JP2002176081A

JP2002176081A - 半導体測定装置および半導体測定方法

Info

Publication number: JP2002176081A
Application number: JP2000375377A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fukushima; 善彦福島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブ針をパッドに接触させても、パッド
に応力を与えないようにして、半導体チップ測定の安定
性及び作業効率の向上を図る。【解決手段】プローブカード９は、プローブ針９ｂと
これを支持するプローブ針支持体９ａにより構成され
る。更にプローブ針９ｂは、円筒形の中空部９ｂａと中
空部９ｂａの先端部に固着された、円筒形の中空部９ｂ
ａより大口径の液溜め部９ｂｂから構成され、その液溜
め部９ｂｂには水銀１０が充填される。プロービングを
行う際には、プローブ針９ｂをウェハ１１上のパッド１
５に接近させる（ａ）。そして、プローブ針支持体９ａ
の内部の気圧を上げて水銀１０を押し下げて水銀の先端
部をパッド１５に接触させる（ｂ）。ペレットに対する
測定が終了したらプローブ針支持体９ａの内部の気圧を
下げて水銀１０を引き上げパッド１５から離す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体測定装置お
よび半導体測定方法に関し、特に、ウェハ状態にて半導
体ペレットのパッドにプローブ針を接触させて試験・測
定を行う半導体測定装置とその方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ウェハ状態のペレットの電気的特性の測
定には、ステージ上に載置したウェハのパッドに、測定
装置と接続されたプローブ針を接触させて測定する方法
が一般的である。図４（ａ）は、従来のプローブカード
の概略構成図で、そのＡ部を拡大した図が図４（ｂ）で
ある。プローブカード２１は、タングステン等で形成さ
れた複数のプローブ針２１ｂと、これらのプローブ針２
１ｂを支持する絶縁材にて形成された構造体２１ａとに
より構成されている。各プローブ針２１ｂの一端には信
号線２２が接続されており、これにより図外測定装置と
の間の電気的な接続が図られている。プローブ針２１ｂ
の先端部分の拡大図である図４（ｂ）に示されるよう
に、通常Ｐ／Ｗテストと呼ばれる試験・測定時には、プ
ローブ針２１ｂの先端部は、ウェハ２３上に形成された
ＡｌあるいはＣｕ等からなるパッド２４に接触する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、図４（ｂ）に示すように、パッド２４にプロー
ブ針２１ｂを直接押し当てるため、加重の具合によって
強すぎるとパッドクラックが発生し、弱いと接触不良を
起こす可能性があった。また、プローブカードの使用回
数が多くなるにつれて針先が摩耗し、先端の形状バラツ
キが大きくなり、その補正のためのメンテナンスが必要
となるなど作業性も悪くなる。さらに、今後超多ピン化
に向かうことによって、針の高さバラツキを規定の範囲
内に収めることもますます難しくなり、接触不良の問題
が一層多発すると懸念される。

【０００４】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決することであって、その目的は、プローブ針を
パッドに接触させても、ウェハに応力が加わらないよう
にして、パッドクラックの発生および接触不良をなくし
て、歩留りの向上、測定の安定性および作業効率の向上
を図ることができるようにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、ウェハ状態の半導体ペレットを試
験・測定する半導体測定装置において、中空部と先端部
に液体導電体を溜めた液溜め部とを備えたプローブ針
と、該プローブ針の内部の気圧を制御する気圧制御手段
とを備えたことを特徴とする半導体測定装置、が提供さ
れる。そして、好ましくは、液体導電体としては水銀若
しくはガリウムが用いられる。また、液溜め部が絶縁体
若しくは導電体の何れかで構成されていることを特徴と
する。

