JP2000340620A - Probe device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの電
気的特性や回路機能などをウェーハ状態で試験するプロ
ーブ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe device for testing the electrical characteristics and circuit functions of a semiconductor chip in a wafer state.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、半導体チップは、各種ウ
ェーハ処理(トランジスタなどの素子形成や素子間の配
線など)を経てウェーハ上に多数形成される。そして、
これら多数の半導体チップに対しては、ダイシング作業
により分割される前のウェーハ状態で、電気的特性や回
路機能などの試験が行われる。因みに、試験結果の良好
な半導体チップは、分割されたのち良品として選別さ
れ、組み立て工程に回される。2. Description of the Related Art As is well known, a large number of semiconductor chips are formed on a wafer through various kinds of wafer processing (forming elements such as transistors and wiring between elements). And
These many semiconductor chips are subjected to tests such as electrical characteristics and circuit functions in a wafer state before being divided by a dicing operation. Incidentally, a semiconductor chip having a good test result is divided and then selected as a non-defective product and sent to an assembling process.
【0003】さて、半導体チップに対する試験を行うプ
ローブ装置70は、図16に示されるように、ウェーハ
72を吸着保持するウェーハホルダ73と、このウェー
ハホルダ73が取り付けられる試料台74と、この試料
台74をXY方向およびZ方向に移動させるステージ7
5と、ウェーハホルダ73の上方に装着されたプローブ
カード76と、テスタ77とで構成されている。As shown in FIG. 16, a probe device 70 for testing a semiconductor chip includes a wafer holder 73 for holding a wafer 72 by suction, a sample table 74 on which the wafer holder 73 is mounted, and a sample table 74. Stage 7 for moving 74 in XY and Z directions
5, a probe card 76 mounted above the wafer holder 73, and a tester 77.
【0004】また、プローブカード76は、複数の配線
パターン(不図示)が形成されたカード基板81と、配
線パターンの一端部に接続され、かつカード基板81に
固定された複数のプローブピン82,82,…とで構成
されている。なお、カード基板81に形成された配線パ
ターン(不図示)の他端部には、テスタ77が電気的に
接続されている。The probe card 76 includes a card board 81 on which a plurality of wiring patterns (not shown) are formed, and a plurality of probe pins 82 connected to one end of the wiring pattern and fixed to the card board 81. 82,... Note that a tester 77 is electrically connected to the other end of the wiring pattern (not shown) formed on the card substrate 81.
【0005】このため、複数のプローブピン82,8
2,…は、不図示の配線パターンを介してテスタ77に
電気的に接続されることになる。また、図16には2本
のプローブピン82,82のみを示したが、実際の本数
は数100本〜数1000本である。これら複数のプロ
ーブピン82,82,…の先端の配置は、ウェーハ72
上の各半導体チップ71に形成された複数のパッド8
3,83,…の配置に対応している。Therefore, a plurality of probe pins 82, 8
Are electrically connected to the tester 77 via a wiring pattern (not shown). FIG. 16 shows only two probe pins 82, 82, but the actual number is several hundred to several thousand. The arrangement of the tips of the plurality of probe pins 82, 82,.
A plurality of pads 8 formed on each semiconductor chip 71 above
3, 83,... Are arranged.
【0006】ここで、各プローブピン82は、細い金属
線を“くの字”状に曲げたものであり、その全長は2m
m〜3mmである。このようなプローブ装置70を用い
て半導体チップ71に対する試験を行うには、まず、ス
テージ75により試料台74をXY方向に移動させて、
試験対象の半導体チップ71に形成された複数のパッド
83,83,…を、複数のプローブピン82,82,…
の先端に対向させる。Here, each probe pin 82 is formed by bending a thin metal wire into a "C" shape, and its total length is 2 m.
m to 3 mm. In order to perform a test on the semiconductor chip 71 using such a probe device 70, first, the sample stage 74 is moved in the XY directions by the stage 75,
A plurality of pads 83, 83,... Formed on the semiconductor chip 71 to be tested are replaced with a plurality of probe pins 82, 82,.
To the tip of
【0007】次いで、ステージ75により試料台74を
Z方向に所定量だけ上昇させて、図17(a)に示される
ように、試験対象の半導体チップ71(以下「試験チッ
プ71a」と云う)に形成された複数のパッド83,8
3,…を複数のプローブピン82,82,…各々の先端
に接触させる。そして、このプローブ装置70では、パ
ッド83とプローブピン82の先端とが接触したとき
(図17(a)の状態)からさらに100μm程度(図1
7(b)中のΔZに相当する)、試料台74を押し上げて
いる。[0007] Next, the sample stage 74 is raised by a predetermined amount in the Z direction by the stage 75, and as shown in FIG. 17 (a), is placed on a semiconductor chip 71 to be tested (hereinafter referred to as a "test chip 71a"). A plurality of pads 83, 8 formed
Are brought into contact with the tips of the plurality of probe pins 82, 82,. Then, in the probe device 70, the pad 83 and the tip of the probe pin 82 come into contact with each other (the state shown in FIG.
7 (b)), the sample stage 74 is pushed up.
【0008】その結果、各プローブピン82は弾性変形
によって大きくたわみ、その先端がパッド83に押し付
られた状態(図17(b)の状態)となる。このように、
パッド83とプローブピン82の先端との接触圧を上げ
ることで接触抵抗を低下させ、パッド83およびプロー
ブピン82を介して、試験チップ71a内の回路とテス
タ77(図16)とを確実に電気的に接続させることが
できる。As a result, each probe pin 82 is largely bent by the elastic deformation, and its tip is pressed against the pad 83 (the state shown in FIG. 17B). in this way,
By increasing the contact pressure between the pad 83 and the tip of the probe pin 82, the contact resistance is reduced, and the circuit in the test chip 71a and the tester 77 (FIG. 16) are reliably electrically connected via the pad 83 and the probe pin 82. Can be connected.
【0009】したがって、プローブピン82の先端をパ
ッド83に強く接触させた状態(図17(b))を維持し
ながら、テスタ77から試験チップ71a内の回路に所
定の電気信号を与え、試験チップ71aからの応答を調
べることで、電気的特性や回路機能などの試験を精度良
く行うことができる。ところで、上記プローブ装置70
において、プローブピン82の先端がパッド83に押し
付けられているとき(図17(b))、この接触によって
加わる荷重Wは、1ピンあたり数g〜10g程度、プロ
ーブピン82,82,…全体では数Kg〜50Kg程度
である。Therefore, while maintaining the state in which the tip of the probe pin 82 is in strong contact with the pad 83 (FIG. 17 (b)), a predetermined electric signal is given from the tester 77 to the circuit in the test chip 71a, By examining the response from 71a, tests such as electrical characteristics and circuit functions can be accurately performed. By the way, the probe device 70
, When the tip of the probe pin 82 is pressed against the pad 83 (FIG. 17B), the load W applied by this contact is about several g to 10 g per pin, and the total of the probe pins 82, 82,. It is about several kg to 50 kg.
【0010】また、プローブピン82,82,…の先端
とパッド83,83,…とが接触している領域全体の大
きさは、5×5mm〜20×20mm(試験チップ71
aの大きさ程度)であり、ウェーハ72や試料台74の
大きさに比べると非常に小さい。このため、プローブピ
ン82の先端がパッド83に押し付けられているとき
(図17(b))、すなわち試料台74を押し上げる過程
や試験チップ71aに対する試験時、ウェーハ72や試
料台74には、小さい一部領域に集中して接触による大
きな荷重Wが加わっていることになる。The size of the entire area where the tips of the probe pins 82, 82,... And the pads 83, 83,.
a), which is very small compared to the size of the wafer 72 and the sample stage 74. For this reason, when the tip of the probe pin 82 is pressed against the pad 83 (FIG. 17B), that is, during the process of pushing up the sample stage 74 or during the test on the test chip 71a, the wafer 72 and the sample stage 74 have a small size. This means that a large load W due to contact is applied to a part of the region.
【0011】したがって、試験チップ71aがウェーハ
72の周辺部に位置する場合、図18(a)に示されるよ
うに、ウェーハ72や試料台74には最大15μm程度
の傾きが生じてしまう。その結果、試験チップ71aに
も傾きが発生する。しかし、このプローブ装置70で
は、試料台74の押し上げ量を100μm程度に設定し
てプローブピン82を大きくたわませているので、図1
8(b)に示されるように、このプローブピン82のたわ
みによって試験チップ71aの傾きを吸収することがで
きる。その結果、全てのプローブピン82,82,…の
先端とパッド83,83,…との接触状態を良好に維持
できる。Therefore, when the test chip 71a is located at the periphery of the wafer 72, the wafer 72 and the sample stage 74 are inclined at a maximum of about 15 μm as shown in FIG. As a result, the test chip 71a also tilts. However, in this probe device 70, the amount of pushing up of the sample stage 74 is set to about 100 μm, and the probe pins 82 are largely bent.
As shown in FIG. 8B, the inclination of the test chip 71a can be absorbed by the deflection of the probe pin 82. As a result, the contact state between the tips of all the probe pins 82, 82,... And the pads 83, 83,.
【0012】また、プローブ装置70では、半導体チッ
プ71の電気的特性や回路機能などの温度による変化を
調べるため、ウェーハ72の温度を−50℃〜150℃
の範囲の異なる値に設定して試験を行っている。高温試
験の際、ウェーハ72が例えば150℃まで温められる
と、ウェーハ72自体やウェーハホルダ73が熱変形に
よって歪むことがある。そしてこのとき、図19に示さ
れるように、ウェーハ72の表面72aには、うねりが
発生してしまう。その結果、ウェーハ72上の各半導体
チップ71ごとに傾きが相違することになる。Further, in the probe device 70, the temperature of the wafer 72 is set to -50.degree. C. to 150.degree.
The test is performed with different values set in the range. During the high-temperature test, if the wafer 72 is heated to, for example, 150 ° C., the wafer 72 itself and the wafer holder 73 may be distorted due to thermal deformation. At this time, as shown in FIG. 19, the surface 72a of the wafer 72 undulates. As a result, each semiconductor chip 71 on the wafer 72 has a different inclination.
【0013】しかし、このプローブ装置70では、試料
台74の押し上げ量を100μm程度に設定してプロー
ブピン82を大きくたわませているので、図18(b)の
場合と同様に、プローブピン82のたわみによって試験
チップ71aの傾きを吸収することができる。そして、
全てのプローブピン82,82,…の先端とパッド8
3,83,…との接触状態を良好に維持できる。However, in this probe device 70, the amount of pushing up of the sample table 74 is set to about 100 μm, and the probe pins 82 are largely bent. Therefore, as in the case of FIG. The deflection of the test chip 71a can be absorbed by the deflection. And
The tips of all the probe pins 82, 82,.
The contact state with 3, 83,... Can be favorably maintained.
【0014】さらに、ウェーハ72の表面72aがうね
っているとき(図19)には、各半導体チップ71によ
って高さがまちまちになっている。高さの差は、最大2
0μm程度である。しかし、プローブ装置70では、試
料台74の押し上げ量を100μm程度に設定してプロ
ーブピン82を大きくたわませているので、図20(a)
に示される高さH1の試験チップ71aでも、図20
(b)に示される高さH2(>H1)の試験チップ71aで
も同様に、全てのプローブピン82,82,…の先端と
パッド83,83,…との接触状態を良好に維持でき
る。Further, when the surface 72a of the wafer 72 is undulating (FIG. 19), the heights of the semiconductor chips 71 vary. Height difference is up to 2
It is about 0 μm. However, in the probe device 70, the amount of pushing up of the sample stage 74 is set to about 100 μm, and the probe pins 82 are largely bent, so that FIG.
The test chip 71a having the height H1 shown in FIG.
Similarly, the contact state between the tips of all the probe pins 82, 82,... and the pads 83, 83,... can be favorably maintained in the test chip 71a having the height H2 (> H1) shown in FIG.
【0015】したがって、プローブ装置70によれば、
プローブピン82のたわみを利用することで、ウェーハ
72上の全ての半導体チップ71,71,…に対して精
度良く試験を行うことができる。Therefore, according to the probe device 70,
By using the deflection of the probe pins 82, a test can be performed on all the semiconductor chips 71 on the wafer 72 with high accuracy.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プローブ装置70では、プローブピン82,82,…の
取り付け本数を多くしたり(多ピン化)、取り付け密度
を高くしたり(高密度化)すると、プローブピン82,
82,…の先端とパッド83,83,…との接触によっ
て発生する試料台74やウェーハ72の傾きが増大し、
プローブピン82のたわみによって試験チップ71aの
傾きを吸収できなくなってしまう。However, in the conventional probe device 70, if the number of probe pins 82, 82,... Is increased (multiple pins) or the mounting density is increased (density), , Probe pins 82,
, And the inclination of the sample table 74 and the wafer 72 generated by the contact between the tips of the pads 83, 83,.
The deflection of the probe pins 82 makes it impossible to absorb the inclination of the test chip 71a.
【0017】試験チップ71aの傾きをプローブピン8
2のたわみによって吸収できなければ、プローブピン8
2,82,…の先端とパッド83,83,…との接触状
態を良好に維持することはできない。このとき、試験チ
ップ71aに対して試験を行うことはできない。また、
プローブピンの高密度化を図るためには、半導体チップ
71に形成されたパッドの大きさを小さくしなければな
らない。したがって、プローブピンとパッドとの位置合
わせ精度をさらに高めることが要求される。The inclination of the test chip 71a is set to the probe pin 8
If it cannot be absorbed by the deflection of the probe pin 8
Cannot maintain good contact with the tips of pads 83, 83,. At this time, the test cannot be performed on the test chip 71a. Also,
In order to increase the density of the probe pins, the size of the pad formed on the semiconductor chip 71 must be reduced. Therefore, it is required to further improve the positioning accuracy between the probe pin and the pad.
【0018】さらに、従来のプローブ装置70では、全
長が2mm〜3mmの長いプローブピン82を用いてい
るため、半導体チップ71の高周波領域(およそ200
MHz以上)での試験を行うことができないという問題
があった。そして近年、半導体チップ71の高周波領域
での試験を行いたいという要望が高まってきている。Further, in the conventional probe device 70, since the long probe pins 82 having a total length of 2 mm to 3 mm are used, the high frequency region (about 200 mm) of the semiconductor chip 71 is used.
