JP2005044935A - プローブ試験方法、プローブ装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシュを抑制してプローブ針のコンタクト精度を向上させたプローブ試験方法、プローブ装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るプローブ試験方法は、半導体ウエハＷ上の１個又は複数個のＩＣチップ毎にプローブ針を接触させてプローブ試験を行う方法であって、プローブ試験を行うプロービング方向を一方向に統一する。このようにプロービング方向を一方向に統一するため、プローブ針の針跡２４ａ〜２４ｄが電極パッド２２ａ〜２２ｄの中心から左右に偏ることがなく、安定した針跡が残される。つまり、奇数行、偶数行のチップによって針跡がジグザグ（チドリ）に位置することを防止できる。これにより、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ試験方法、プローブ装置及び半導体装置の製造方法に係わり、特に、バックラッシュを抑制してプローブ針のコンタクト精度を向上させたプローブ試験方法、プローブ装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセス工程で半導体ウエハ上に多数のＩＣチップを形成した場合には、その半導体ウエハのまま個々のＩＣチップについて電気的特性の検査を行い、不良品をスクリーニングするようにしている。そして、この検査には通常、プローブ装置が用いられている。このプローブ装置は半導体ウエハ上の個々のＩＣチップが有する電極パッドにプローブカードのプローブ針を接触させ、プローブ針から所定の電圧を印加することにより各ＩＣチップの導通試験などの電気的検査を行って個々のＩＣチップが電気的特性を有するか否かをテスタを介して試験する装置である。
【０００３】
図６は、従来のプローブ試験方法を示す模式図である。
被検査体である半導体ウエハ１０１上の１個又は複数個のＩＣチップ毎に矢印１０３のようなプロービング方向で電気的検査を順に行う。具体的には、ＩＣチップの電極パッド１０２ａ〜１０２ｄにプローブカードのプローブ針（図示せず）を接触させて電気的検査を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のプローブ試験方法では、矢印１０３のような左右に折り返すプロービング方向でプローブ試験を行うため、電極パッド１０２ａ〜１０２ｄには図６に示すようなプローブ針の針跡１０４ａ〜１０４ｄが残されていた。これらの針跡を観察すると、プロービング方向が右から左方向の場合の針跡１０４ａ，１０４ｃでは、電極パッド１０２ａ，１０２ｃにおいて中心から左側に寄った位置に残されており、プロービング方向が左から右方向の場合の針跡１０４ｂ，１０４ｄでは、電極パッド１０２ｂ，１０２ｄにおいて中心から右側に寄った位置に残されていた。つまり、奇数行、偶数行のチップによって針跡がジグザグ（チドリ）に位置する傾向（この傾向をバックラッシュという）が生じることがあった。このようなバックラッシュが生じると、プローブ針のコンタクト精度が低下する。これにより、プローブ試験の信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、バックラッシュを抑制してプローブ針のコンタクト精度を向上させたプローブ試験方法、プローブ装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るプローブ試験方法は、半導体ウエハ上の１個又は複数個のＩＣチップ毎にプローブ針を接触させてプローブ試験を行う方法であって、
プローブ試験を行うプロービング方向を一方向に統一する。
【０００７】
上記プローブ試験方法によれば、プロービング方向を一方向に統一しているため、プローブ針の針跡が電極パッドの中心から左右に偏ることがなく、安定した針跡が残される。つまり、奇数行、偶数行のチップによって針跡がジグザグ（チドリ）に位置することを防止できる。これにより、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。