【０００６】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、（１）ウェハ状態の半導体ペレットのパッド
と、中空で先端部が開放されその先端部に液体導電体を
保持したプローブ針の先端部とを対向させて接近させる
過程と、（２）前記液体導電体を前記プローブ針の先端
部から突出させて前記液体導電体の先端部を前記パッド
と接触させる過程と、（３）前記半導体ペレットに対し
て試験・測定を行う過程と、（４）前記液体導電体の先
端部と前記パッドとの接触が解かれるように前記液体導
電体を移動させる過程と、（５）前記パッドと、前記プ
ローブ針との間の間隙を大きくする過程と、を備えたこ
とを特徴とする半導体測定方法、が提供される。そし
て、好ましくは、少なくとも一時期前記第（１）の過程
と前記第（２）の過程とが、および／または、少なくと
も一時期前記第（４）の過程と前記第（５）の過程とが
並行して行われる。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について実施例に即して説明する。図１は、本
発明の第１の実施例の半導体測定装置の構成図である。
本実施例の半導体測定装置は、ポンプ１、気圧制御器
３、減圧室７、プローブカード９を備えている。ポンプ
１は、気圧制御器３より起動信号線２を介して制御信号
を受け、配管ｂ６を介して減圧室７内の空気を排出また
は注入して減圧室内の気圧を制御する。気圧制御器３
は、外気取入管４を介して外気圧を、配管ａ５を介して
減圧室７内の気圧を検出し、その差が一定になるように
起動信号線２を介してポンプ１を動作させる。また、気
圧制御器３は、図外ＩＣテスタと信号線（図示なし）で
接続されており、該ＩＣテスタから測定開始信号と測定
終了信号を受けると、減圧室７内の気圧が上昇するよう
に、あるいは元の気圧に復帰するように、ポンプを動作
させる。

【０００８】プローブカード９は、複数のプローブ針９
ｂとこれを支持する中空のプローブ針支持体９ａとによ
り構成されている。プローブ針支持体９ａの内部は、減
圧室７の室内と配管ｃ８により接続されている。プロー
ブカード９は配管ｃ８に着脱自在に取り付けられてい
る。後述するように、プローブ針は中空でその先端部の
液溜め部には水銀が充填されている。そして、プローブ
針支持体９ａ内部の気圧を変化させることにより、水銀
をその先端部がプローブ針９ｂの先端部から突出するよ
うに、あるいはプローブ針９ｂ内部に完全に収容される
ようにすることができる。プローブカード９の下には、
ＸＹ方向および上下方向に移動可能なステージ１２に搭
載されたウェハ１１が配置される。

【０００９】図２は、プローブ針９ｂの詳細断面図であ
る。プローブ針９ｂは、中空（円筒形）の中空部９ｂａ
と中空部９ｂａの先端部に固着された、円筒形の液溜め
部９ｂｂとにより構成される。中空部９ｂａと液溜め部
９ｂｂとは、別体として形成し溶接ないし接着により一
体化することができるが、一体成形により形成するよう
にしてもよい。中空部９ｂａは金属製であるが液溜め部
９ｂｂは導電体または絶縁体の何れであってもよい。中
空部９ｂａの上部先端部はプローブ針支持体９ａに固着
されるとともに、その中空空間はプローブ針の内部に開
放されている。液溜め部９ｂｂには水銀１０が充填され
ている。図２（ａ）は、水銀が引き上げられているとき
の状態を、図２（ｂ）は、水銀が被測定物のパッドに接
触するように突出せしめられた状態を示している。いず
れの場合も水銀１０はプローブ針支持体９ａの内部には
到達しないように制御される。また、図２（ｂ）に示す
水銀押し下げ状態においても、水銀の一部は中空部９ｂ
ａ内に留まるようになされる。

【００１０】次に、図１と図２とを併せ参照して本実施
例装置の動作について詳細に説明する。プロービングが
行われていない待機状態においては、気圧制御器３は、
外気圧を外気取入管４を介して、減圧室７内の気圧を配
管ａ５を介して検出し、その差が一定になるように減圧
室７内の気圧を制御する。プローブ針支持体９ａの内部
は配管ｃ８を介して減圧室７と接続されているため、プ
ローブ針支持体９ａ内の気圧は減圧室７内の気圧と一致
している。そして、待機状態にあっては、水銀１０の先
端部がプローブ針９ｂの先端より突出することのないよ
うに、プローブ針支持体９ａ内および減圧室７内の気圧
は上記の一定気圧に制御されている。被測定のウェハ１
１はステージ１２上に真空吸着により固定されている。
そして特定ペレットの測４（Ｐ／Ｗテスト）に先立っ
て、プローブ針９ｂの直下に、ウェハ１１のパッド１５
が位置するように前後、左右に位置調整される。位置決
め終了後ステージが上昇してウェハ１１のパッド１５が
プローブ針９ｂに接近する。この状態を図２（ａ）に示
す。このとき本実施例ではプローブ針９ｂの先端とパッ
ド１５の距離は２００〜２５０μｍに保持される。