MHz or higher). In recent years, there has been an increasing demand for testing the semiconductor chip 71 in a high frequency range.
【0019】このためには、プローブピンの全長を10
0μm程度に短くしなければならない(短ピン化)。さ
らに、プローブピンの短ピン化を図ると、その外形が垂
直状になるため、従来の“くの字”状のプローブピン8
2に比べて、プローブピンのたわみに対する許容量が極
端に小さくなってしまう。For this purpose, the total length of the probe pins must be 10
It must be shortened to about 0 μm (shortened pin). Further, when the probe pins are shortened, the outer shape becomes vertical, so that the conventional "U" -shaped probe pins 8 are used.
2, the allowable amount for the deflection of the probe pin becomes extremely small.
【0020】また、プローブピンの先端とパッドとの接
触後の押し上げ量は、10μm程度に小さく設定しなけ
ればならない。ここで仮に、全長100μm程度のプロ
ーブピン86(図21参照)を用い、押し上げ量を10
μm程度に設定して半導体チップ71の試験を行ったと
する。既に述べたように、試料台74を押し上げる過程
や試験チップ71aに対する試験時、ウェーハ72や試
料台74には、小さい一部領域に集中して接触による大
きな荷重Wが加わるため、試験チップ71aに傾きが生
じることがある。Further, the push-up amount after the contact between the tip of the probe pin and the pad must be set to a small value of about 10 μm. Here, suppose a probe pin 86 (see FIG. 21) having a total length of about 100 μm is used, and
It is assumed that a test of the semiconductor chip 71 is performed with the setting of about μm. As described above, during the process of pushing up the sample stage 74 and the test on the test chip 71a, a large load W due to contact is applied to the wafer 72 and the sample stage 74 in a small partial area. Tilt may occur.
【0021】試験チップ71aに例えば図18と同様の
傾きが生じた場合、図21に示されるように、プローブ
ピン86,86,…とパッド83,83,…との接触状
態が不均一になってしまう。これは、プローブピン86
では試験チップ71aの傾きを吸収することができない
ためである。このとき、試験チップ71aに対する試験
を行うことはできない。When the test chip 71a is inclined, for example, as shown in FIG. 18, the contact between the probe pins 86, 86,... And the pads 83, 83,. Would. This is the probe pin 86
This is because the inclination of the test chip 71a cannot be absorbed. At this time, the test on the test chip 71a cannot be performed.
【0022】さらに、前述のようにウェーハ72自体や
ウェーハホルダ73が熱変形によって歪み、ウェーハ7
2の表面72aにうねりが発生した場合(図19参照)
でも同様である。すなわち、ウェーハ72の表面72a
のうねりによって各半導体チップ71ごとに傾きが相違
すれば、プローブピン86,86,…とパッド83,8
3,…との接触状態が不均一になり、試験チップ71a
に対する試験を行うことはできない。Further, as described above, the wafer 72 itself and the wafer holder 73 are distorted by thermal deformation,
When undulation occurs on the surface 72a of No. 2 (see FIG. 19)
But the same is true. That is, the surface 72a of the wafer 72
If the inclination of each semiconductor chip 71 is different due to the undulation, the probe pins 86, 86,.
The contact state with the test chips 71a becomes uneven,
Cannot be tested.
【0023】また、ウェーハ72の表面72aのうねり
によって各半導体チップ71の高さがまちまちになって
いると、図22(b)に示される高さH2の試験チップ7
1aではプローブピン86とパッド83との接触状態を
良好に維持できても、図22(a)に示される高さH1
(<H2)の試験チップ71aでは全てのプローブピン8
6,86,…とパッド83,83,…とを接触させるこ
とができないという事態が起こり得る。なお、上記の高
さH1,H2は、試料台74の上面を基準としたもので
ある。If the height of each semiconductor chip 71 varies due to the undulation of the surface 72a of the wafer 72, the test chip 7 having a height H2 shown in FIG.
1a, even if the contact state between the probe pin 86 and the pad 83 can be maintained well, the height H1 shown in FIG.
In the test chip 71a (<H2), all the probe pins 8
May not be able to contact pads 6, 86,... And pads 83, 83,. The heights H1 and H2 are based on the upper surface of the sample table 74.
【0024】このように、プローブ装置70において短
ピン化を図ると、ウェーハ72上の全ての半導体チップ
71,71,…に対して良好に試験を行うことができな
い。本発明の目的は、プローブピンの多ピン化や高密度
化または短ピン化を図った場合でも、ウェーハ上の半導
体チップに形成されたパッドとプローブピンとの接触状
態を均一に保ち、もって半導体チップの電気的特性や回
路機能などの試験を確実に行うことができるプローブ装
置を提供することにある。As described above, if the pins are shortened in the probe device 70, all the semiconductor chips 71 on the wafer 72 cannot be tested satisfactorily. An object of the present invention is to maintain a uniform contact state between a pad formed on a semiconductor chip on a wafer and a probe pin even when the number of pins of the probe pin is increased, the density of the probe pin is shortened, or the like. It is an object of the present invention to provide a probe device capable of reliably performing a test such as an electrical characteristic and a circuit function of the probe device.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、ウェーハ上の半導体チップに形成された複数のパッ
ドに対し、複数のプローブピンを接触させて、半導体チ
ップの電気的特性を試験するプローブ装置であって、ウ
ェーハが載置される載置手段と、載置手段を傾斜可能に
支持する支持手段と、載置手段の傾きを検出する傾き検
出手段と、傾き検出手段による検出結果に基づいて支持
手段を駆動し、載置手段の傾きを所定の傾きに保つ制御
を行う傾き制御手段とを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, a plurality of probe pins are brought into contact with a plurality of pads formed on a semiconductor chip on a wafer to test the electrical characteristics of the semiconductor chip. A mounting device on which a wafer is mounted, a supporting device for tiltably supporting the mounting device, a tilt detecting device for detecting a tilt of the mounting device, and a detection result by the tilt detecting device. And a tilt control means for controlling the support means to drive the support means on the basis of the control means to maintain the inclination of the mounting means at a predetermined inclination.
【0026】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の傾き制御手段が、載置手段に載置されたウェー
ハの複数のパッドによって形成される面の傾きを、複数
のプローブピンの先端によって形成される面の傾きに一
致させる制御を行うように構成されたものである。ま
た、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2
に記載の傾き検出手段が、載置手段に設けられた反射鏡
面と、反射鏡面の倒れ角を測定するコリメータとを有す
るものである。The invention described in claim 2 is the first invention.
Wherein the inclination control means performs control to make the inclination of the surface formed by the plurality of pads of the wafer mounted on the mounting means coincide with the inclination of the surface formed by the tips of the plurality of probe pins. It is constituted in. The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or claim 2.
The tilt detecting means described in (1) has a reflecting mirror surface provided on the mounting means, and a collimator for measuring a tilt angle of the reflecting mirror surface.
【0027】また、請求項4に記載の発明は、請求項1
または請求項2に記載の傾き検出手段が、載置手段に設
けられた反射鏡面と、反射鏡面の倒れ角を測定する干渉
計とを有するものである。また、請求項5に記載の発明
は、請求項1から請求項4の何れか1項に記載のプロー
ブ装置において、載置手段をパッドとプローブピンとの
接離方向に移動させる移動手段と、パッドに対するプロ
ーブピンの接触によって加わる荷重を検出する荷重検出
手段と、荷重検出手段によって検出される荷重と所定の
荷重とのずれ量を算出し、該ずれ量に基づいて移動手段
を駆動することにより、前記接触によって加わる荷重を
補正する荷重補正手段とを備えたものである。The invention described in claim 4 is the first invention.
Alternatively, the tilt detecting means according to claim 2 has a reflecting mirror surface provided on the mounting means and an interferometer for measuring a tilt angle of the reflecting mirror surface. According to a fifth aspect of the present invention, in the probe device according to any one of the first to fourth aspects, the moving means for moving the mounting means in the direction of contact and separation between the pad and the probe pin; Load detecting means for detecting a load applied by the contact of the probe pin with the load, calculating a shift amount between the load detected by the load detecting means and a predetermined load, and driving the moving means based on the shift amount, Load correction means for correcting the load applied by the contact.
【0028】また、請求項6に記載の発明は、請求項5
に記載の荷重検出手段を、載置手段の少なくとも3箇所
で荷重を検出するように構成したものである。また、請
求項7に記載の発明は、請求項6に記載の荷重補正手段
を、荷重検出手段が荷重を検出する位置と試験対象の半
導体チップの位置との相対位置に応じて、移動手段の駆
動量を制御するように構成したものである。The invention described in claim 6 is the same as the invention in claim 5
The load detecting means described in (1) is configured to detect a load at at least three places of the placing means. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the load correcting means according to the sixth aspect of the present invention, wherein the load correcting means detects the load by the load detecting means in accordance with a relative position between the position at which the load is detected and the position of the semiconductor chip to be tested. It is configured to control the driving amount.
【0029】また、請求項8に記載の発明は、請求項5
から請求項7の何れか1項に記載のプローブ装置におい
て、荷重検出手段が、複数の歪みゲージを有するもので
ある。また、請求項9に記載の発明は、ウェーハ上の半
導体チップに形成された複数のパッドに対し、複数のプ
ローブピンを接触させて、半導体チップの電気的特性を
試験するプローブ装置であって、ウェーハが載置される
載置手段と、載置手段をパッドとプローブピンとの接離
方向に直交する面内で移動させる面内移動手段と、ウェ
ーハの伸びに応じた半導体チップの位置ずれ量を算出
し、該位置ずれ量を加味して面内移動手段を駆動するこ
とにより、半導体チップを複数のプローブピンに対向す
る地点に位置決めする位置決め制御手段とを備えたもの
である。[0029] The invention described in claim 8 is the same as in claim 5.
8. The probe device according to claim 7, wherein the load detecting unit has a plurality of strain gauges. 9. According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a probe device for testing electrical characteristics of a semiconductor chip by contacting a plurality of probe pins with a plurality of pads formed on a semiconductor chip on a wafer, The mounting means on which the wafer is mounted, the in-plane moving means for moving the mounting means in a plane perpendicular to the direction of contact and separation between the pad and the probe pin, and the displacement amount of the semiconductor chip according to the elongation of the wafer. And a positioning control means for positioning the semiconductor chip at a point facing the plurality of probe pins by driving the in-plane moving means in consideration of the calculated and the amount of displacement.
【0030】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用い詳細に説明する。本実施形態は、請求項1〜
請求項9に対応する。本実施形態のプローブ装置10
(図1)は、半導体チップの電気的特性や回路機能をウ
ェーハ状態で試験するための装置である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. This embodiment is defined by claims 1 to
This corresponds to claim 9. Probe device 10 of the present embodiment
FIG. 1 shows an apparatus for testing electrical characteristics and circuit functions of a semiconductor chip in a wafer state.
【0031】このプローブ装置10について説明する前
に、試験対象である半導体チップの説明を行う。図2
(a)に示されるように、半導体チップ21はウェーハ2
0上に複数配列されている。各半導体チップ21は、所
定の回路(不図示)が形成されたものである。Before describing the probe device 10, a semiconductor chip to be tested will be described. FIG.
As shown in FIG.
A plurality are arranged on 0. Each semiconductor chip 21 has a predetermined circuit (not shown) formed thereon.
【0032】また、各半導体チップ21には、図2(b)
に示されるように、複数のパッド22,22,…が形成
されている。これら複数のパッド22,22,…は、半
導体チップ21内の回路に接続された外部端子である。
このような半導体チップ21に対する試験は、複数のパ
ッド22,22,…を介して回路に所定の電流を流し、
その応答を検知することで行われる。Further, each semiconductor chip 21 has a structure shown in FIG.
Are formed, a plurality of pads 22, 22,... Are formed. The pads 22 are external terminals connected to circuits in the semiconductor chip 21.
In such a test on the semiconductor chip 21, a predetermined current is applied to the circuit through the plurality of pads 22, 22,.
This is done by detecting the response.
【0033】なお、図2(b)には16個のパッド22,
22,…が示されているが、実際の個数は数10個〜数
1000個である。さて、本実施形態のプローブ装置1
0には、図1に示されるように、半導体チップ21が形
成されたウェーハ20を真空吸着によって保持するウェ
ーハホルダ11が設けられる。このウェーハホルダ11
には、試験時にウェーハ20の温度を高温(例えば10
0℃)に保つためのヒータ(不図示)などが内蔵されて
いる。FIG. 2B shows 16 pads 22,
22,... Are shown, but the actual number is several tens to several thousand. Now, the probe device 1 of the present embodiment
As shown in FIG. 1, the wafer holder 11 is provided with a wafer holder 11 for holding the wafer 20 on which the semiconductor chips 21 are formed by vacuum suction. This wafer holder 11
In the test, the temperature of the wafer 20 is set to a high temperature (for example, 10
0 ° C.) is built in.
【0034】また、プローブ装置10には、ウェーハホ
ルダ11の上方に、カードホルダ31が設けられる。こ
のカードホルダ31には、プローブカード30が装着さ
れている。プローブカード30は、図3(a)に示される
ように、複数のプローブピン32,32,…をカード基
板33に取り付けたものである。また、各プローブピン
32は、半導体チップ21の高周波領域での試験を行え
るように、その全長が100μm程度に短くかつ略垂直
形状に成型されている。The probe device 10 is provided with a card holder 31 above the wafer holder 11. The probe card 30 is mounted on the card holder 31. The probe card 30 has a plurality of probe pins 32, 32,... Attached to a card board 33, as shown in FIG. Each of the probe pins 32 is formed to have a short length of about 100 μm and a substantially vertical shape so that a test in a high frequency range of the semiconductor chip 21 can be performed.