【０００８】
本発明に係るプローブ装置は、ウエハにプローブ針を接触させてプローブ試験を行うプローブカードと、
前記ウエハを保持するステージと、
前記ステージを移動させる駆動機構と、
前記駆動機構を制御する制御部と、を具備するプローブ装置であって、
前記制御部は、前記ウエハにプローブ試験を行う際のプロービング方向を一方向に統一するように前記駆動機構を制御するものである。
【０００９】
上記プローブ装置によれば、プロービング方向を一方向に統一するように駆動機構を制御部で制御するため、プローブ針の針跡が電極パッドの中心から左右に偏ることがなく、安定した針跡が残される。つまり、奇数行、偶数行のチップによって針跡がジグザグ（チドリ）に位置することを防止できる。これにより、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係るプローブ装置において、前記駆動機構は、前記ステージに繋げられたＸステージと、前記Ｘステージにボールネジを介して接続されたＸ軸と、前記Ｘ軸に接続された駆動モーターと、を有することが好ましい。このようにボールネジを介してＸステージを移動させるものでバックラッシュが生じる場合でも、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るプローブ装置においては、前記プローブカードに接続されたパフォーマンスボードと、前記パフォーマンスボードに接続されたテストヘッドと、をさらに具備することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、分割前の複数のＩＣチップを半導体ウエハ上に作製する工程と、
前記半導体ウエハ上の１個又は複数個のＩＣチップ毎にプローブ針を接触させてプローブ試験を行う工程と、を具備し、
前記プローブ試験を行うプロービング方向を一方向に統一する。
【００１３】
上記半導体装置の製造方法によれば、プロービング方向を一方向に統一しているため、プローブ針の針跡が電極パッドの中心から左右に偏ることがなく、安定した針跡が残される。これにより、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるプローブ試験方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法を説明する模式図である。
分割前の複数のＩＣチップを半導体ウエハＷ上に作製した後、被検査体である半導体ウエハＷ上の１個又は複数個のＩＣチップ（このＩＣチップはチップ毎に分割する前のもの）毎に矢印２３のようなプロービング方向で電気的検査を順に行う。このプロービング方向は従来のそれとは異なり、プロービング方向を一方向、即ち右から左方向に統一している。つまり、ＩＣチップの電極パッド２２ａ〜２２ｄにプローブカードのプローブ針（図示せず）を接触させて電気的検査を行うプローブ試験を右から左方向に進めていき、一つの行が終了したら、次の行においても右から左方向にプローブ試験を行う。
【００１５】
上記プローブ試験方法によれば、プロービング方向を一方向に統一しているため、図１に示すようにプローブ針の針跡２４ａ〜２４ｄが電極パッドの中心から左右に偏ることがなく、安定した針跡が残される。つまり、奇数行、偶数行のチップによって針跡がジグザグ（チドリ）に位置することを防止できる。これにより、プローブ針のコンタクト精度を向上させることができる。その結果、プローブ試験の信頼性を向上できる。また、コンタクト精度を向上させることにより、ＩＣチップの多ピン化や電極パッドの微細化にも対応することができる。
【００１６】
尚、上記プローブ試験方法では、プロービング方向を右から左方向に統一しているが、プロービング方向を左から右方向に統一することも可能である。
【００１７】
図２は、図１に示すプローブ試験方法を実施するプローブ装置の一例を概略的に示す構成図である。図３は、図２に示すプローブ装置内のステージ及びそれを駆動する駆動機構等の構造を示す構成図である。図４は、図３に示す駆動モーター及びＸ軸を示す構成図である。図５は、図３に示すＸ軸とＸステージを繋ぐボールネジを示す構成図である。
