JP2004200383A

JP2004200383A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JP2004200383A
Application number: JP2002366674A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ueda; 豊上田; Toshiharu Iwashita; 俊治岩下
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp; Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp; Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】プローブカードの触針と半導体デバイスの電極パッドとの位置合わせに要する時間を大巾に短縮でき、そのスループットを改善した位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】本発明の位置合わせ方法は、アライメント光学装置６でウェハ１０の電極パッド１０ａのパターンを登録し、ＣＣＤカメラ７を低倍率と高倍率とでプローブカード４の触針４ａと電極パッドとの針合わせ処理を行い、同様にＣＣＤカメラでプローブカードの基準ピン４ｂの位置を登録することで、最初の針合わせのセットアップ動作を行い、２回目以降は、４つの基準ピンをサーチ処理することだけで、触針と電極パッドとの位置合わせを行っている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ上に形成された多数の半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローブ装置における半導体デバイスの電極パッドとテスタに接続されるプローブカードの触針との位置合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハの表面には、同一の電気素子回路が形成された多数の半導体デバイスが形成されており、この電気素子回路を個々の半導体デバイス（チップ）として切断される前に、各電気素子回路の電気的特性を検査するために、プローブ装置によってその良・不良を判定している。このプローブ装置は、一般にウェハの各半導体デバイスに対応する触針を有し、テスタに接続されたプローブカードと、ウェハの各半導体デバイスとを順次対応させて、半導体デバイスの電極パッドに触針を接触させるようにして、電気的な測定を行うように構成されている。
【０００３】
ところで正確な電気的測定を行うためには、プローブカードの触針を半導体デバイスの電極パッドに確実に接触させなければならず、このためウェハを載置したステージを高精度に制御すると共に、測定前に触針に対して電極パッドを正確に位置合わせ（アライメント）することが必要である。このプローブカードの触針と半導体デバイスの電極との位置合わせを行う方法として、従来より、プローブカードの触針群を下方からＣＣＤカメラで撮影して針位置を検出すると共に、ウェハの位置及びウェハ上の半導体デバイスパターンを同じくＣＣＤカメラを有するウェハ認識装置（アライメント光学装置）で認識し、画像処理等によってウェハ上の特定の半導体デバイスの電極パッドとプローブカードの触針とを位置合わせする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、プローブカードの触針群をＣＣＤカメラを使用して撮像し、同様にＣＣＤカメラを有するアライメント光学装置で電極パッドのパターンを撮像し、両者のイメージ画像を移動によってモニタ画面上に重ね合わせることで、位置合わせを行う方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−２１３０４０号公報（第２〜４頁第２，４図）
【特許文献２】
特開２００２−１５１５５５号公報（第４〜５頁第１〜５図）
【０００６】