【0035】また、複数のプローブピン32,32,…
の配置は、図3(b)に示されるように、上記半導体チッ
プ21(図2(b))に形成された複数のパッド22,2
2,…の配置に対応している。すなわち、半導体チップ
21の試験時、プローブピン32とパッド22とを1対
1で接触させることができるようになっている。さら
に、プローブ装置10(図1)には、テスタ34が設け
られる。このテスタ34は、プローブカード30がカー
ドホルダ31に装着されているとき、複数のプローブピ
ン32,32,…に電気的に接続される。Further, a plurality of probe pins 32, 32,.
As shown in FIG. 3B, a plurality of pads 22, 2 formed on the semiconductor chip 21 (FIG. 2B) are arranged as shown in FIG.
It corresponds to the arrangement of 2,. That is, when testing the semiconductor chip 21, the probe pins 32 and the pads 22 can be brought into one-to-one contact. Further, a tester 34 is provided in the probe device 10 (FIG. 1). The tester 34 is electrically connected to the plurality of probe pins 32, 32,... When the probe card 30 is mounted on the card holder 31.
【0036】また、テスタ34は、予め記憶している試
験プログラムにしたがい、複数のプローブピン32,3
2,…に対して所定の電気信号を出力するものである。
さらに、テスタ34は、プローブピン32を半導体チッ
プ21のパッド22に接触させた状態(詳細は後述す
る)で、半導体チップ21内の回路と電気信号のやりと
りを行い、半導体チップ21の良否および特性を判定す
るものである。The tester 34 is provided with a plurality of probe pins 32, 3 according to a test program stored in advance.
A predetermined electric signal is output to 2,.
Further, the tester 34 exchanges an electric signal with a circuit in the semiconductor chip 21 in a state where the probe pin 32 is in contact with the pad 22 of the semiconductor chip 21 (details will be described later), Is determined.
【0037】さらに、このプローブ装置10には、上記
のウェーハホルダ11が取り付けられた試料台12と、
この試料台12をZ方向および傾き方向(θx,θy)
に位置決めするZレベリングステージ13と、試料台1
2をX方向に位置決めするXステージ14と、試料台1
2をY方向に位置決めするYステージ15とが、ステー
ジベース16上に設けられている。The probe device 10 further includes a sample table 12 on which the wafer holder 11 is mounted,
The sample table 12 is moved in the Z direction and the tilt direction (θx, θy).
Leveling stage 13 for positioning the sample stage 1
An X stage 14 for positioning the sample stage 2 in the X direction;
A Y stage 15 for positioning 2 in the Y direction is provided on a stage base 16.
【0038】なお、ウェーハホルダ11と試料台12と
の間には、ウェーハホルダ11を回転方向に位置決めす
るθzステージ(不図示)が設けられる。上記θx方
向,θy方向,θz方向は各々、X軸,Y軸,Z軸を中
心とした回転方向に相当する。上記したウェーハホルダ
11および試料台12は、請求項の「載置手段」に対応
する。A .theta.z stage (not shown) for positioning the wafer holder 11 in the rotation direction is provided between the wafer holder 11 and the sample table 12. The θx direction, θy direction, and θz direction correspond to rotation directions about the X axis, Y axis, and Z axis, respectively. The above-described wafer holder 11 and sample table 12 correspond to the “mounting means” in the claims.
【0039】ここで、Yステージ15は、不図示のリニ
アモータによって駆動され、Y軸方向に移動可能であ
る。Yステージ15の位置、すなわち試料台12のY位
置は、不図示のエンコーダを用いて検出される。Xステ
ージ14は、不図示のリニアモータによって駆動され、
X軸方向に移動可能である。Xステージ14の位置、す
なわち試料台12のX位置は、不図示のエンコーダを用
いて検出される。Here, the Y stage 15 is driven by a linear motor (not shown) and is movable in the Y-axis direction. The position of the Y stage 15, that is, the Y position of the sample stage 12, is detected using an encoder (not shown). The X stage 14 is driven by a linear motor (not shown),
It is movable in the X-axis direction. The position of the X stage 14, that is, the X position of the sample stage 12 is detected using an encoder (not shown).
【0040】また、Zレベリングステージ13は、図4
(a)に示されるように、3つのZ駆動部41,42,4
3にて構成される。これらZ駆動部41,42,43は
各々、試料台12の下面12aの部位41a,42a,
43aにおいて、下方から試料台12を支持する。Z駆
動部41は、図5(a)に示されるように、Xステージ1
4上に固定された下部傾斜部材46と、この下部傾斜部
材46の斜面46a上に載置された上部傾斜部材47
と、この上部傾斜部材47を斜面46aに沿って摺動さ
せるサーボモータ48と、上部傾斜部材47の斜面46
a上での摺動に応じて回転するローラ49とで構成され
る。Further, the Z leveling stage 13 is arranged as shown in FIG.
As shown in (a), three Z drive units 41, 42, 4
3 These Z drive units 41, 42, 43 are respectively provided at portions 41 a, 42 a,
At 43a, the sample stage 12 is supported from below. As shown in FIG. 5A, the Z drive unit 41
4 and a lower inclined member 47 mounted on a slope 46a of the lower inclined member 46.
A servo motor 48 for sliding the upper inclined member 47 along the inclined surface 46a;
and a roller 49 that rotates in accordance with the sliding on a.
【0041】なお、ローラ49の回転軸49aは、図5
(b)に示されるように、試料台12の下面12aの部位
41aに取り付けられている。このZ駆動部41では、
上部傾斜部材47を斜面46aに沿って摺動させること
で、図5(b),(c)に示されるように、上部傾斜部材4
7の上面47aの高さH1をΔH1だけ変化させること
ができる。そして、この上面47aの高さH1が変化す
る結果、試料台12の部位41aにおけるZ位置(Z1)
も、ΔH1だけ変化することになる。The rotation shaft 49a of the roller 49 is shown in FIG.
As shown in (b), it is attached to a portion 41 a of the lower surface 12 a of the sample table 12. In this Z drive unit 41,
By sliding the upper inclined member 47 along the inclined surface 46a, the upper inclined member 4 is moved as shown in FIGS.
7, the height H1 of the upper surface 47a can be changed by ΔH1. Then, as a result of the change of the height H1 of the upper surface 47a, the Z position (Z1) in the portion 41a of the sample table 12
Also changes by ΔH1.
【0042】すなわち、Z駆動部41によれば、試料台
12の下面12aの部位41aにおいて試料台12を支
持する際のZ位置(Z1)(図4(b)も参照)を自在に
設定することができる。また、他のZ駆動部42,43
(図4(a))は、上記のZ駆動部41と同じ構成であ
る。That is, according to the Z drive unit 41, the Z position (Z1) (see also FIG. 4B) for supporting the sample table 12 at the portion 41a of the lower surface 12a of the sample table 12 is set freely. be able to. Further, the other Z drive units 42 and 43
(FIG. 4A) has the same configuration as the Z drive unit 41 described above.
【0043】したがって、Z駆動部42によれば、試料
台12の部位42aにおいて試料台12を支持する際の
Z位置(Z2)(図4(b)参照)を自在に設定することが
できる。また、Z駆動部43(図4(a))によれば、試
料台12の部位43aにおいて試料台12を支持する際
のZ位置(Z3)(図4(b)参照)を自在に設定すること
ができる。Therefore, according to the Z drive unit 42, the Z position (Z2) (see FIG. 4B) for supporting the sample stage 12 at the portion 42a of the sample stage 12 can be set freely. Further, according to the Z drive unit 43 (FIG. 4A), the Z position (Z3) (see FIG. 4B) when the sample stage 12 is supported at the portion 43a of the sample stage 12 is freely set. be able to.
【0044】これら試料台12の部位41aにおけるZ
位置(Z1),部位42aにおけるZ位置(Z2),部位4
3aにおけるZ位置(Z3)は各々、不図示のエンコーダ
を用いて検出される。このように構成されたZレベリン
グステージ13では、Z駆動部41〜43を個別に駆動
し、部位41a,42a,43aにおけるZ位置(Z
1,Z2,Z3)の少なくとも1つを異ならせることに
より、試料台12にθy方向やθx方向の傾きを発生さ
せたり、その傾きを自在に変えたりすることができる。The Z at the portion 41a of the sample table 12
Position (Z1), Z position (Z2) at site 42a, site 4
Each Z position (Z3) in 3a is detected using an encoder (not shown). In the Z leveling stage 13 configured as described above, the Z driving units 41 to 43 are individually driven, and the Z positions (Z positions) in the parts 41a, 42a, 43a are set.
By making at least one of (1, Z2, Z3) different, a tilt in the θy direction or the θx direction can be generated on the sample stage 12 or the tilt can be freely changed.
【0045】また、Zレベリングステージ13では、Z
駆動部41〜43を同期させて駆動することにより、試
料台12のθy方向およびθx方向の傾きを一定に保ち
ながら、試料台12をZ方向に移動させることができ
る。さらに、本実施形態のプローブ装置10(図1)で
は、試料台12のθy方向の傾きを検出するため、試料
台12の側面にX軸移動鏡17を取り付けると共に、こ
のX軸移動鏡17に対向してX軸コリメータ27を設け
ている。In the Z leveling stage 13, the Z level
By driving the driving units 41 to 43 in synchronization with each other, the sample stage 12 can be moved in the Z direction while keeping the inclination of the sample stage 12 in the θy direction and the θx direction constant. Further, in the probe device 10 (FIG. 1) of the present embodiment, in order to detect the inclination of the sample stage 12 in the θy direction, an X-axis movable mirror 17 is attached to the side surface of the sample stage 12, and the X-axis movable mirror 17 An X-axis collimator 27 is provided to face the same.
【0046】図6(a)に示されるように、X軸移動鏡1
7の反射面17aは、試料台12の上面12bに直交す
る。したがって、試料台12の上面12bがX軸に平行
なとき、X軸移動鏡17の反射面17aはYZ面に対し
て平行に保たれる。そして、図6(b)に示されるよう
に、試料台12の上面12bがθy方向に角度θysだ
け傾くと、X軸移動鏡17の反射面17aもYZ面に対
して角度θysだけ傾くことになる。この角度θys
は、請求項の「倒れ角」に対応する。As shown in FIG. 6A, the X-axis moving mirror 1
7 is orthogonal to the upper surface 12b of the sample stage 12. Therefore, when the upper surface 12b of the sample stage 12 is parallel to the X axis, the reflection surface 17a of the X axis moving mirror 17 is kept parallel to the YZ plane. Then, as shown in FIG. 6B, when the upper surface 12b of the sample stage 12 is inclined by the angle θys in the θy direction, the reflecting surface 17a of the X-axis movable mirror 17 is also inclined by the angle θys with respect to the YZ plane. Become. This angle θys
Corresponds to the “tilt angle” in the claims.
【0047】このX軸移動鏡17に対向して設けられた
X軸コリメータ27は、図6(a)に示されるように、X
軸に光軸を揃えて配置されたレンズ51と、レンズ51
の焦点位置に配置された光源52と、光源52とレンズ
51との間に配置されたハーフミラー53と、ハーフミ
ラー53の反射光路上に配置されたディテクタ54(例
えばCCDラインセンサ)とで構成されている。As shown in FIG. 6A, the X-axis collimator 27 provided to face the X-axis moving mirror 17
A lens 51 arranged with the optical axis aligned with the axis;
, A half mirror 53 arranged between the light source 52 and the lens 51, and a detector 54 (for example, a CCD line sensor) arranged on a reflection optical path of the half mirror 53. Have been.
【0048】このX軸コリメータ27において、光源5
2からの光はレンズ51を介して平行光となる。そし
て、この平行光がX軸移動鏡17の反射面17aに入射
する。反射面17aからの反射光は、レンズ51を通過
し、ハーフミラー53で反射してディテクタ54に入射
する。ここで、反射面17aがYZ面に対して平行に保
たれるとき(図6(a)の状態)、反射面17aからの反
射光はX軸に平行となる。そして、この反射光は、レン
ズ51およびハーフミラー53を介してディテクタ54
に到達し、基準地点X0に結像する。In the X-axis collimator 27, the light source 5
The light from 2 becomes parallel light via the lens 51. Then, the parallel light enters the reflection surface 17a of the X-axis moving mirror 17. Light reflected from the reflection surface 17a passes through the lens 51, is reflected by the half mirror 53, and enters the detector 54. Here, when the reflection surface 17a is kept parallel to the YZ plane (the state of FIG. 6A), the reflected light from the reflection surface 17a is parallel to the X axis. The reflected light is transmitted to the detector 54 via the lens 51 and the half mirror 53.
And an image is formed at the reference point X0.
【0049】一方、反射面17aがYZ面に対して角度
θysだけ傾くと(図6(b)の状態)、反射面17aか
らの反射光L1は、X軸に対して角度2・(θys)だけ
傾くことになる。そして、この反射光L1は、レンズ5
1およびハーフミラー53を介して、ディテクタ54の
地点X1に結像する。この地点X1と上記した基準地点
X0とのずれ量ΔXは、レンズ51の焦点距離をfで表
すとき、f・sin[2(θys)]に比例する。On the other hand, when the reflecting surface 17a is inclined by an angle θys with respect to the YZ plane (the state shown in FIG. 6B), the reflected light L1 from the reflecting surface 17a has an angle of 2 · (θys) with respect to the X axis. Will only lean. The reflected light L1 is transmitted to the lens 5
An image is formed on the point X1 of the detector 54 via the first mirror 1 and the half mirror 53. The shift amount ΔX between the point X1 and the reference point X0 is proportional to f · sin [2 (θys)] when the focal length of the lens 51 is represented by f.
【0050】したがって、X軸コリメータ27では、反
射光L1の結像地点X1と基準地点X0とのずれ量ΔX
をディテクタ54によって検出することにより、X軸移
動鏡17の反射面17aの傾き角θys、すなわち試料
台12の上面12bの傾き角θysを検知することがで
きる。なお、試料台12がX方向に移動すればX軸移動
鏡17もX方向に移動し、X軸コリメータ27からX軸
移動鏡17までの距離Dが変わることになるが、X軸コ
リメータ27のディテクタ54にて検出されるずれ量Δ
Xは距離Dによって変化しない。このため、試料台12
のX位置によらず、同じように試料台12の傾き角θy
sを検知できる。Therefore, in the X-axis collimator 27, the deviation ΔX between the image forming point X1 of the reflected light L1 and the reference point X0.