【００１１】ウェハ１１の位置が確定すると、図外ＩＣ
テスタより気圧制御器３に対して測定開始信号が発せら
れる。これにより気圧制御器３は、ポンプ１を制御し
て、水銀１０の先端がプローブ針９ｂの先端より突出し
てパッド１５と一定の幅（ニップ幅）をもって接触する
ように、減圧室７内の気圧を高める。これにより、パッ
ド１５の表面と水銀１０がニップ幅Ｗによる面積で接触
し、電気的な回路が形成される。このとき、多数のプロ
ーブ針とウェハ上のパッドとの距離が多少異なっていて
も、液体導電体である水銀による接触のため、その誤差
を吸収する効果がある。また、接触圧は水銀の自重とプ
ローブ針支持体９ａ内の気圧で一義的に決まるため、全
てのプローブ針で一定であり、バラツキは生じない。

【００１２】ここで、液溜め部９ｂｂを設けたことの意
義はパッド１５との接触面積を大きく確保して接触抵抗
を低減できることである。直径２０〜３０μｍの中空部
９ｂａから直接水銀等の液体導電体をパッドに突出させ
て接触させた場合、ニップ幅を取ったとしても接触面積
が小さく、接触抵抗が大きくなる。そこで、直径が中空
部のそれの約倍の５０〜６０μｍの筒状の液溜め部を設
けている。測定が終了すると、測定終了信号が気圧制御
器３に伝達され、この信号を受けた気圧制御器３は、ポ
ンプ１を制御して減圧室７内の気圧が待機時の気圧に復
帰するようにする。この結果、水銀１０は図２（ａ）の
ようにパッド１５から離れ、液溜め部９ｂｂの先端から
わずかに中側にへこんで保持される。その後、ウェハ１
１は降下し次のペレットがプローブカード下に搬送され
てくる。

【００１３】第１の実施例では、ウェハの昇降動作と減
圧室の加圧・減圧動作を時間的に分離して行っていた
が、ウェハの上昇動作と減圧室の加圧とを、またウェハ
の下降動作と減圧室の減圧とを、少なくとも一時期並行
して行なわせるようにしてもよい。また、上記実施例で
は、液体導電体として水銀を使った例で説明したが、環
境問題等の観点からガリウム（Ｇａ）を使用してもよ
い。ガリウムの融点は２９．７８℃であり、水銀の融点
−３８．８７℃に比べて高いが、プローブ針９ｂの周辺
を３０℃位に保つようにすれば、実用化が可能である。

【００１４】図３は、本発明の第２の実施例の半導体測
定装置の構成図である。図３において、図１に示した実
施例の部分と同等の部分には、同じ参照番号が付せられ
ているので重複する説明は省略する。本実施例の図１に
示した実施例と相違する点は、接触検出器１３を設けた
点である。接触検出器１３には、プローブカード９の接
地用パッドと接触するプローブ針の信号とウェハの基板
電位とが入力される。ここで、接触検出器１３は、測定
に影響を与えないように大きな入力インピーダンスをも
った回路構成にしておくことが望ましい。接触検出器１
３からの接触信号は接触信号線１４を介して気圧制御器
３に入力される。

【００１５】本実施例装置は以下のように動作する。プ
ローブカード９下にウェハの被測定ペレットが位置決め
されると、第１の実施例と同様に、ＩＣテスタより気圧
制御器３に対して測定開始信号が発せられる。この信号
を受けて気圧制御器３はポンプ１を加圧動作を起こさせ
る。すると水銀がプローブ針の先端部から突出し始め間
もなく接地パッドと接触すべきプローブ針の水銀がその
パッドに接触する。この接触は接触検出器１３より気圧
制御器３に伝達される。気圧制御器３は、この接触信号
を受けた後所定の時間ポンプ１に加圧動作を続けさせ
る。これによりプローブ針の水銀は必要なニップ幅をも
ってパッドと接触することができるようになる。この状
態で測定が行われ、測定が完了すると測定終了信号が気
圧制御器３に伝達される。この信号を受けると気圧制御
器３はポンプ１に減圧動作を開始させる。

【００１６】すると間もなく、接地パッドと接触してい
たプローブ針の水銀がそのパッドから離れる。この接触
が開放されたことは接触検出器１３より気圧制御器３へ
伝達される。この信号を受けると気圧制御器３は一定時
間後にポンプ１の減圧動作を停止させる。その後ウェハ
１１は降下され、次のペレットをプローブカード下に位
置させるために水平方法に移動される。このように本実
施例では、プローブ針とパッドが接触したかを電気的に
確認をとりながら測定を行うため、動作をより確実にす
ることができる。