ところで、従来においては、電極パッドと触針との接触によって電極パッドが潰されないように、触針の先端が先鋭状に形成されていた。そのため、位置合わせを高精度に行う必要があり、図２（ｂ）に示すようなフローチャートで位置合わせを行っていた。即ち、新しいプローブカードがセットアップされたとき、まず、ステップＳ１０でウェハ上の半導体デバイスパターンをアライメント光学装置で認識し、その位置を登録する。次に、ステップＳ１１でプローブカードの触針群の針先を低倍率のＣＣＤカメラで観察し、電極パッドと針先との位置との合わせ処理を画像を使用して低倍率のＣＣＤカメラでラフな精度で行う。次いで、ステップＳ１２でＣＣＤカメラを高倍率に切り換えて、個々の触針の針先と電極パッドとの位置合わせ処理を画像を使用して高精度に行う。次に、ステップＳ１３で、図３に示されるように触針群の周囲に設けられた基準ピンの位置情報をＣＣＤカメラで観察し登録する。以上が新しいプローブカードがセットアップされたときに最初に行うセットアップ動作である。
【０００７】
そして、プローブカード及び半導体デバイスの種類が変えられない限り、２回目以降は、基準ピンの位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が登録されているので、ステップＳ１４でこの基準ピンのサーチ処理を行い、次いで、ステップＳ１５で、高倍率のＣＣＤカメラで個々の触針の針先と電極パッドとの位置合わせ処理を行って、からステップＳ１６でウェハ（ステージ）を上昇させてその触針を半導体デバイスの電極パッドに接触させて電気的な特性検査を行っている。以下、このステップＳ１４〜Ｓ１６を繰り返し行うことでウェハ上の多数の半導体デバイスの電気的特性検査を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の位置合わせ方法では、プローブカードの基準ピンのサーチ処理を行った後、必ず高倍率のＣＣＤカメラを使用して個々の触針の針先と電極パッドとの位置合わせ処理を行ってから、特性検査を行うため時間を要し、スループットが悪かった。図４（ａ）に示すように従来の先の尖った針先をもつ触針の場合は、まだＣＣＤカメラの焦点を針先に合わすのが容易であったので、時間の損失が少なくて済んだが、近年のように接触による電極パッドの損傷を防止するために、図４（ｂ）に示すようなクラウンタイプの針先をもつ触針を使用する傾向にあり、その場合には、ＣＣＤカメラの焦点を触針の針先に合わせるのが難しくなり、一層この位置合わせに時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明者は、クラウンタイプの針先をもつ触針においては、ＣＣＤカメラの焦点を針先に合わせる意味がなくなったこと、及びプローブカードが近年においてはかなり精度良く製作されているという知見に基づき本発明をなしたものである。
本発明の目的は、プローブカードの触針とウェハ上の半導体デバイスの電極パッドとの位置合わせに要する時間を大幅に短縮でき、そのスループットを改善した位置合わせ方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の位置合わせ方法を提供する。
請求項１に記載の位置合わせ方法は、第１撮像手段による電極パッドのパターンの位置データを登録するパターン登録段階と、低倍率の第２撮像手段によって得られた触針群のイメージ画像と前記電極パッドのパターンのイメージ画像とをモニタ画面上で位置合わせを行う低倍針合わせ段階と、高倍率の第２撮像手段によって得られた個々の触針のイメージ画像と個々の電極パッドのイメージ画像とをモニタ画面上で位置合わせを行う高倍針合わせ段階と、第２撮像手段によってプローブカードの触針群を囲んだ四隅に設けられた基準ピンの位置データを登録する基準ピン登録段階とを行うことで、プローブカードのセットアップ動作を行い、その後は、４つの基準ピンのサーチ処理だけで、触針と次の同パターンの電極パッドとの位置合わせを行うようにしたものである。これにより、従来においては、基準ピンのサーチ処理を行ってから更に個々の触針と電極パッドの位置合わせを行う高倍針合わせを繰り返し行っていたため、位置合わせにかなりの時間を要したが、本発明では、４つの基準ピンのサーチ処理だけで位置合わせを行っているので、大幅に時間を節減できる。
【００１１】