Is detected by the detector 54, the inclination angle θys of the reflection surface 17a of the X-axis movable mirror 17, that is, the inclination angle θys of the upper surface 12b of the sample stage 12 can be detected. When the sample stage 12 moves in the X direction, the X-axis moving mirror 17 also moves in the X direction, and the distance D from the X-axis collimator 27 to the X-axis moving mirror 17 changes. Deviation Δ detected by detector 54
X does not change with distance D. For this reason, the sample stage 12
Irrespective of the X position, the tilt angle θy of the sample stage 12 is similarly calculated.
s can be detected.
【0051】また、プローブ装置10(図1)では、試
料台12のθx方向の傾きを検出するため、試料台12
の側面にY軸移動鏡18を取り付けると共に、このY軸
移動鏡18に対向してY軸コリメータ28を設けてい
る。Y軸移動鏡18は、上記したX軸移動鏡17の反射
面17aと同様、試料台12の上面12bに直交する反
射面を有している。したがって、試料台12の上面12
bがY軸に平行なとき、Y軸移動鏡18の反射面はXZ
面に対して平行に保たれる。そして、試料台12の上面
がθx方向にθxsだけ傾くと、Y軸移動鏡18の反射
面もXZ面に対してθxsだけ傾くことになる。In the probe device 10 (FIG. 1), the inclination of the sample table 12 in the θx direction is detected.
The Y-axis movable mirror 18 is attached to the side surface of the optical disk 1 and a Y-axis collimator 28 is provided to face the Y-axis movable mirror 18. The Y-axis moving mirror 18 has a reflecting surface orthogonal to the upper surface 12b of the sample stage 12, similarly to the reflecting surface 17a of the X-axis moving mirror 17 described above. Therefore, the upper surface 12 of the sample stage 12
When b is parallel to the Y axis, the reflecting surface of the Y axis moving mirror 18 is XZ
Kept parallel to the plane. When the upper surface of the sample stage 12 is inclined by θxs in the θx direction, the reflecting surface of the Y-axis moving mirror 18 is also inclined by θxs with respect to the XZ plane.
【0052】また、Y軸コリメータ28は、上記のX軸
コリメータ27と同じ構成のものをXY面内で90°回
転させて、レンズ51の光軸をY軸に揃えて配置したも
のである。The Y-axis collimator 28 has the same configuration as the X-axis collimator 27 described above, is rotated by 90 ° in the XY plane, and is arranged such that the optical axis of the lens 51 is aligned with the Y-axis.
【0053】したがって、Y軸コリメータ28によれ
ば、Y軸移動鏡18の反射面に平行光を入射させ、その
反射光の結像地点のずれ量ΔY(∝f・sin[2(θx
s)])を検出することにより、Y軸移動鏡18の反射面
の傾き角θxs、すなわち試料台12の上面12bの傾
き角θxsを検知することができる。なお、試料台12
がY方向に移動すればY軸移動鏡18もY方向に移動
し、Y軸コリメータ28からY軸移動鏡18までの距離
が変わるが、Y軸コリメータ28にて検出されるずれ量
ΔYは変化しない。このため、試料台12のY位置によ
らず、同じように試料台12の傾き角θxsを検知でき
る。Therefore, according to the Y-axis collimator 28, parallel light is made incident on the reflecting surface of the Y-axis moving mirror 18, and the deviation amount ΔY (∝f · sin [2 (θx
s)]), the inclination angle θxs of the reflection surface of the Y-axis movable mirror 18, that is, the inclination angle θxs of the upper surface 12b of the sample stage 12 can be detected. The sample table 12
Moves in the Y direction, the Y-axis moving mirror 18 also moves in the Y-direction, and the distance from the Y-axis collimator 28 to the Y-axis moving mirror 18 changes. However, the displacement ΔY detected by the Y-axis collimator 28 changes. do not do. Therefore, the inclination angle θxs of the sample stage 12 can be detected in the same manner regardless of the Y position of the sample stage 12.
【0054】さらに、本実施形態のプローブ装置10に
は、ウェーハ20上のアライメントマーク(不図示)を
観察するための顕微鏡25が、ステージベース16上に
設けられている。この顕微鏡25は、対物レンズ(不図
示)の視野内に位置するウェーハ20のアライメントマ
ークを撮像し、得られたアライメントマーク画像のXY
座標を検出するものである。Further, in the probe device 10 of the present embodiment, a microscope 25 for observing an alignment mark (not shown) on the wafer 20 is provided on the stage base 16. The microscope 25 captures an image of an alignment mark of the wafer 20 located within a field of view of an objective lens (not shown), and obtains an XY image of the obtained alignment mark image.
This is to detect coordinates.
【0055】また、この顕微鏡25は、アライメントマ
ーク画像の取り込み時に、画像のコントラストが極大に
なるときのオートフォーカス駆動量に基づいて、アライ
メントマーク位置でのウェーハ20のZ座標を検出す
る。さらに、プローブ装置10には、プローブカード3
0に取り付けられたプローブピン32を観察するための
顕微鏡35が、試料台12の側面に取り付けられてい
る。この顕微鏡35は、対物レンズ(不図示)の視野内
に位置するプローブピン32を撮像し、得られたプロー
ブピン画像のXY座標を検出するものである。The microscope 25 detects the Z coordinate of the wafer 20 at the position of the alignment mark based on the amount of autofocus driving when the contrast of the image is maximized when the image of the alignment mark is captured. Further, the probe device 10 includes a probe card 3
A microscope 35 for observing the probe pins 32 attached to the sample stage 12 is attached to the side surface of the sample table 12. The microscope 35 captures an image of the probe pins 32 located in the field of view of an objective lens (not shown), and detects the XY coordinates of the obtained probe pin image.
【0056】また、この顕微鏡35は、プローブピン画
像の取り込み時におけるオートフォーカス駆動量に基づ
いて、プローブピン32の先端のZ座標を検出する。さ
らに、プローブ装置10の試料台12の上面には、基準
マーク19が取り付けられている。この基準マーク19
と顕微鏡35との位置関係は、装置定数として予め定め
られている。なお、その装置定数は、顕微鏡35の光軸
を示す指標が予め顕微鏡35の光学部材に付けられてお
り、顕微鏡25でその指標と基準マーク19との位置関
係を測定することにより、測定するようにしても良い。The microscope 35 detects the Z coordinate of the tip of the probe pin 32 based on the auto-focus driving amount at the time of capturing the probe pin image. Further, a reference mark 19 is attached to the upper surface of the sample table 12 of the probe device 10. This fiducial mark 19
The positional relationship between the camera and the microscope 35 is predetermined as a device constant. It should be noted that the device constant is measured by measuring the positional relationship between the index and the reference mark 19 with the microscope 25 in which an index indicating the optical axis of the microscope 35 is attached to the optical member of the microscope 35 in advance. You may do it.
【0057】一方、基準マーク19と顕微鏡25との位
置関係は、Xステージ14およびYステージ15の位
置、すなわち試料台12のX位置およびY位置によって
変わる。しかし、顕微鏡25により基準マーク19を観
察し、そのときのXステージ14およびYステージ15
の位置を検出しておくことにより、顕微鏡25の座標系
と顕微鏡35の座標系とを一致させることができる。On the other hand, the positional relationship between the reference mark 19 and the microscope 25 changes depending on the positions of the X stage 14 and the Y stage 15, that is, the X position and the Y position of the sample table 12. However, the reference mark 19 is observed with the microscope 25, and the X stage 14 and the Y stage 15 at that time are observed.
Is detected, the coordinate system of the microscope 25 and the coordinate system of the microscope 35 can be matched.
【0058】また、本実施形態のプローブ装置10に
は、図7(a)に示されるように、試料台12の下面12
aの部位41aとZ駆動部41のローラ49との間に、
荷重センサ55が設けられている。この荷重センサ55
は、試料台12の部位41aに取り付けられた保持枠5
8と、この保持枠58の内側に貼り付けられた歪みゲー
ジ59とで構成される。歪みゲージ59は、半導体チッ
プ21のパッド22とプローブピン32との接触によっ
て加わる荷重Wに応じて、その抵抗値が変化するもので
ある。As shown in FIG. 7A, the probe device 10 of the present embodiment
a between the portion 41 a of the “a” and the roller 49 of the Z drive portion 41,
A load sensor 55 is provided. This load sensor 55
Is the holding frame 5 attached to the portion 41a of the sample table 12.
8 and a strain gauge 59 attached to the inside of the holding frame 58. The resistance value of the strain gauge 59 changes according to the load W applied by the contact between the pad 22 of the semiconductor chip 21 and the probe pin 32.
【0059】したがって、荷重センサ55では、歪みゲ
ージ59の抵抗値変化を不図示のブリッジ回路にて検知
することにより、上記の接触によって加わる荷重Wを検
出することができる。また、プローブ装置10には、図
7(b)に示されるように、試料台12の下面12aの部
位42aとZ駆動部42のローラ49との間に、荷重セ
ンサ56が設けられている。この荷重センサ56は、上
記荷重センサ55と構成が同じであり、上記の接触によ
って加わる荷重Wを検出することができる。Therefore, the load sensor 55 can detect the load W applied by the contact by detecting a change in the resistance value of the strain gauge 59 by a bridge circuit (not shown). 7B, the probe device 10 is provided with a load sensor 56 between the portion 42a of the lower surface 12a of the sample table 12 and the roller 49 of the Z drive unit 42. The load sensor 56 has the same configuration as the load sensor 55, and can detect the load W applied by the contact.
【0060】さらに、プローブ装置10には、図7(c)
に示されるように、試料台12の下面12aの部位43
aとZ駆動部43のローラ49との間に、荷重センサ5
7が設けられている。この荷重センサ57は、上記荷重
センサ55と構成が同じであり、上記の接触によって加
わる荷重Wを検出することができる。Further, the probe device 10 has the structure shown in FIG.
As shown in FIG.
a and the load sensor 5 between the roller 49 of the Z drive unit 43.
7 are provided. The load sensor 57 has the same configuration as the load sensor 55, and can detect the load W applied by the contact.
【0061】このように、プローブ装置10には3つの
荷重センサ55〜57が設けられているが、本実施形態
では、半導体チップ21のパッド22とプローブピン3
2との接触によって加わる荷重Wの検出に、3つの荷重
センサ55〜57のうちの1つを使用する(後述す
る)。また、本実施形態のプローブ装置10(図1)に
は、上記のテスタ34と、Xステージ14と、Yステー
ジ15と、Zレベリングステージ13(Z駆動部41〜
43)と、不図示のθzステージと、X軸コリメータ2
7と、Y軸コリメータ28と、顕微鏡25,35と、荷
重センサ55〜57とに接続され、これら各構成要素を
制御する制御部60が設けられている。As described above, the probe device 10 is provided with the three load sensors 55 to 57. In the present embodiment, the pads 22 of the semiconductor chip 21 and the probe pins 3 are provided.
One of the three load sensors 55 to 57 is used to detect the load W applied by the contact with the second 2 (described later). The probe device 10 (FIG. 1) of the present embodiment includes the tester 34, the X stage 14, the Y stage 15, and the Z leveling stage 13 (the Z driving units 41 to 41).
43), a not-shown θz stage, and an X-axis collimator 2
7, a Y-axis collimator 28, microscopes 25 and 35, and load sensors 55 to 57, and a control unit 60 for controlling these components is provided.
【0062】なお、上記した実施形態のZレベリングス
テージ13(Z駆動部41〜43)は、請求項の「支持
手段」および「移動手段」に対応する。また、実施形態
のXステージ14およびYステージ15は、請求項の
「面内移動手段」に対応する。また、実施形態のX軸移
動鏡17、Y軸移動鏡18、X軸コリメータ27および
Y軸コリメータ28は、請求項の「傾き検出手段」に対
応する。また、X軸移動鏡17の反射面17aは、請求
項の「反射鏡面」に対応する。また、実施形態の荷重セ
ンサ55〜57は、請求項の「荷重検出手段」に対応す
る。また、制御部60は、請求項の「傾き制御手段」、
「荷重補正手段」および「位置決め制御手段」に対応す
る。Incidentally, the Z leveling stage 13 (Z driving sections 41 to 43) of the above-described embodiment corresponds to “supporting means” and “moving means” in the claims. Further, the X stage 14 and the Y stage 15 of the embodiment correspond to “in-plane moving means” in the claims. Further, the X-axis moving mirror 17, the Y-axis moving mirror 18, the X-axis collimator 27, and the Y-axis collimator 28 of the embodiment correspond to "tilt detecting means" in the claims. The reflecting surface 17a of the X-axis moving mirror 17 corresponds to a "reflecting mirror surface" in the claims. Further, the load sensors 55 to 57 of the embodiment correspond to “load detecting means” in claims. In addition, the control unit 60 includes a “tilt control unit”,
It corresponds to "load correction means" and "positioning control means".
【0063】次に、上記のように構成されたプローブ装
置10を用い、ウェーハ20上の半導体チップ21を試
験する際の動作について説明する。制御部60は、実際
の試験に先立ち、プローブカード30のカードホルダ3
1への取り付け状態や、ウェーハ20のウェーハホルダ
11への取り付け状態の観察、さらにはウェーハ20自
体やウェーハホルダ11の伸び,うねり,反り,たわみ
などに起因するウェーハ20の表面状態の観察を行う。Next, an operation of testing the semiconductor chip 21 on the wafer 20 using the probe device 10 configured as described above will be described. The control unit 60 controls the card holder 3 of the probe card 30 prior to the actual test.
1 and the state of attachment of the wafer 20 to the wafer holder 11, and also the surface state of the wafer 20 due to elongation, undulation, warpage, bending, etc. of the wafer 20 or the wafer holder 11. .
【0064】プローブカード30の取り付け状態の観察
は、顕微鏡35(図1)を用い、プローブピン32自体
を3箇所以上で観察することにより行われる。顕微鏡3
5は、観察対象となったプローブピン32のXY座標
と、プローブピン32の先端のZ座標とを検出する。顕
微鏡35による3箇所以上での検出結果は、XY座標情
報,Z座標情報として制御部60に入力される。The observation of the mounting state of the probe card 30 is performed by observing the probe pins 32 themselves at three or more places using a microscope 35 (FIG. 1). Microscope 3
5 detects the XY coordinates of the probe pin 32 to be observed and the Z coordinate of the tip of the probe pin 32. The detection results at three or more locations by the microscope 35 are input to the control unit 60 as XY coordinate information and Z coordinate information.