【００１７】以上、本発明の好ましい実施例について説
明したが、本発明は、これら実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内にお
いて適宜の変更が可能なものである。例えば、液溜め部
の形状が本実施例では円筒状の場合について説明した
が、横断面形状が方形でもかまわない。また、プローブ
針とウェハの位置を逆ににすることも、あるいはウェハ
を垂直に保持するようにすることも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるプロ
ーブカードは、液体導電体をプローブ針の先端から突出
せしめて被測定物に接触させるものであるので、被測定
物に応力を与えず、しかも全てのプローブ針の接触圧を
一定とした状態にて測定を行うこと可能になる。したが
って、本発明によれば、パッドクラックの発生と接触不
良をなくして歩留りの向上および測定の安定性を図るこ
とができると共に、メンテナンスを簡略化して作業効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における半導体測定装
置の構成図。

【図２】本発明のプローブ針の詳細断面図。

【図３】本発明の第２の実施例における半導体測定装
置の構成図。

【図４】従来例のプローブカードの概略構成図。

【符号の説明】

１ポンプ２起動信号線３気圧制御器４外気取入管５配管ａ６配管ｂ７減圧室８配管ｃ９プローブカード９ａプローブ針支持体９ｂプローブ針９ｂａ中空部９ｂｂ液溜め部１０水銀１１ウェハ１２ステージ１３接触検出器１４接触信号線２１プローブカード２１ａ構造体２１ｂプローブ針２２信号線２３ウェハ２４パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハ状態の半導体ペレットを試験・測
定する半導体測定装置において、中空部と先端部に液体
導電体を溜めた液溜め部とを備えたプローブ針と、該プ
ローブ針の内部の気圧を制御する気圧制御手段とを備え
たことを特徴とする半導体測定装置。
【請求項２】前記液体導電体が水銀若しくはガリウム
であることを特徴とする請求項１記載の半導体測定装
置。
【請求項３】前記中空部と前記液溜め部とが別体で形
成されていることを特徴とする請求項１または２記載の
半導体測定装置。
【請求項４】前記液溜め部が絶縁体若しくは導電体の
何れかで形成されていることを特徴とする請求項１〜３
の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項５】前記液溜め部が円筒形でその内径は、前
記中空部の内径より大きく形成されていることを特徴と
する請求項１〜４の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項６】前記気圧制御手段は、前記プローブ針の
内部の気圧を、前記液体導電体が前記液溜め部内に完全
に内包されるように制御することができ、かつ、前記液
体導電体が前記液溜め部の先端から突出して被測定対象
物に接触するように制御することができることを特徴と
する請求項１〜５の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項７】前記気圧制御手段には、被測定対象物に
対する測定開始と測定終了を告知する信号が入力されて
おり、前記気圧制御手段はその告知信号に基づいて前記
プローブ針の内部の気圧を制御することを特徴とする請
求項１〜６の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項８】前記気圧制御手段には、前記プローブ針
と被測定対象物との接触・非接触の検知信号が入力され
ており、前記気圧制御手段はその検知信号に基づいて前
記プローブ針の内部の気圧を制御することを特徴とする
請求項１〜７の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項９】少なくとも前記液体導電体の温度をその
融点以上に保持する手段が備えられていることを特徴と
する請求項１〜８の何れかに記載の半導体測定装置。
【請求項１０】（１）ウェハ状態の半導体ペレットの
パッドと、中空で先端部が開放されその先端部に液体導
電体を保持したプローブ針の先端部とを対向させて接近
させる過程と、（２）前記液体導電体を前記プローブ針の先端部から突
出させて前記液体導電体の先端部を前記パッドと接触さ
せる過程と、（３）前記半導体ペレットに対して試験・測定を行う過
程と、（４）前記液体導電体の先端部と前記パッドとの接触が
解かれるように前記液体導電体を移動させる過程と、（５）前記パッドと、前記プローブ針との間の間隙を大
きくする過程と、を備えたことを特徴とする半導体測定
方法。
【請求項１１】少なくとも一時期前記第（１）の過程
と前記第（２）の過程とを並行して行うことを特徴とす
る請求項１０記載の半導体測定方法。
【請求項１２】少なくとも一時期前記第（４）の過程
と前記第（５）の過程とを並行して行うことを特徴とす
る請求項１０または１１記載の半導体測定方法。