【００１８】
図２に示すプローブ装置は、図示せぬ昇降機構によって昇降可能に構成されたテストヘッド１と、このテストヘッド１の下方で図示せぬ装置本体内に順次配設されたパフォーマンスボード２と、このパフォーマンスボード２と接続するようにインサートリング３により支持された接続リング４と、この接続リング４の下方に配設されたプローブカード５を備えている。
【００１９】
上記テストヘッド１の内部には被検査体としての半導体ウエハＷ上のＩＣチップに電圧を印加する試料用電源やＩＣチップからの出力を測定部に取り込むための入力部などからなるピンエレクトロニクス６が内蔵されている。このピンエレクトロニクス６はパフォーマンスボード２上に搭載された複数の電子部品回路７に対して電気的に接続されている。これらの電子部品回路７は、例えばマトリックス・リレー、ドライバ回路等からなる各種測定回路として構成され、各電子部品回路７の接続リング４との接続端子８はパフォーマンスボード２の本体である例えばエポキシ系樹脂製の基板９の下面に例えば基板９と同心円をなす４つの円周上に配列されている。
【００２０】
また、上記接続リング４の上面には接続端子８に対応するポゴピン１０が同心円をなすように形成された４つの円周上に配列され、その下面には各ポゴピン１０に導通するポゴピン１１が接続部材１２に対応して設けられている。この接続部材１２はプローブカード５の下面のテスタ接続端子に下方から接続されるように構成されている。これによりテストヘッド１は、パフォーマンスボード２、接続リング４及び接続部材１２を介してプローブカード５と電気的に接続できるように構成されている。
【００２１】
また、接続リング４の下面にはゴムなどのクッション材からなるスペーサ１３が配置されており、このスペーサ１３はプローブカード５の上面に対応する位置に形成されている。これにより、プローブカード５の上面の広い面積をスペーサ１３で下方へ加圧できるようになっている。その加圧の際、ポゴピン１１によって接続部材１２に電気的に接続できるようになっており、この接続部材１２はプローブカード５のテスタ接続端子に電気的に接続されている。
【００２２】
プローブカード５は、半導体ウエハＷにおける複数のＩＣチップを１個ずつあるいは複数個ずつ同時に測定することが可能なものである。プローブカード５は、表面及び内部にプリント配線が設けられたプローブカード基板（プリント基板）を有している。このプローブカード基板の下面の外周には接続端子エリアが設けられており、この接続端子エリアにはテスタ接続端子が配置されている。プローブカード基板は、針立て面とテスタ接続端子面を同じ面（図２では下面）に配置する構造としている。従って、電気的接続のための接続部材１２も下面からコンタクトを取るような構造となっている。
【００２３】
プローブカード基板の下面側には中央部にプローブ針固定用のモールド樹脂からなる固定リングが配置されている。さらに、プローブカード基板の下面側には、複数のプローブ針１４が固定リングの周囲に沿って固定されており、その固定された基端が前記プリント配線に接続されている。プリント配線はジャンパー配線（図示せず）を介してテスタ接続端子に接続されているか、または、プリント基板内のマルチワイヤー配線（登録商標）でテスタ接続端子に接続されている。
【００２４】
また、プローブ針１４のアーム部がプローブカード基板の中央部の下方に向かって伸張されている。各プローブ針１４のアーム部はその先端がプローブカード基板とほぼ垂直になるように略Ｌ字型に折り曲げられている。このアーム部の先端は、ウエハＷのＩＣチップの電極パッドに接触する触針部を有している。各プローブ針１４のアーム部の一部である中間節部は、前記固定リングの樹脂で固定保持され、各プローブ針１４がしっかりと位置決め保持されている。
【００２５】