【0065】制御部60は、プローブピン32のXY座
標情報に基づいて、プローブカード30のXY方向の取
り付け位置と、θz方向の取り付け位置とを算出する。
また、制御部60は、プローブピン32のZ座標情報に
基づいて、プローブピン32,32,…の先端によって
形成される面(以下「ピン先端面32a」と云う。図8
参照)の水平に対する傾きθxp,θypを算出する。
なお、図8にはθy方向の傾きθypのみが示されてい
る。The control unit 60 calculates the mounting position in the XY direction and the mounting position in the θz direction of the probe card 30 based on the XY coordinate information of the probe pins 32.
The control unit 60 also determines a surface formed by the tips of the probe pins 32, 32,... Based on the Z coordinate information of the probe pins 32 (hereinafter, referred to as a “pin tip surface 32a” in FIG. 8).
) With respect to the horizontal are calculated.
FIG. 8 shows only the inclination θyp in the θy direction.
【0066】このように算出されたプローブカード30
の取り付け状態に関する情報は、制御部60内のメモリ
に格納される。一方、ウェーハ20の取り付け状態や表
面状態の観察は、顕微鏡25(図1)を用い、ウェーハ
20上のアライメントマーク(不図示)を3箇所以上で
観察することにより行われる。このとき、試料台12の
上面12bは水平(XY面に平行)に保っておく。The probe card 30 calculated as described above
Is stored in the memory in the control unit 60. On the other hand, the observation of the mounting state and the surface state of the wafer 20 is performed by observing the alignment marks (not shown) on the wafer 20 at three or more places using the microscope 25 (FIG. 1). At this time, the upper surface 12b of the sample stage 12 is kept horizontal (parallel to the XY plane).
【0067】顕微鏡25は、観察対象となったアライメ
ントマークのXY座標と、アライメントマーク位置での
ウェーハ20のZ座標とを検出する。顕微鏡25による
3箇所以上での検出結果は、XY座標情報,Z座標情報
として制御部60に入力される。制御部60は、アライ
メントマークのXY座標情報と、上記プローブカード3
0のθz方向の取り付け位置とに基づいて、ウェーハ2
0全体のプローブカード30に対するθz方向の回転ず
れ量を算出する。そして、この回転ずれ量に基づいてθ
zステージ(不図示)を駆動制御し、ウェーハ20のθ
z方向の取り付け位置を、プローブカード30のθz方
向の取り付け位置に一致させる。The microscope 25 detects the XY coordinates of the alignment mark to be observed and the Z coordinate of the wafer 20 at the position of the alignment mark. The detection results at three or more locations by the microscope 25 are input to the control unit 60 as XY coordinate information and Z coordinate information. The controller 60 controls the XY coordinate information of the alignment mark and the probe card 3
0 based on the mounting position in the θz direction
The rotation deviation amount in the θz direction with respect to the entire probe card 30 is calculated. Then, based on the rotation deviation amount, θ
Drive control of the z stage (not shown)
The mounting position in the z direction is matched with the mounting position of the probe card 30 in the θz direction.
【0068】また、制御部60は、アライメントマーク
のXY座標情報に基づいて、ウェーハ20に形成された
各半導体チップ21のXY方向の位置ずれ量を算出す
る。各半導体チップ21のXY方向の位置ずれは、ウェ
ーハ20全体のXY方向の取り付け位置のずれや、ウェ
ーハ20自体の伸びなどに起因するものである。因み
に、高温試験(ウェーハ20の温度が例えば100℃)
のとき、直径200mmのウェーハ20には150μm
程度の伸びが生じる。The control unit 60 calculates the amount of displacement in the XY direction of each semiconductor chip 21 formed on the wafer 20 based on the XY coordinate information of the alignment mark. The displacement of each semiconductor chip 21 in the XY directions is caused by a displacement of the mounting position of the entire wafer 20 in the XY directions, the elongation of the wafer 20 itself, and the like. Incidentally, a high temperature test (the temperature of the wafer 20 is, for example, 100 ° C.)
At the time of, 150 μm
Some elongation occurs.
【0069】さらに、制御部60は、ウェーハ20のZ
座標情報に対してデータフィッティングや補間などの処
理を行うことにより、各半導体チップ21の傾きθx
c,θycを算出する(図9参照。この図にはθy方向
の傾きθycのみが示されている)。なお、算出された
各半導体チップ21の傾きθxc,θycは、試料台1
2の上面12bに対する傾きを表している。また、この
傾きθxc,θycは、各半導体チップ21の複数のパ
ッド22,22,…によって形成される面の傾きに等し
い。Further, the control unit 60 controls the Z
By performing processes such as data fitting and interpolation on the coordinate information, the inclination θx of each semiconductor chip 21
c and θyc are calculated (see FIG. 9, in which only the inclination θyc in the θy direction is shown). Note that the calculated inclinations θxc and θyc of each semiconductor chip 21 are calculated based on the sample table 1
2 shows the inclination with respect to the upper surface 12b. The inclinations θxc and θyc are equal to the inclination of the surface formed by the plurality of pads 22, 22,... Of each semiconductor chip 21.
【0070】各半導体チップ21の傾きθxc,θyc
は、ウェーハ20の取り付け状態に関係する全体的な傾
きや、ウェーハ20自体とウェーハホルダ11のうね
り,反り,たわみなどに起因するものである。このよう
に算出されたウェーハ20の取り付け状態や表面状態に
関する情報も、制御部60内のメモリに格納される。The inclination θxc, θyc of each semiconductor chip 21
Is caused by the overall inclination related to the mounting state of the wafer 20 and the undulation, warping, bending, etc. of the wafer 20 and the wafer holder 11. Information on the mounting state and surface state of the wafer 20 calculated in this way is also stored in the memory in the control unit 60.
【0071】半導体チップ21に対する実際の試験は、
制御部60内のメモリに格納されたプローブカード30
のXY方向の取り付け位置を基準XY位置とし、またピ
ン先端面32aの水平に対する傾きθxp,θyp(図
8)を基準傾き角として、図10〜図12に示される手
順にしたがって行われる。図10〜図12は、ウェーハ
20上に形成された複数の半導体チップ21,21,…
(図2)のうち1つを試験する際の手順を示すものであ
る。ウェーハ20上の全ての半導体チップ21,21,
…に対して順次試験を行うには、図10〜図12の手順
を繰り返せばよい。ここでは、1つの半導体チップ21
を試験する際の動作について説明する。The actual test for the semiconductor chip 21 is as follows.
Probe card 30 stored in a memory in control unit 60
Is set as a reference XY position, and the inclinations θxp and θyp (FIG. 8) of the pin tip surface 32a with respect to the horizontal are set as reference inclination angles in accordance with the procedure shown in FIGS. 10 to 12 show a plurality of semiconductor chips 21, 21,... Formed on the wafer 20.
FIG. 3 shows a procedure for testing one of the test pieces (FIG. 2). All the semiconductor chips 21 and 21 on the wafer 20
.. May be sequentially performed by repeating the procedures in FIGS. Here, one semiconductor chip 21
The operation when testing is described.
【0072】まず初めに制御部60は、図10に示され
るように、試験対象となる半導体チップ21(以下「試
験チップ21a」と云う)のXY方向の位置合わせを行
う(S11)。このため制御部60は、試験チップ21
aのXY方向の位置ずれ量をメモリから読み出し、この
XY方向の位置ずれ量を加味してXステージ14および
Yステージ15を駆動制御する。First, as shown in FIG. 10, the control unit 60 aligns the semiconductor chip 21 to be tested (hereinafter referred to as "test chip 21a") in the X and Y directions (S11). For this reason, the control unit 60
The position shift amount a in the XY directions is read from the memory, and the X stage 14 and the Y stage 15 are drive-controlled in consideration of the position shift amounts in the XY directions.
【0073】その結果、試験チップ21aは、プローブ
カード30のXY方向の取り付け位置(基準XY位置)
まで移動する。そしてこのとき、図13に示されるよう
に、試験チップ21aの各パッド22は、プローブカー
ド30の各プローブピン32の真下に位置して、その先
端に対向することになる。次いで制御部60は、試験チ
ップ21aの傾きを補正する(図10のS12)。As a result, the test chip 21a is attached to the probe card 30 in the XY direction (reference XY position).
Move up to. At this time, as shown in FIG. 13, each pad 22 of the test chip 21a is located immediately below each probe pin 32 of the probe card 30 and faces the tip thereof. Next, the controller 60 corrects the inclination of the test chip 21a (S12 in FIG. 10).
【0074】このため制御部60は、試験チップ21a
(図13)の上面12bに対する傾きθxc,θycを
メモリから読み出し、この傾きθxc,θycとピン先
端面32aの水平に対する傾きθxp,θyp(基準傾
き角)との差(θxc−θxp,θyc−θyp)、す
なわち、ピン先端面32aに対する試験チップ21aの
傾きずれ量を算出する。For this reason, the control unit 60 controls the test chip 21a
The inclinations θxc and θyc with respect to the upper surface 12b of FIG. 13 are read out from the memory, and the difference (θxc−θxp, θyc−θyp) between the inclinations θxc and θyc and the inclinations θxp and θyp (reference inclination angles) of the pin tip surface 32a with respect to the horizontal is read. ), That is, the inclination shift amount of the test chip 21a with respect to the pin tip surface 32a is calculated.
【0075】この試験チップ21aの傾きずれ量を補正
し、試験チップ21aの水平に対する傾きθxa,θy
a(図13参照)を、ピン先端面32aの水平に対する
傾きθxp,θypに一致させるためには、試料台12
の傾きθxs,θysを上記の差θxc−θxp,θy
c−θypに一致させればよい。したがって制御部60
は、図10のS12に先立ち、上記の差θxc−θx
p,θyc−θypを、試料台12の基準の傾きθxs
o,θysoとしてメモリに格納しておく。The inclination deviation of the test chip 21a is corrected, and the inclinations θxa and θy of the test chip 21a with respect to the horizontal are corrected.
a (see FIG. 13) to match the inclinations θxp and θyp of the pin tip surface 32a with respect to the horizontal, the sample table 12
Of the angles θxs, θys of the above-mentioned difference θxc−θxp, θy
What is necessary is just to make it coincide with c-θyp. Therefore, the control unit 60
Is the difference θxc−θx prior to S12 in FIG.
Let p, θyc−θyp be the reference inclination θxs of the sample stage 12.
o and θyso are stored in the memory.
【0076】そして制御部60は、図10のS12に示
される試験チップ21aの傾き補正処理を実行する。す
なわち、現時点での試料台12の傾きθxs,θysを
Y軸コリメータ28,X軸コリメータ27から取得し
(図12(a)のS31)、取得した傾きθxs,θys
がメモリに格納された基準の傾きθxso,θysoか
らずれている場合には(S32)、そのずれ量に応じて
Zレベリングステージ13(Z駆動部41〜43)を駆
動制御し、試料台12の傾きθxs,θysを基準の傾
きθxso,θysoに一致させる(S33)。Then, the control unit 60 executes the inclination correction processing of the test chip 21a shown in S12 of FIG. That is, the current inclinations θxs and θys of the sample stage 12 are acquired from the Y-axis collimator 28 and the X-axis collimator 27 (S31 in FIG. 12A), and the acquired inclinations θxs and θys.
Is shifted from the reference inclinations θxso and θyso stored in the memory (S32), the drive of the Z leveling stage 13 (Z driving units 41 to 43) is controlled in accordance with the amount of the deviation, The inclinations θxs and θys are made to match the reference inclinations θxso and θyso (S33).
【0077】その結果、図13に示されるように、試験
チップ21aの水平に対する傾きθxa,θyaがピン
先端面32aの水平に対する傾きθxp,θypに一致
し、試験チップ21aとピン先端面32aとが平行にな
る。制御部60は、上記の位置合わせおよび傾き補正が
終了すると、試料台12のZ方向上昇を開始させる(図
10のS13)。As a result, as shown in FIG. 13, the inclinations θxa and θya of the test chip 21a with respect to the horizontal are equal to the inclinations θxp and θyp of the pin tip surface 32a with respect to the horizontal, and the test chip 21a and the pin tip surface 32a are separated. Be parallel. When the above-described positioning and tilt correction are completed, the control unit 60 starts to raise the sample stage 12 in the Z direction (S13 in FIG. 10).
【0078】このとき、Zレベリングステージ13のZ
駆動部41〜43を同期させながら駆動制御することに
より、試料台12の傾きθxs,θysを基準の傾きθ
xso,θysoに保ったまま、試料台12をZ方向に
上昇させることができる。その結果、試験チップ21a
はピン先端面32aとの平行を保ちながら、Z方向に上
昇することになる。At this time, the Z leveling stage 13
By controlling the driving while synchronizing the driving units 41 to 43, the inclinations θxs and θys of the sample table 12 are set to the reference inclination θ.
The sample stage 12 can be raised in the Z direction while keeping xso and θyso. As a result, the test chip 21a
Rises in the Z direction while keeping parallel to the pin tip surface 32a.
【0079】次いで制御部60は、試料台12をZ方向
に上昇させながら、試験チップ21aのパッド22がプ
ローブピン32に接触したか否かを監視する(図10の
S14)。本実施形態において、上記接触したか否かの
監視には、試料台12の下面12aに取り付けられた荷
重センサ55〜57(図7)のうち1つが基準荷重セン
サとして用いられる。Next, the control unit 60 monitors whether the pad 22 of the test chip 21a has contacted the probe pin 32 while raising the sample stage 12 in the Z direction (S14 in FIG. 10). In the present embodiment, one of the load sensors 55 to 57 (FIG. 7) attached to the lower surface 12a of the sample stage 12 is used as a reference load sensor for monitoring whether or not the contact has been made.