請求項２の位置合わせ方法は、触針の針先がクラウンタイプの針先をもつプローブカードを使用しているもので、本発明は、高倍率の第２撮像手段の焦合を針先に合わせる必要がないため、このクラウンタイプの針先をもつ触針に対して特に有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の位置合わせ方法を説明する。図１は、本発明のウェハの位置合わせ方法を実施するプローブ装置の概念図である。プローブ装置１は、主としてステージ２、ステージ駆動用モータ３、触針４ａ及び基準ピン４ｂが設けられたプローブカード４、テスタ５、アライメント光学装置６、触針４ａ及び基準ピン４ｂを撮像するステージ側ＣＣＤカメラ７、制御部８及びディスプレイ９等から構成されている。
【００１３】
ステージ２の上部には、ウェハ１０を載置して保持するチャック部２ａが設けられている。ステージ２は制御部８によって制御されるステージ駆動用モータ３によって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及びＺ軸を中心とするθ回転方向に移動可能に構成され、ステージ２のチャック部２ａに保持されるウェハ１０を３次元的に移動することができる。
【００１４】
ウェハ１０の多数の半導体デバイスの表面には、図４（ａ）に拡大して示すようにバンプ状の電極パッド１０ａが形成されている。図１では説明の便宜上１つの電極パッド１０ａしか示していないが、実際には、一枚のウェハ上に数百、数千という多数の電極パッド１０ａが形成されている。これらの電極パッド１０ａは、金バンプ、半田バンプ、アルミバンプ等からなっている。
また、プローブカード４には、ウェハ１０の各半導体デバイスの電極パッド１０ａに対応する触針４ａと、これらの触針４ａ群を囲んだ４隅に４つの基準ピン４ｂが設けられている。図３は、プローブカード４に設けられる触針４の群と基準ピン４ｂの１つの例を示している。即ち、図３には、４×６の２４個の触針４ａとこれらの触針４ａを囲んだ四角形状の４隅にそれぞれ基準ピン４ｂが設けられている。従って、テスタ５に接続されているプローブカード４の触針４ａをウェハ１０の電極パッド１０ａに接触させることにより、各半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。なお、基準ピン４ｂのプローブカード面からの高さは、触針４ａの高さよりも低く形成されており、検査時に隣接する半導体デバイスの電極パッド１０ａに基準ピン４ａの先端が接触しないようになっている。
【００１５】
ステージ２のチャック部２ａには、触針４ａを下方から撮像して触針の先端の位置を検出する第２撮像手段であるＣＣＤカメラ７が取り付けられている。ステージ２を移動してＣＣＤカメラを動かし、その焦点を合わせながら触針４ａの先端の位置を測定し、その結果を制御部８に入力する。なお、ＣＣＤカメラ７は、低倍率レンズと高倍率レンズの２種類のレンズを切り換え使用することができ、低倍率レンズを使用することで触針４ａ群の全体の位置を観察でき、また高倍率レンズを使用することで、個々の触針４ａの位置を確認することができる。また、本発明では、ＣＣＤカメラ７によって４つの基準ピン４ｂの位置を測定し、その結果も制御部８に入力する。
【００１６】
第１撮像手段であるアライメント光学装置６は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を含み、ウェハ１０上の半導体デバイスの電極パッド１０ａのパターンを認識して制御部８に入力する。制御部８では、アライメント光学装置６で得られたパターン情報とＣＣＤカメラ７に得られた触針４ａの先端の位置情報とに基づき、公知の画像処理技術を用いて、触針４ａの先端とウェハ１０の電極パッド１０ａとの位置合わせを自動で行う。
【００１７】
次に、上記構成によるプローブ装置における本発明の位置合わせ方法について、図２（ａ）のフローチャートにより説明する。この位置合わせ方法は、新しいプローブカード４をセットしたときに行う、最初のセットアップ動作であるステップＳ１〜Ｓ４までは、図２（ｂ）の従来のセットアップ動作であるステップＳ１０〜Ｓ１３と同様である。即ち、ステップＳ１でウェハ１０の半導体デバイスの電極パッド１０ａのパターンをアライメント光学装置６で認識し、その位置を登録する。次に、ステップＳ２で低倍率レンズのＣＣＤカメラ７でプローブカード４の触針４ａ群の位置を観察し、電極パッド１０ａと触針４ａとの位置合わせ処理をディスプレイ９の画像を使用して、粗な精度で行う。次いでステップＳ３でＣＣＤカメラ７を高倍率レンズに切り換えて、個々の触針１０ａの針先と電極パッド１０ａとの位置合わせ処理をディスプレイ９の画像を使用して高精度に行う。次に、ステップ５４でプローブカード４の触針４ａ群の周囲の４隅に設けられた４つの基準ピン４ｂの位置を、ＣＣＤカメラ７で観察し、フォーカス処理を施こしその位置を測定し制御部９に登録する。この場合、基準ピン４ｂと触針４ａの高さの差も、制御部９に登録する。
