、前記ウェーハプローバに具
   備された発光手段と、 前記光束を受光する、前記テストヘッドに具備された受
   光手段とを有し、 前記制御手段は、前記受光手段の受光情報に基づいて前
   記テストヘッドと前記ウェーハプローバとの相対的な位
   置を検出する請求項１に記載の半導体測定装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記受光手段の受光情報
   に基づいて、前記発光手段からの光束を前記受光手段が
   受光する位置に前記テストヘッドを移動位置決めする請
   求項２に記載の半導体測定装置。
4. 【請求項４】前記発光手段および前記受光手段は、ぞれ
   ぞれ複数の異なる位置に設けられている請求項２に記載
   の半導体測定装置。
5. 【請求項５】前記発光手段は、光束の直径を変化可能な
   光束直径変更手段を有し、 前記発光手段からの光束の直径を制御する光束直径制御
   手段をさらに有する請求項２に記載の半導体測定装置。
6. 【請求項６】前記光束直径制御手段は、前記制御手段に
   よる前記テストヘッドを移動位置決め中に、前記光束の
   直径を狭小化させる請求項２に記載の半導体測定装置。
7. 【請求項７】前記光束直径制御手段は、前記光束の直径
   を段階的に狭小化させる請求項６に記載の半導体測定装
   置。
8. 【請求項８】前記発光手段は、光束を出力する発光部
   と、 前記発光部からの光束を複数に分割し、少なくとも一部
   を前記テストヘッドに向けて出力する分光手段とを有す
   る請求項２に記載の半導体測定装置。
9. 【請求項９】前記分光手段を複数有し、 前記分光手段は、前記光束の一部を少なくとも前記テス
   トヘッドに向けて出力し、かつ、残りの光束を他の分光
   手段に出力する請求項８に記載の半導体測定装置。