【0080】この基準荷重センサを荷重センサ55〜5
7の中から1つ選択するため、制御部60は、図14に
示されるように、ウェーハ20上での試験チップ21a
の位置と荷重センサ55,56,57各々の取り付け位
置との相対位置R1,R2,R3を算出する。そして制
御部60は、最も相対位置が小さい荷重センサを基準荷
重センサに決定する。図14では荷重センサ55の相対
位置R1が最も小さいため、以下、荷重センサ55を基
準荷重センサ55とする。This reference load sensor is used as load sensors 55-5
In order to select one of the test chips 21a from the test chip 21a on the wafer 20, as shown in FIG.
, And the relative positions R1, R2, R3 between the mounting positions of the load sensors 55, 56, 57 are calculated. Then, the control unit 60 determines the load sensor having the smallest relative position as the reference load sensor. In FIG. 14, since the relative position R1 of the load sensor 55 is the smallest, the load sensor 55 is hereinafter referred to as the reference load sensor 55.
【0081】このように決定された基準荷重センサ55
の検出値は、試験チップ21aのパッド22(図13)
がプローブピン32に接触すると、この接触によって加
わる荷重Wに応じて変化する。したがって制御部60
は、図10のS14において、試料台12をZ方向に上
昇させながら、基準荷重センサ55の検出値が変化した
か否かを監視し、基準荷重センサ55の検出値が変化し
たときに、パッド22がプローブピン32に接触したと
判断する。The reference load sensor 55 thus determined
Is detected by the pad 22 (FIG. 13) of the test chip 21a.
Is changed according to the load W applied by this contact. Therefore, the control unit 60
Monitors whether the detected value of the reference load sensor 55 has changed while raising the sample stage 12 in the Z direction in S14 of FIG. It is determined that 22 has come into contact with the probe pin 32.
【0082】このとき、図15に示されるように、試験
チップ21aの全てのパッド22が等しくプローブピン
32の先端に接触する。そして、パッド22とプローブ
ピン32の先端との接触を確実なものとするため、制御
部60は、試料台12をさらに所定量(10μm程
度)、Z方向に押し上げる。At this time, as shown in FIG. 15, all the pads 22 of the test chip 21a contact the tips of the probe pins 32 equally. Then, in order to ensure the contact between the pad 22 and the tip of the probe pin 32, the controller 60 further pushes up the sample table 12 by a predetermined amount (about 10 μm) in the Z direction.
【0083】このプローブピン32とパッド22とが接
触したのちの押し上げ量(上記の所定量)は、プローブ
ピン32の先端とパッド22との接触圧が最適な値とな
るように、厳密に管理する必要がある。このため制御部
60は、プローブピン32の先端とパッド22とが接触
した直後、押し上げ量の計測を開始する(図10のS1
5)。The push-up amount (the above-mentioned predetermined amount) after the contact between the probe pin 32 and the pad 22 is strictly controlled so that the contact pressure between the tip of the probe pin 32 and the pad 22 becomes an optimum value. There is a need to. Therefore, immediately after the tip of the probe pin 32 and the pad 22 come into contact with each other, the control unit 60 starts measuring the push-up amount (S1 in FIG. 10).
5).
【0084】押し上げ量の計測は、上記の基準荷重セン
サ55(図14参照)が設けられている部位41aをZ
方向に支持するZ駆動部41(以下「基準Z駆動部4
1」と云う)のエンコーダ(不図示)を用いて行われ
る。The measurement of the push-up amount is performed by moving the portion 41a provided with the reference load sensor 55 (see FIG. 14) to Z
Z drive unit 41 (hereinafter referred to as “reference Z drive unit 4”)
1 ") (not shown).
【0085】また、試料台12を押し上げているときに
は、押し上げ量に比例して急激に負荷が増大する。この
ため、試料台12(図15)の傾きθxs,θysが基
準の傾きθxso,θysoから変化し、ピン先端面3
2aと試験チップ21aの平行が保たれなくなってしま
う恐れがある。したがって制御部60は、押し上げ量
(基準Z駆動部41によって計測される)が所定値(1
0μm程度)になる(図10のS17の判断がyesに
なる)までの間、試験チップ21aの傾き補正を行う
(図10のS16)。When the sample stage 12 is being pushed up, the load suddenly increases in proportion to the pushing amount. Therefore, the inclinations θxs and θys of the sample table 12 (FIG. 15) change from the reference inclinations θxso and θyso, and the pin tip surface 3
There is a risk that the parallelism between the test chip 2a and the test chip 21a may not be maintained. Therefore, the control unit 60 determines that the pushing amount (measured by the reference Z driving unit 41) is a predetermined value (1
The inclination of the test chip 21a is corrected until it becomes about 0 μm (the determination in S17 in FIG. 10 becomes yes) (S16 in FIG. 10).
【0086】このS16は、上記したS12と同様であ
る。すなわち、試料台12の傾きθxs,θysをY軸
コリメータ28,X軸コリメータ27から取得し、この
傾きθxs,θysが基準の傾きθxso,θysoか
らずれている場合には、そのずれ量に応じてZレベリン
グステージ13を駆動制御し、試料台12の傾きθx
s,θysを基準の傾きθxso,θysoに一致させ
る。Step S16 is the same as step S12 described above. That is, the inclinations θxs and θys of the sample stage 12 are obtained from the Y-axis collimator 28 and the X-axis collimator 27, and if the inclinations θxs and θys deviate from the reference inclinations θxso and θyso, the inclinations are determined according to the deviation amounts. The drive of the Z leveling stage 13 is controlled and the inclination θx of the sample stage 12 is controlled.
s and θys are made to match the reference inclinations θxso and θyso.
【0087】なお、このS16の場合には、押し上げ量
の計測に基準Z駆動部41を使用しているため、それ以
外のZ駆動部42,43を駆動制御して、試験チップ2
1aの傾き補正を行うことが好ましい。このように、試
験チップ21aの傾き補正を行いながら、試料台12を
Z方向に押し上げるので、押し上げ量に比例して急激に
負荷が増大しても、試料台12の傾きθxs,θysを
基準の傾きθxso,θysoに保つことができる。そ
の結果、試験チップ21aは、ピン先端面32aとの平
行を常に維持しながらZ方向に押し上げられることにな
る。In the case of S16, since the reference Z drive unit 41 is used for measuring the pushing amount, the drive control of the other Z drive units 42 and 43 is performed, and the test chip 2 is controlled.
It is preferable to perform the inclination correction of 1a. As described above, since the sample stage 12 is pushed up in the Z direction while correcting the inclination of the test chip 21a, even if the load suddenly increases in proportion to the pushing amount, the inclination θxs, θys of the sample stage 12 is used as a reference. The inclination can be maintained at θxso and θyso. As a result, the test chip 21a is pushed up in the Z direction while always keeping parallel to the pin tip surface 32a.
【0088】したがって、試験チップ21aの全てのパ
ッド22が等しくプローブピン32の先端に押し付けら
れていく。そして、基準Z駆動部41によって計測され
る押し上げ量が所定値(10μm程度)になると(図1
0のS17の判定がyes)、制御部60は、試料台1
2のZ方向の押し上げを停止する(S18)。Therefore, all the pads 22 of the test chip 21a are equally pressed against the tips of the probe pins 32. Then, when the push-up amount measured by the reference Z drive unit 41 reaches a predetermined value (about 10 μm) (FIG. 1).
0, the determination in S17 is yes), the control unit 60
The push-up in the Z direction of Step 2 is stopped (S18).
【0089】このときにも、ピン先端面32aと試験チ
ップ21aとの平行は保たれているため、試験チップ2
1aの全てのパッド22がプローブピン32の先端に等
しく最適な接触圧で押し付けられた状態となる。この状
態において、プローブピン32とパッド22とが、それ
ぞれ最適な接触圧で押されているので、試験チップ21
a内の回路は、パッド22およびプローブピン32を介
して、テスタ34(図1)と確実に電気的に接続され
る。At this time, since the pin tip surface 32a is kept parallel to the test chip 21a, the test chip 2
In this state, all the pads 22a are pressed against the tips of the probe pins 32 equally and with the optimum contact pressure. In this state, since the probe pins 32 and the pads 22 are pressed with optimal contact pressures, respectively,
The circuit in a is reliably electrically connected to the tester 34 (FIG. 1) via the pad 22 and the probe pin 32.
【0090】そこで制御部60は、テスタ34に制御信
号を出力し、試験チップ21aに対する試験を開始させ
る(図11のS19)。テスタ34は、予め記憶してい
る試験プログラムにしたがって、試験チップ21a内の
回路に所定の電気信号を与え、試験チップ21aからの
応答を調べることで、電気的特性や回路機能などの試験
を実行する。The control unit 60 outputs a control signal to the tester 34 to start the test on the test chip 21a (S19 in FIG. 11). The tester 34 executes a test such as an electrical characteristic or a circuit function by applying a predetermined electric signal to a circuit in the test chip 21a and examining a response from the test chip 21a according to a test program stored in advance. I do.
【0091】テスタ34による試験の所要時間は、試験
の種類によって異なるが、数秒〜30分程度である。こ
こで、テスタ34による試験を最後まで確実にやり遂げ
るには、試験チップ21aの全てのパッド22とプロー
ブピン32とを等しく最適な接触圧で接触させた状態を
終始維持しなければならない。The time required for the test by the tester 34 varies depending on the type of test, but is about several seconds to 30 minutes. Here, in order to complete the test by the tester 34 to the end, it is necessary to maintain a state in which all the pads 22 of the test chip 21a are in contact with the probe pins 32 at the same optimal contact pressure.
【0092】試験の途中でプローブピン32とパッド2
2との接触具合が悪化して最適な接触圧を維持できない
と、プローブピン32とパッド22とが離れ始めて、接
触抵抗が増加するなどの問題が発生し、良好な試験を継
続できなくなってしまう。しかし、プローブピン32と
パッド22とは上記した10μm程度の押し上げにより
強く押し付けられているため、試験中に、試料台12や
ウェーハ20が試験チップ21aの箇所で撓ってしまう
ことがある。また、プローブピン32は全長が短く(1
00μm)、たわみに対する許容量が小さい。このた
め、最適な接触圧を維持できない可能性がある。During the test, the probe pin 32 and the pad 2
If the contact state with the probe 2 is deteriorated and the optimal contact pressure cannot be maintained, the probe pin 32 and the pad 22 start to separate, causing a problem such as an increase in contact resistance, and making it impossible to continue a good test. . However, since the probe pins 32 and the pads 22 are strongly pressed by the above-described push-up of about 10 μm, the sample table 12 and the wafer 20 may be bent at the test chip 21a during the test. The probe pin 32 has a short overall length (1
00 μm), and the tolerance for deflection is small. For this reason, the optimal contact pressure may not be maintained.
【0093】したがって制御部60は、試験が終了する
(図11のS22の判断がyesとなる)までの間、パ
ッド22とプローブピン32との接触圧を最適な値に保
つための補正を行う(図11のS20)。パッド22と
プローブピン32との接触圧の変化は、基準荷重センサ
55の検出値の変化となって現れるので、制御部60
は、試験を開始した直後における基準荷重センサ55の
検出値を、基準値Woとしてメモリに格納しておく。Therefore, the control unit 60 performs correction for maintaining the contact pressure between the pad 22 and the probe pin 32 at an optimum value until the test is completed (the determination in S22 in FIG. 11 becomes yes). (S20 in FIG. 11). Since the change in the contact pressure between the pad 22 and the probe pin 32 appears as a change in the detection value of the reference load sensor 55, the control unit 60
Stores the value detected by the reference load sensor 55 immediately after the start of the test in the memory as the reference value Wo.
【0094】そして制御部60は、図12(b)に示され
るように、パッド22とプローブピン32との接触によ
って加わる荷重Wを基準荷重センサ55から取得し(S
34)、この検出値Wがメモリに格納された基準値Wo
から変化した場合には(S35)、その変化量に応じて
基準Z駆動部41を駆動制御し、基準荷重センサ55の
検出値Wを元の基準値Woに戻す(S36)。Then, as shown in FIG. 12B, the control unit 60 acquires the load W applied by the contact between the pad 22 and the probe pin 32 from the reference load sensor 55 (S
34), this detected value W is stored in the memory as a reference value Wo
Is changed (S35), the drive of the reference Z drive unit 41 is controlled in accordance with the change amount, and the detection value W of the reference load sensor 55 is returned to the original reference value Wo (S36).
【0095】これにより、試験中に試料台12やウェー
ハ20が試験チップ21aの箇所で撓ることがあって
も、短いプローブピン32とパッド22との接触圧を最
適な値に維持しながら試験を続けることができる。さら
に、試験中には、試料台12の傾きθxs,θysが基
準の傾きθxso,θysoから変化し、ピン先端面3
2aと試験チップ21aの平行が崩れる可能性もある。Thus, even if the sample table 12 or the wafer 20 is bent at the test chip 21a during the test, the test can be performed while maintaining the contact pressure between the short probe pin 32 and the pad 22 at the optimum value. Can be continued. Further, during the test, the inclinations θxs and θys of the sample stage 12 change from the reference inclinations θxso and θyso, and the pin tip surface 3
The parallelism between 2a and the test chip 21a may be lost.
【0096】したがって、試験終了(図11のS22が
yesとなる)までの間、制御部60は、試験チップ2
1aの傾き補正を行う(図11のS21)。このS21
は、上記した図10のS12やS16と同様である。す
なわち、試料台12の傾きθxs,θysをY軸コリメ
ータ28,X軸コリメータ27から取得し、この傾きθ
xs,θysが基準の傾きθxso,θysoからずれ
ている場合には、そのずれ量に基づいてZレベリングス
テージ13を駆動制御し、試料台12の傾きθxs,θ
ysを基準の傾きθxso,θysoに一致させる。Therefore, until the test is completed (Yes in S22 of FIG. 11), the control unit 60 controls the test chip 2
The inclination correction of 1a is performed (S21 in FIG. 11). This S21
Are the same as S12 and S16 in FIG. 10 described above. That is, the inclinations θxs and θys of the sample table 12 are acquired from the Y-axis collimator 28 and the X-axis collimator 27, and the inclination θ
When xs and θys deviate from the reference inclinations θxso and θyso, the drive of the Z leveling stage 13 is controlled based on the deviations, and the inclinations θxs and θ of the sample stage 12 are adjusted.
ys is made to match the reference inclinations θxso and θyso.