プローブカード５に対して半導体ウエハＷをアライメントするアライメント機構について説明する。プローブカード５の下方には略円形状のステージ２７が設けられ、このステージ２７の上面に配設されたウエハチャック２８により半導体ウエハＷを水平に保持するようになっている。このウエハチャック２８の内部には加熱装置２９及び冷却媒体の循環路３０が温度調整機構として設けられ、検査時に必要に応じて加熱装置２９により半導体ウエハＷを例えば１５０℃まで加熱でき、また循環路３０を流れる冷却媒体により半導体ウエハＷを例えば−１０℃まで冷却できるようになっている。
【００２６】
また、上記ステージ２７はウエハチャック２８を水平方向、上下方向及びθ方向で駆動させる駆動機構（図示せず）を有し、半導体ウエハＷのアライメント時に駆動機構（例えば駆動モーター）の駆動によりステージ２７がボールネジ３１，３２上でＸ、Ｙ方向へ移動すると共にウエハチャック２８がθ方向で回転し、更に、上下方向へ昇降するようになっている。更に、ウエハチャック２８にはターゲット板３３が取り付けられており、その上方に配設された光学的撮像装置３４，３５及び静電容量センサ３６によりターゲット板３３及び所定のＩＣチップを検出し、この検出信号に基づいてプローブカード５と半導体ウエハＷ上のＩＣチップの位置を演算するようになっている。そして、この演算結果に基づいてステージ２７の駆動機構が駆動制御されて半導体ウエハＷ上の検査すべきＩＣチップをプローブカード５にアライメントするようにしてある。
【００２７】
次に、上記プローブ装置内のステージ２７及びそれを駆動する駆動機構等の構造についてさらに詳しく説明する。
図３に示すように、ウエハＷはステージ２７上に保持されている。ステージ２７の上方にはプローブ針１４を備えたプローブカード５が配置されている。ステージ２７は駆動機構によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能とされている。
【００２８】
ステージ２７はＺ軸４１に取り付けられており、このＺ軸４１は図示せぬ駆動モーターに接続されている。この駆動モーターによりＺ軸方向にステージ２７を移動させることができるようになっている。また、Ｚ軸４１にはＸステージ４２が取り付けられている。このＸステージ４２は、図５に示すようにボールネジ３１によってＸ軸４３に接続されている。Ｘ軸４３は、図４に示すように駆動モーター４４に接続されており、この駆動モーター４４はＸ軸４３を矢印４５のように回転させるものである。つまり、駆動モーター４４によってＸ軸４３を回転させることにより、Ｘステージ４２を矢印４６のようにＸ方向に移動させることができ、それによりウエハＷと共にステージ２７をＸ方向に移動させることができるようになっている。
【００２９】
また、ステージ２７はＹ軸４７とも繋げられており、このＹ軸４７は図示せぬ駆動モーターに接続されている。この駆動モーターによりステージ２７は矢印４８のようにＹ軸方向に移動させることができるようになっている。また、ウエハＷを図１に示すようなプロービング方向にプローブ試験を行えるように、ステージ２７の動きを制御する制御部（図示せず）がプローブ装置に取り付けられている。また、プローブ装置には、複数の処理前のウエハを収納しておくカセット４９が取り付けられている。
【００３０】
次に、動作について説明する。例えば１５０℃の温度下で半導体ウエハＷの電気的検査を行う場合には、加熱装置２９を作動させ半導体ウエハＷを加熱し、例えば１５０℃に温度設定し、その温度を維持する。次いで、ターゲット板３３、光学的撮像装置３４，３５及び静電容量センサ３６などから得られた検出データに基づいてステージ２７が駆動して半導体ウエハＷをプローブカード５に対してアライメントする。
【００３１】
アライメント終了後、テストヘッド１を下降させると共にプローブカード５及びそれと電気的に接続された接続部材１２を上昇させる。これにより、パフォーマンスボード２下面の接続端子８が接続リング４上面のポゴピン１０と電気的に接続されると共に、接続部材１２が接続リング４下面のポゴピン１１と電気的に接続される。その結果、テストヘッド１のピンエレクトロニクス６とパフォーマンスボード２の電子部品回路７が電気的に接続され、更にこれらは接続リング４のポゴピン１０，１１及び接続部材１２を介してプローブカード５のテスタ接続端子に電気的に接続され、ピンエレクトロニクス６とプローブ針１４とが導通可能な状態になる。