【００１８】
このようにして、セットアップ済みであるプローブカード４の制御部９に登録した基準ピン４ａの位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用して、２回目以降の触針と電極パッドとの位置合わせにおいては、ステップＳ５で４つの基準ピン４ｂの個々のサーチ処理を低倍率と高倍率のＣＣＤカメラ７を切り換え使用することで行うことによって、触針４ａと電極パッド１０ａとの位置合わせを行う。この場合、基準ピン４ｂと触針４ａとの高さの差の調整も行う。次に、ステップＳ６でウェハ（ステージ）を上昇させ、触針４ａを電極パッド１０ａに接触させることで、半導体デバイスの電気的特性を検査する。同一パターンの半導体デバイスをもつウェハ１０を代える毎に、このステップＳ５とＳ６を繰り返えし行う。
【００１９】
このように、従来の位置合わせ方法では、２回目以降もプローブカードの基準ピンのサーチ処理を行った後に必ず高倍率レンズのＣＣＤカメラで個々の触針と電極パッドとの位置合わせ処理を行っていた為、この位置合わせに多くの時間を要していたが、本発明では、２回目以降はこの高倍率での個々の触針と電極パッドとの位置合わせを行う必要がなくなり、多くの時間を節約でき、そのスループットを改善した。
【００２０】
特に近年においては、電極パッドの損傷を防止するために、図４に示すように触針４ａの先端が先細に尖った形状（図４（ａ））からその先端がクラウン型（図４（ｂ））のものを使用する傾向にある。このクラウン型触針は、一般的に４つの山をもち、先鋭状の先端と異なり、ＣＣＤカメラの焦点を合わせることが難しくなっており、そのため、従来の位置合わせ方法では、個々のクラウン型触針と電極パッドとの位置合わせに更に時間を要すことになるが、本発明では、基準ピンのサーチ処理のみに済むので、特にクラウン型触針を使用するプローブカードに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の位置合わせ方法を実施するプローバ装置の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態の位置合わせ方法（ａ）と、従来の位置合わせ方法（ｂ）のフローチャートを示す図である。
【図３】プローブカードの触針群と基準ピンとの関係を示す図である。
【図４】触針の先端の形状、（ａ）尖った先細形状、（ｂ）クラウン型、を示す図である。
【符号の説明】
１…プローブ装置
２…ステージ
４…プローブカード
４ａ…触針
４ｂ…基準ピン
６…アライメント光学装置
７…ＣＣＤカメラ
８…制御部
９…ディスプレイ

Claims

プローブ装置におけるプローブカードの触針とウェハの電極パッドとの位置合わせ方法において、
第１撮像手段によってウェハの電極パッドのパターンを撮像し、その位置データを登録するパターン登録段階と、
低倍率の第２撮像手段によってプローブカードの触針群を撮像し、前記電極パッドのイメージ画像と触針群のイメージ画像とをモニタ画面上で位置合わせを行う低倍針合わせ処理段階と、
高倍率の前記第２撮像手段によって、個々の前記触針を撮像し、個々の電極パッドのイメージ画像と個々の触針のイメージ画像とをモニタ画面上で位置合わせを行う高倍針合わせ処理段階と、
前記第２撮像手段によってプローブカードの触針群を囲んだ四隅に設けられた基準ピンを撮像し、その位置データを登録する基準ピン登録段階と、
を具備することで前記プローブカードのセットアップ動作を行い、その後は、
前記プローブカード上の４つの前記基準ピンのサーチ処理のみで、前記触針と次の同じパターンの電極パッドとの位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ方法。
前記プローブカードの触針の針先が、クラウンタイプの針先であることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。