【0097】なお、このS21の場合には、プローブピ
ン32とパッド22との接触圧の補正(S20)に基準
Z駆動部41を使用しているため、それ以外のZ駆動部
42,43を駆動制御して、試験チップ21aの傾き補
正を行うことが好ましい。このように、試験チップ21
aに対する試験中(S19〜S22)、パッド22とプ
ローブピン32との接触圧を補正する(S20)と共
に、試験チップ21aの傾きを補正する(S21)の
で、短いプローブピン32(全長100μm程度)を用
いた場合でも、試験チップ21aの全てのパッド22と
の接触圧を等しく最適な値に維持することができる。In the case of S21, since the reference Z drive unit 41 is used for correcting the contact pressure between the probe pin 32 and the pad 22 (S20), other Z drive units 42 and 43 are used. It is preferable to perform drive control to correct the inclination of the test chip 21a. Thus, the test chip 21
During the test for S (S19 to S22), the contact pressure between the pad 22 and the probe pin 32 is corrected (S20) and the inclination of the test chip 21a is corrected (S21), so that the short probe pin 32 (approximately 100 μm in total length) is used. Is used, the contact pressure between all the pads 22 of the test chip 21a and the pads 22 can be equally maintained at the optimum value.
【0098】したがって、試験チップ21aの全てのパ
ッド22とプローブピン32とを安定した接触状態に保
ちながら、テスタ34による試験チップ21aの試験
を、高周波領域においても精度良く行うことができる。
そして、テスタ34から試験終了を知らせる信号が入力
されると(図11のS22)、制御部60は試料台12
をZ方向に下降させる(図11のS23)。Accordingly, the test of the test chip 21a by the tester 34 can be performed with high accuracy even in a high frequency region while keeping all the pads 22 of the test chip 21a and the probe pins 32 in a stable contact state.
Then, when a signal notifying the end of the test is input from the tester 34 (S22 in FIG. 11), the control unit 60 sets the sample stage 12
Is lowered in the Z direction (S23 in FIG. 11).
【0099】以上説明したように、本実施形態のプロー
ブ装置10によれば、試料台12の側面に取り付けたX
軸移動鏡17,Y軸移動鏡18と、これらに対向して設
けたX軸コリメータ27,Y軸コリメータ28とによ
り、常に試料台12の傾きθys,θxsを検出し、基
準の傾きθxso,θysoからずれないように補正す
ることができる。したがって、試験チップ21aの水平
に対する傾きθxa,θyaを一定に保つことができ
る。As described above, according to the probe device 10 of the present embodiment, the X
The tilts θys and θxs of the sample stage 12 are always detected by the axis moving mirror 17, the Y axis moving mirror 18, and the X axis collimator 27 and the Y axis collimator 28 provided opposite thereto, and the reference angles θxso and θyso are obtained. It can be corrected so as not to be deviated. Therefore, the inclinations θxa and θya of the test chip 21a with respect to the horizontal can be kept constant.
【0100】さらに、試料台12の基準の傾きθxs
o,θysoを、試験チップ21aの上面12bに対す
る傾きθxc,θycと、ピン先端面32aの水平に対
する傾きθxp,θypとの差(θxc−θxp,θy
c−θyp)に基づいて定めているので、ウェーハ20
の取り付け時に全体的な傾きが発生したり、ウェーハ2
0自体やウェーハホルダ11のうねり,反り,たわみな
どが生じたりしている場合でも、試験チップ21aとピ
ン先端面32aとを平行に保つことができる。Further, the reference inclination θxs of the sample stage 12
o and θyso are the differences (θxc−θxp, θy) between the inclinations θxc and θyp of the test chip 21a with respect to the upper surface 12b and the inclinations θxp and θyp of the pin tip surface 32a with respect to the horizontal.
c-θyp), the wafer 20
When the wafer is mounted, the overall tilt may occur or the wafer 2
The test chip 21a and the pin tip surface 32a can be kept parallel even when the wafer 0 itself or the wafer holder 11 has undulation, warpage, bending, or the like.
【0101】また、プローブピン32とパッド22との
接触時に発生する試料台12の傾きθys,θxsの変
化量は、プローブピン32の本数や配置(パッド22の
個数や配置)、試験チップ21aの位置(Xテーブル1
4やYテーブル15の位置)、接触後の押し上げ量、ま
たはウェーハ20の温度などによって異なるが、本実施
形態のプローブ装置10では、そのときの試料台12の
傾きを直接検出し、リアルタイムで傾き補正値を取得す
るので、半導体チップ21の種類や試験条件に関わら
ず、ウェーハ20上の全ての半導体チップに対して正確
かつ確実に試験を行うことができる。The amount of change in the inclination θys and θxs of the sample table 12 generated when the probe pins 32 and the pads 22 come into contact with each other depends on the number and arrangement of the probe pins 32 (the number and arrangement of the pads 22) and the test chip 21a. Position (X table 1
4 or the position of the Y table 15), the amount of push-up after the contact, the temperature of the wafer 20, and the like. However, the probe device 10 of the present embodiment directly detects the tilt of the sample table 12 at that time, and detects the tilt in real time. Since the correction value is obtained, all the semiconductor chips on the wafer 20 can be accurately and reliably tested regardless of the type of the semiconductor chip 21 and the test conditions.
【0102】さらに、プローブ装置10では、試験チッ
プ21aとピン先端面32aとの平行を維持しながら試
料台12をZ方向に上昇させるので、パッド22とプロ
ーブピン32の先端とを接触させたのちの押し上げ時、
プローブピン32の先端がパッド22の表面上で位置ず
れを起こしたり、プローブピン32とパッド22との接
触圧が部分的に強くなったりすることがない。したがっ
て、パッド22の表面がプローブピン32の先端によっ
て損傷することを防止できる。Further, in the probe device 10, since the sample table 12 is raised in the Z direction while maintaining the parallel between the test chip 21a and the pin tip surface 32a, the pad 22 is brought into contact with the tip of the probe pin 32. When pushing up,
There is no displacement of the tip of the probe pin 32 on the surface of the pad 22 or partial increase in the contact pressure between the probe pin 32 and the pad 22. Therefore, it is possible to prevent the surface of the pad 22 from being damaged by the tip of the probe pin 32.
【0103】また、プローブピン32の先端がパッド2
2からはみ出すことはないため、LSIの微細化に伴
い、パッド22サイズが小さくなったり、パッド22相
互の間隔が狭くなっても、プローブピン32の先端どう
しが接触して短絡する可能性はない。さらに、プローブ
装置10では、実際の試験に先立って予め求めておいた
試験チップ21aのXY方向の位置ずれ量を加味して、
Xステージ14およびYステージ15を駆動制御するの
で、ウェーハ20全体のXY方向の取り付け位置のずれ
や、ウェーハ20自体の伸びなどが生じている場合で
も、試験チップ21aの各パッド22とプローブカード
30の各プローブピン32の先端とを確実に対向させて
位置合わせすることができる。The tip of the probe pin 32 is
Since the size of the pads 22 does not protrude, there is no possibility that the tips of the probe pins 32 are short-circuited due to contact between the pads 22 even if the size of the pads 22 is reduced or the distance between the pads 22 is reduced with the miniaturization of the LSI. . Further, in the probe device 10, taking into account the amount of displacement in the XY directions of the test chip 21a obtained in advance before the actual test,
Since the X stage 14 and the Y stage 15 are drive-controlled, even if the entire mounting position of the wafer 20 is shifted in the X and Y directions or the wafer 20 itself is extended, each pad 22 of the test chip 21a and the probe card 30 And the tip of each probe pin 32 can be reliably opposed to each other for positioning.
【0104】このため、将来プローブピンの取り付け密
度が高くなると共に、パッドの大きさが小さくなって
も、パッドとプローブピンとの位置関係を一定に保ち、
パッドとプローブピンとを確実に接触させることができ
る。For this reason, even if the mounting density of the probe pins becomes higher in the future and the size of the pad becomes smaller, the positional relationship between the pad and the probe pin is kept constant.
The pad and the probe pin can be reliably contacted.
【0105】また、プローブ装置10では、3つのZ駆
動部41〜43のうち、試験チップ21aに最も近い箇
所に設けられたZ駆動部を基準Z駆動部として選択する
ので、ウェーハ20上の何れの半導体チップ21が試験
チップ21aとなっても、接触後の押し上げ量を厳密に
計測できると共に、プローブピンとパッドとの接触圧を
効率よく補正することができる。In the probe device 10, the Z drive unit provided at the position closest to the test chip 21a among the three Z drive units 41 to 43 is selected as the reference Z drive unit. Even if the semiconductor chip 21 becomes the test chip 21a, the push-up amount after the contact can be strictly measured, and the contact pressure between the probe pin and the pad can be corrected efficiently.
【0106】さらに、プローブ装置10では、3つの荷
重センサ55〜57のうち、試験チップ21aに最も近
い箇所に設けられた荷重センサを基準荷重センサとして
選択するので、ウェーハ20上の何れの半導体チップ2
1が試験チップ21aとなっても、プローブピンとパッ
ドとが接触したときのZ位置、および試験中における接
触圧の変化を正確に検出することができる。Further, in the probe device 10, since the load sensor provided at the position closest to the test chip 21a is selected as the reference load sensor among the three load sensors 55 to 57, any semiconductor chip on the wafer 20 can be selected. 2
Even if 1 is the test chip 21a, it is possible to accurately detect the Z position when the probe pin comes into contact with the pad and the change in the contact pressure during the test.
【0107】また、プローブ装置10では、試料台12
をZ方向に上昇させながら、プローブピン32とパッド
22とが接触するZ位置を監視するので、ウェーハ20
のうねりなどによって半導体チップ21の高さ(Z座
標)がまちまちでも、接触してからの押し上げ量をμm
オーダーで厳密に管理することができる。したがって、
ウェーハ20上の何れの半導体チップ21に対しても、
プローブピン32とパッド22との接触圧を最適な値に
統一させることができる。In the probe device 10, the sample table 12
Is monitored in the Z direction while the Z position where the probe pins 32 and the pads 22 are in contact with each other is monitored.
Even if the height (Z coordinate) of the semiconductor chip 21 varies due to undulation or the like, the amount of push-up after the contact is μm
It can be strictly controlled by order. Therefore,
For any semiconductor chip 21 on the wafer 20,
The contact pressure between the probe pin 32 and the pad 22 can be unified to an optimum value.
【0108】その結果、ウェーハ20上の全ての半導体
チップ21,21,…に対して、電気的特性や回路機能
の試験を高精度に行うことができる。さらに、プローブ
装置10では、試料台の傾き補正や、パッドとプローブ
ピンとの接触圧補正などを常時行うので、Xステージ1
4やYステージ15として直進性が高精度なものを用い
る必要がなく、ステージ製作コストを低減できる。As a result, electrical characteristics and circuit function tests can be performed on all the semiconductor chips 21, 21,... On the wafer 20 with high accuracy. Further, in the probe device 10, since the inclination correction of the sample stage and the correction of the contact pressure between the pad and the probe pin are always performed, the X stage 1
There is no need to use a high precision linearity as the 4 or Y stage 15, and the stage manufacturing cost can be reduced.
【0109】なお、上述した実施形態では、半導体チッ
プ21の高周波領域での試験を行えるように、全長10
0μm程度の短いプローブピン32を用いて試験する場
合(短ピン化)を例に挙げて説明したが、本発明は、全
長2mm〜3mm程度の長いプローブピンを用いる場合
に適用しても効果的である。In the above-described embodiment, the total length of the semiconductor chip 21 is set so that a test in the high frequency region can be performed.
The case where the test is performed using the short probe pin 32 of about 0 μm (short pin) has been described as an example, but the present invention is effective even when applied to the case of using a long probe pin having a total length of about 2 mm to 3 mm. It is.
【0110】すなわち、長いプローブピン(全長2mm
〜3mm程度)を用いた場合でも、その取り付け本数を
多くしたり(多ピン化)、取り付け密度を高くしたり
(高密度化)すると、プローブピンとパッドとの接触に
よって発生する試料台の傾きが増大し、プローブピンの
たわみによって吸収できなくなるため、上述した試料台
の傾き補正や、パッドとプローブピンとの接触圧補正な
どを行うことで、プローブピンとパッドとの接触状態を
良好に維持しながら精度良く試験を行うことができる。That is, a long probe pin (total length 2 mm)
When the number of attachments is increased (increase in number of pins) or the attachment density is increased (increase in density), the inclination of the sample stage caused by the contact between the probe pins and the pads is increased. The probe pin will not be absorbed due to the deflection of the probe pin, so the tilt correction of the sample stage and the correction of the contact pressure between the pad and the probe pin will be performed to maintain the contact state between the probe pin and the pad while maintaining the accuracy. Test can be performed well.
【0111】また、上述した実施形態では、試料台12
の傾きθys,θxsをX軸移動鏡17,Y軸移動鏡1
8,X軸コリメータ27,Y軸コリメータ28により検
出する例を説明したが、X軸コリメータ27,Y軸コリ
メータ28に代えて、それぞれの移動鏡の傾きであるピ
ッチングを計測できるX軸干渉計,Y軸干渉計を設けた
場合でも、同様に試料台12の傾きθys,θxsを検
出することができる。In the above embodiment, the sample table 12
The X-axis moving mirror 17 and the Y-axis moving mirror 1
8, an example has been described in which detection is performed by the X-axis collimator 27 and the Y-axis collimator 28. Instead of the X-axis collimator 27 and the Y-axis collimator 28, an X-axis interferometer capable of measuring pitching, which is the tilt of each movable mirror, Even when the Y-axis interferometer is provided, the inclinations θys and θxs of the sample table 12 can be detected in the same manner.