【００３２】
その後、ウエハチャック２８を上昇させて半導体ウエハＷ上のＩＣチップの各電極パッドにプローブ針１４の針先を接触させ、更にウエハチャック２８を所定量オーバードライブさせてプローブ針１４と電極パッドとを導通可能な状態にする。ウエハチャック２８を上昇させてオーバードライブさせた際、接続リング４下面のスペーサ１３によってプローブカード基板の上面の広い面積が加圧される。
【００３３】
この導通可能な状態でテストヘッド１から所定の電気信号を送信し、パフォーマンスボード２、接続リング４、接続部材１２、プローブ針１４及び電極パッドを介してＩＣチップに電気信号を入力すると、この入力信号に基づいた出力信号がＩＣチップから接続リング４及びパフォーマンスボード２の電子部品回路７を介してピンエレクトロニクス６に取り込まれ、ＩＣチップの電気的検査が行われる。
【００３４】
この後、図１に示すようなプロービング方向にウエハＷを図３乃至図５に示す駆動機構を用いて移動させる。そして、上記のようなＩＣチップの電気的検査を行う。これを繰り返すことにより、ウエハＷ上の全てのＩＣチップについてプローブ試験を実施する。
【００３５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるプローブ試験方法を示す模式図。
【図２】図１のプローブ試験方法を実施するプローブ装置を示す構成図。
【図３】図２のプローブ装置内のステージ等の構造を示す構成図。
【図４】図３に示す駆動モーター及びＸ軸を示す構成図。
【図５】図３に示すＸ軸とＸステージを繋ぐボールネジを示す構成図。
【図６】従来のプローブ試験方法を示す模式図。
【符号の説明】
１…テストヘッド、２…パフォーマンスボード、３…インサートリング、４…接続リング、５…プローブカード、６…ピンエレクトロニクス、７…電子部品回路、８…接続端子、９…エポキシ系樹脂製の基板、１０，１１…ポゴピン、１２…接続部材、１３…スペーサ、１４…プローブ針、２２ａ〜２２ｄ…電極パッド、２３…矢印、２４ａ〜２４ｄ…プローブ針の針跡、２７…ステージ、２８…ウエハチャック、２９…加熱装置、３０…冷却媒体の循環路、３１，３２…ボールネジ、３３…ターゲット板、３４，３５…光学的撮像装置、３６…静電容量センサ、４１…Ｚ軸、４２…Ｘステージ、４３…Ｘ軸、４４…駆動モーター、４５，４６…矢印、４７…Ｙ軸、４８…矢印、４９…カセット、１０１…半導体ウエハ、１０２ａ〜１０２ｄ…電極パッド、１０３…矢印、１０４ａ〜１０４ｄ…プローブ針の針跡、Ｗ…半導体ウエハ

Claims (5)

1. 半導体ウエハ上の１個又は複数個のＩＣチップ毎にプローブ針を接触させてプローブ試験を行う方法であって、
   プローブ試験を行うプロービング方向を一方向に統一するプローブ試験方法。
2. ウエハにプローブ針を接触させてプローブ試験を行うプローブカードと、
   前記ウエハを保持するステージと、
   前記ステージを移動させる駆動機構と、
   前記駆動機構を制御する制御部と、を具備するプローブ装置であって、
   前記制御部は、前記ウエハにプローブ試験を行う際のプロービング方向を一方向に統一するように前記駆動機構を制御するものであるプローブ装置。
3. 前記駆動機構は、前記ステージに繋げられたＸステージと、前記Ｘステージにボールネジを介して接続されたＸ軸と、前記Ｘ軸に接続された駆動モーターと、を有する請求項２に記載のプローブ装置。
4. 前記プローブカードに接続されたパフォーマンスボードと、前記パフォーマンスボードに接続されたテストヘッドと、をさらに具備する請求項２又は３に記載のプローブ装置。
5. 分割前の複数のＩＣチップを半導体ウエハ上に作製する工程と、
   前記半導体ウエハ上の１個又は複数個のＩＣチップ毎にプローブ針を接触させてプローブ試験を行う工程と、を具備し、
   前記プローブ試験を行うプロービング方向を一方向に統一する半導体装置の製造方法。

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