【0112】また、X軸移動鏡17,Y軸移動鏡18,
X軸コリメータ27,Y軸コリメータ28に代えて、複
数の非接触の近接センサを試料台12の上方に配置し、
各近接センサにて試料台12の上面12bとの距離を計
測することにより、試料台12の傾きθys,θxsを
検出してもよい。さらに、上述した実施形態では、各半
導体チップ21の傾きθxc,θycを算出するに当た
り、顕微鏡25を用いてウェーハ20上のアライメント
マークを観察し、アライメントマーク位置でのウェーハ
20のZ座標を検出する例を説明したが、ウェーハ20
をウェーハホルダ11上に保持させる前に測定したウェ
ーハホルダ11のうねりに基づいて各半導体チップ21
の傾きθxc,θycを算出してもよい。The X-axis movable mirror 17, the Y-axis movable mirror 18,
Instead of the X-axis collimator 27 and the Y-axis collimator 28, a plurality of non-contact proximity sensors are arranged above the sample table 12,
The inclination θys and θxs of the sample table 12 may be detected by measuring the distance between the proximity sensor and the upper surface 12b of the sample table 12. Further, in the above-described embodiment, when calculating the inclinations θxc and θyc of the respective semiconductor chips 21, the alignment mark on the wafer 20 is observed using the microscope 25, and the Z coordinate of the wafer 20 at the alignment mark position is detected. An example was described, but the wafer 20
Each semiconductor chip 21 based on the undulation of the wafer holder 11 measured before the wafer is held on the wafer holder 11.
May be calculated.
【0113】また、上述した実施形態では、試料台12
の下面12aに取り付けた荷重センサ55〜57によっ
てプローブピンとパッドとの接触位置を検出する例を説
明したが、この接触位置は、Z駆動部41〜43のサー
ボモータ48の負荷状態をモニタリングすることにより
検出することもできる。さらに、上述した実施形態で
は、試験チップ21aに応じてZ駆動部41〜43のう
ち1つを選択すると共に、荷重センサ55〜57のうち
1つを選択して制御に用いる例を説明したが、試験チッ
プ21aによらず基準Z駆動部や基準荷重センサを固定
にしてもよい。Further, in the above-described embodiment, the sample table 12
Although the example in which the contact position between the probe pin and the pad is detected by the load sensors 55 to 57 attached to the lower surface 12a of the Z drive unit 41 to 43 is described, the load state of the servomotor 48 of the Z drive units 41 to 43 is monitored. Can also be detected. Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which one of the Z driving units 41 to 43 is selected according to the test chip 21a and one of the load sensors 55 to 57 is selected and used for control. Alternatively, the reference Z drive unit and the reference load sensor may be fixed regardless of the test chip 21a.
【0114】また、上述した実施形態では、半導体チッ
プごとに1つずつ試験を行う例を説明したが、本発明
は、複数の半導体チップを同時に試験する場合に適用で
きる。この場合、プローブカードとして、複数の半導体
チップに形成されたパッドに対応する配置でプローブピ
ンが形成されたマルチプローブをカードホルダに取り付
けて行うことになる。Further, in the above-described embodiment, an example in which a test is performed for each semiconductor chip has been described. However, the present invention can be applied to a case where a plurality of semiconductor chips are simultaneously tested. In this case, as a probe card, a multi-probe having probe pins formed in an arrangement corresponding to pads formed on a plurality of semiconductor chips is attached to a card holder.
【0115】[0115]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜請求項
9に記載の発明によれば、プローブピンの多ピン化や高
密度化または短ピン化を図った場合でも、ウェーハ上の
半導体チップに形成されたパッドとプローブピンとの接
触状態を均一に保つことができるため、半導体チップの
電気的特性や回路機能などの試験をウェーハ状態で確実
に行うことができる。その結果、半導体チップに対する
試験の信頼性が向上する。また、試験効率の向上や生産
性の向上、さらには半導体チップの微細化にも寄与でき
る。As described above, according to the first to ninth aspects of the present invention, even if the number of probe pins is increased, the density of the probe pins is increased, or the number of pins is reduced, the semiconductor on the wafer is reduced. Since the contact state between the pads formed on the chip and the probe pins can be kept uniform, it is possible to reliably test the electrical characteristics and circuit functions of the semiconductor chip in a wafer state. As a result, the reliability of the test on the semiconductor chip is improved. In addition, it can contribute to improvement of test efficiency and productivity, and further, miniaturization of a semiconductor chip.
【図1】本実施形態のプローブ装置10の構成を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a probe device 10 of the present embodiment.
【図2】ウェーハ20および半導体チップ21を説明す
る図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a wafer 20 and a semiconductor chip 21.
【図3】プローブカード30を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a probe card 30.
【図4】Zレベリングステージ13を説明する図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a Z-leveling stage 13;
【図5】Z駆動部41を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a Z drive unit 41.
【図6】X軸コリメータ27を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an X-axis collimator 27.
【図7】荷重センサ55〜57を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating load sensors 55 to 57.
【図8】ピン先端面32aの傾きを示す図である。FIG. 8 is a view showing an inclination of a pin tip surface 32a.
【図9】半導体チップ21の傾きを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an inclination of a semiconductor chip 21;
【図10】プローブ装置10を用いた試験動作を説明す
るフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating a test operation using the probe device 10.
【図11】プローブ装置10を用いた試験動作を説明す
るフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating a test operation using the probe device 10.
【図12】プローブ装置10を用いた試験動作を説明す
るフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating a test operation using the probe device 10.
【図13】試験チップ21aのパッド22とプローブピ
ン32との位置関係および傾きを補正したあとの状態を
示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a state after correcting the positional relationship between the pad 22 of the test chip 21a and the probe pin 32 and the inclination.
【図14】試験チップ21aと荷重センサ55〜57と
の位置関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a positional relationship between a test chip 21a and load sensors 55 to 57.
【図15】試験チップ21aのパッド22とプローブピ
ン32とが接触した状態を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a state in which a pad 22 of a test chip 21a and a probe pin 32 are in contact with each other.
【図16】従来のプローブ装置70の構成を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a conventional probe device 70.
【図17】プローブピン82とパッド83とが接触した
後の押し上げを説明する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating push-up after contact between a probe pin 82 and a pad 83;
【図18】プローブピン82とパッド83との接触によ
り試料台74が傾いた状態を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a state where a sample table 74 is tilted due to contact between a probe pin 82 and a pad 83.
【図19】ウェーハ72の表面のうねり状態を示す図で
ある。FIG. 19 is a diagram showing a undulating state of the surface of a wafer 72.
【図20】半導体チップ71ごとに高さが異なる状態を
説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which the height differs for each semiconductor chip 71.
【図21】短いプローブピン86を用いた場合の問題点
を説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a problem when a short probe pin 86 is used.
【図22】短いプローブピン86を用いた場合の問題点
を説明する図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a problem when a short probe pin 86 is used.
10,70 プローブ装置 11,73 ウェーハホルダ 12,74 試料台 13 Zレベリングステージ 14 Xステージ 15 Yステージ 16 ステージベース 17 X軸移動鏡 18 Y軸移動鏡 19 基準マーク 20,72 ウェーハ 21,71 半導体チップ 22,83 パッド 25,35 顕微鏡 27 X軸コリメータ 28 Y軸コリメータ 30,76 プローブカード 31 カードホルダ 32,82,86 プローブピン 33,81 カード基板 34,77 テスタ 41〜43 Z駆動部 46 下部傾斜部材 47 上部傾斜部材 48 サーボモータ 49 ローラ 51 レンズ 52 光源 53 ハーフミラー 54 ディテクタ 55〜57 荷重センサ 58 保持枠 59 歪みゲージ 60 制御部 10, 70 Probe device 11, 73 Wafer holder 12, 74 Sample table 13 Z leveling stage 14 X stage 15 Y stage 16 Stage base 17 X axis moving mirror 18 Y axis moving mirror 19 Reference mark 20, 72 Wafer 21, 71 Semiconductor chip 22, 83 Pad 25, 35 Microscope 27 X-axis collimator 28 Y-axis collimator 30, 76 Probe card 31 Card holder 32, 82, 86 Probe pin 33, 81 Card board 34, 77 Tester 41-43 Z drive section 46 Lower inclined member 47 Upper inclined member 48 Servo motor 49 Roller 51 Lens 52 Light source 53 Half mirror 54 Detector 55-57 Load sensor 58 Holding frame 59 Strain gauge 60 Control unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G011 AA02 AA17 AC06 AC14 AE03 2G032 AA00 AE04 AF02 AL03 4M106 AA01 AA02 BA01 BA14 DD05 DD06 DD12 DD13 DJ01 DJ03 DJ04 DJ05 DJ07 9A001 GG01 HZ34 JZ45 KK37 KZ54 LL05 LZ05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 2G011 AA02 AA17 AC06 AC14 AE03 2G032 AA00 AE04 AF02 AL03 4M106 AA01 AA02 BA01 BA14 DD05 DD06 DD12 DD13 DJ01 DJ03 DJ04 DJ05 DJ07 9A001 GG01 HZ34 JZ45 KK37 KZ54 LL05 LZZ
Claims (9)
複数のパッドに対し、複数のプローブピンを接触させ
て、前記半導体チップの電気的特性を試験するプローブ
装置であって、 前記ウェーハが載置される載置手段と、 前記載置手段を傾斜可能に支持する支持手段と、 前記載置手段の傾きを検出する傾き検出手段と、 前記傾き検出手段による検出結果に基づいて前記支持手
段を駆動し、前記載置手段の傾きを所定の傾きに保つ制
御を行う傾き制御手段とを備えたことを特徴とするプロ
ーブ装置。1. A probe device for testing electrical characteristics of a semiconductor chip by bringing a plurality of probe pins into contact with a plurality of pads formed on a semiconductor chip on a wafer, wherein the wafer is placed thereon. Mounting means, supporting means for tiltably supporting the mounting means, tilt detecting means for detecting the tilt of the mounting means, and driving the supporting means based on a detection result by the tilt detecting means And a tilt control means for controlling the tilt of the placing means to a predetermined tilt.
て、 前記傾き制御手段は、前記載置手段に載置されたウェー
ハの前記複数のパッドによって形成される面の傾きを、
前記複数のプローブピンの先端によって形成される面の
傾きに一致させる制御を行うことを特徴とするプローブ
装置。2. The probe device according to claim 1, wherein the tilt control unit determines a tilt of a surface formed by the plurality of pads of the wafer mounted on the mounting unit.
A probe device for performing control to match the inclination of a surface formed by the tips of the plurality of probe pins.
ブ装置において、 前記傾き検出手段は、前記載置手段に設けられた反射鏡
面と、前記反射鏡面の倒れ角を測定するコリメータとを
有することを特徴とするプローブ装置。3. The probe device according to claim 1, wherein the inclination detecting means has a reflecting mirror surface provided on the placing means, and a collimator for measuring a tilt angle of the reflecting mirror surface. A probe device characterized by the above-mentioned.
ブ装置において、 前記傾き検出手段は、前記載置手段に設けられた反射鏡
面と、前記反射鏡面の倒れ角を測定する干渉計とを有す
ることを特徴とするプローブ装置。4. The probe device according to claim 1, wherein the inclination detecting means includes: a reflecting mirror provided on the placing means; and an interferometer for measuring a tilt angle of the reflecting mirror. A probe device comprising:
載のプローブ装置において、 前記載置手段を前記パッドと前記プローブピンとの接離
方向に移動させる移動手段と、 前記パッドに対する前記プローブピンの接触によって加
わる荷重を検出する荷重検出手段と、 前記荷重検出手段によって検出される荷重と所定の荷重
とのずれ量を算出し、該ずれ量に基づいて前記移動手段
を駆動することにより、前記接触によって加わる荷重を
補正する荷重補正手段とを備えたことを特徴とするプロ
ーブ装置。5. The probe device according to claim 1, wherein: a moving means for moving the placing means in a direction of contact and separation between the pad and the probe pin; Load detecting means for detecting a load applied by the contact of the probe pin; calculating a shift amount between the load detected by the load detecting means and a predetermined load, and driving the moving means based on the shift amount. And a load correcting means for correcting a load applied by the contact.
て、 前記荷重検出手段は、前記載置手段の少なくとも3箇所
で荷重を検出することを特徴とするプローブ装置。6. The probe device according to claim 5, wherein the load detecting means detects a load at at least three places of the placing means.
て、 前記荷重補正手段は、前記荷重検出手段が荷重を検出す
る位置と試験対象の半導体チップの位置との相対位置に
応じて、前記移動手段の駆動量を制御することを特徴と
するプローブ装置。7. The probe device according to claim 6, wherein the load correcting means is configured to move the moving means in accordance with a relative position between a position at which the load detecting means detects a load and a position of a semiconductor chip to be tested. A probe device for controlling a driving amount of a probe.
載のプローブ装置において、 前記荷重検出手段は、複数の歪みゲージを有することを
特徴とするプローブ装置。8. The probe device according to claim 5, wherein said load detecting means has a plurality of strain gauges.
複数のパッドに対し、複数のプローブピンを接触させ
て、前記半導体チップの電気的特性を試験するプローブ
装置であって、 前記ウェーハが載置される載置手段と、 前記載置手段を前記パッドと前記プローブピンとの接離
方向に直交する面内で移動させる面内移動手段と、 前記ウェーハの伸びに応じた前記半導体チップの位置ず
れ量を算出し、該位置ずれ量を加味して前記面内移動手
段を駆動することにより、前記半導体チップを前記複数
のプローブピンに対向する地点に位置決めする位置決め
制御手段とを備えたことを特徴とするプローブ装置。9. A probe apparatus for testing electrical characteristics of a semiconductor chip by contacting a plurality of probe pins with a plurality of pads formed on a semiconductor chip on a wafer, wherein the wafer is placed on the wafer. Mounting means to be mounted; in-plane moving means for moving the mounting means in a plane orthogonal to the direction of contact and separation between the pad and the probe pin; And positioning control means for positioning the semiconductor chip at a point facing the plurality of probe pins by driving the in-plane moving means in consideration of the displacement amount. Probe device.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11146705A JP2000340620A (en) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | Probe device |
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JP11146705A JP2000340620A (en) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | Probe device |
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-
1999
- 1999-05-26 JP JP11146705A patent/JP2000340620A/en active Pending
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