JP2005223251A - 半導体装置の検査方法及びその検査装置、並びにその検査装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブの先端が摩耗していたり、所定の位置からずれていたりする場合でも、確実に電極と接触して検査をすることが可能な半導体装置の検査方法及びその検査プログラム並びにその検査装置を提供する。
【解決手段】 プローブカードと半導体装置との暫定的な位置合わせ（ステップＳ５２）を行った後、すべての電極のオープン・ショートチェックを行う（ステップＳ５３）。次いで、半導体装置を＋Ｘ方向にΔＸだけずらし（ステップＳ５５）、再度オープン・ショートチェックを行い（ステップＳ５６）、ステップＳ５８においてオープン又はショートが検出されるまでステップＳ５５〜Ｓ５８を繰り返す。−Ｘ方向についても同様の動作処理を行うことにより、Ｘ方向の導通可能範囲が定まり、その範囲の中心位置が、プローブ先端のＸ方向の変位に対して最もマージンがある位置Ｘｃとなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査方法及びその検査装置、並びにその検査装置の制御プログラムに関する。

従来、複数の半導体装置が形成された半導体ウェハの電気的な検査をする際には、半導体装置上に備えられた電極に接続するためのプローブを備えたプローブカードが用いられている（例えば特許文献１）。

検査の前に、半導体ウェハとプローブカードとの位置合わせをする際には、例えば、すべてのプローブのうち、４隅等の互いに離れた位置にある複数のプローブ（アライメントピン）の先端位置が、検査装置に備えられた認識カメラで認識される。プローブカードに備えられた複数のプローブは、その先端が各電極の所定の位置（例えば中央部）に接触するように配置されているが、実際には、プローブ毎にＸＹ方向にばらつきを有しているため、これを考慮して、各アライメントピンの先端位置とそれに対応する電極の中央部とのずれ量の平均値が最小となるように半導体ウェハの位置が調整される。

同様に、プローブ先端のＺ方向の位置についても、すべてのプローブにおいて同一平面上に位置させることは困難であり、ばらつきを有している。このため、プローブを半導体ウェハに接触させる際には、前記アライメントピンのＺ方向の位置を前記認識カメラで認識し、例えば、複数のアライメントピンのうち、最も半導体装置から離れた位置に変位しているピン（ラストコンタクトピン）が電極に接触するまでの移動量を導き出す。この移動量に、所望の接触力を得るために必要なオーバードライブ量をさらに加えた量だけプローブカードと半導体装置とを近づけることで、すべてのプローブが電極と適度な接触を維持できるようにしている。

特公昭６２−３１８２５号公報

しかしながら、プローブは、電極との接触を繰り返すうちに、摩耗等によって先端形状が崩れてしまうという問題を有している。また、多数のプローブのうち、一部のプローブのみをアライメントピンとして用いているため、アライメントピンとそれ以外のプローブとで摩耗の程度が異なったり、先端位置のずれの傾向が異なったりしていると、すべてのプローブにおいて正常な接触が困難になるという問題を有している。

この結果、例えば、アライメントピンとして使用するプローブの先端が摩耗していると、認識カメラによる認識時に誤差を生じてしまい、位置合わせの精度が低くなってしまう。逆に、認識カメラで認識しない他のプローブの先端位置が大きくずれていると、アライメントピンによる位置合わせを行っても、そのプローブ（アライメントピン以外のプローブ）が電極上からずれてしまい正常に接触することができなくなってしまう。

また、Ｚ方向に関しても、アライメントピンとして使用するプローブの先端が大きく摩耗していると、摩耗がさほど進行していない他のプローブにおいて、プローブカードと半導体装置を所定量近づけただけで、その位置に過剰なオーバードライブがかかってしまう。そのため、電極に傷をつけたり、プローブが電極上を滑って電極の外に外れ、オープンやショートの原因になったりする。逆に、アライメントピンと比べて、摩耗が進行している他のプローブがある場合には、その位置において十分な接触を得ることができなくなってしまう。

さらに、加熱手段を備えたステージ上に半導体ウェハを載置し、高温環境下での電気的検査を実施する際には、プローブと電極との接続を繰り返すうちに、電極からプローブに徐々に熱が伝わり、熱膨張によって過剰なオーバードライブが電極に加わってしまう。このため、予めプローブを加熱（プレヒート）した後に、Ｚ方向の位置認識を行う必要が生じるが、プレヒートには多くの時間を要するため、検査効率が低下するという問題を有している。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、プローブの先端が摩耗していたり、所定の位置からずれていたりする場合でも、確実に電極と接触して検査をすることが可能な半導体装置の検査方法及びその検査装置、並びにその検査装置の制御プログラムを提供することにある。

本発明の半導体装置の検査方法は、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査方法であって、前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行うステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずらすステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、前記ＸＹ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、前記ＸＹ方向における好適な位置関係にするステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記半導体装置の電気的検査を行うステップとを有することを特徴とする。

これによれば、認識カメラ等を用いた暫定的な位置合わせを行った後に、プローブカードと半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を少しずつずらしながら導通確認を行うことで、導通可能なＸＹ方向の範囲を特定することが可能となる。その結果、各プローブが対応する電極と接触するために十分にマージンのある好適な位置で検査を行うことが可能となるため、プローブの先端が摩耗していたり、所定の位置からＸＹ方向にずれていたりする場合でも、確実に電極と接触して検査をすることが可能となる。さらに、検査を繰り返すことにより、プローブの摩耗やずれが進行する場合でも、前記マージンを確保しているため、正常な検査を維持することが可能となる。

本発明の半導体装置の検査方法は、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査方法であって、前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置合わせを行うステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、少なくとも１つの前記プローブと前記電極とを接触させるステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずらすステップと、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、前記Ｚ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、前記Ｚ方向における好適な位置関係にするステップと、前記半導体装置の電気的検査を行うステップとを有することを特徴とする。

これによれば、プローブカードと半導体装置のＺ方向の位置関係を少しずつずらしながら導通確認を行うことで、導通可能なＺ方向の範囲を特定することが可能となる。その結果、各プローブが対応する電極と接触する際に、適度な接触力を維持することが可能な好適な位置で検査を行うことが可能となるため、プローブの先端が摩耗していたり、所定の位置からＺ方向にずれていたりする場合でも、確実に電極と接触して検査をすることが可能となる。

さらに、Ｚ方向の好適な位置の決定を、所定の頻度で実施することにより、プローブの摩耗や、加熱による熱膨張が進行した場合においても、接触不良が起こったり、過剰なオーバードライブが電極に加わったりするのを抑制することが可能となる。

本発明の半導体装置の検査装置は、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査装置であって、ＸＹ平面と略平行で、前記半導体装置を載置するための載置台と、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行う暫定位置決定部と、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずつ複数回にわたってずらし、それぞれの位置で、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認する第１の導通確認部と、前記第１の導通確認部による複数回分の導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するＸＹ位置決定部と、前記半導体装置の電気的検査を行う検査部とを有することを特徴とする。

これによれば、前記半導体装置の検査方法と同様の効果を得ることが可能となる。

本発明の半導体装置の検査装置は、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査装置であって、ＸＹ平面と略平行で、前記半導体装置を載置するための載置台と、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置を決定するＸＹ位置決定部と、前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずつ複数回にわたってずらし、それぞれの位置で、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認する第２の導通確認部と、前記第２の導通確認部による複数回分の導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するＺ位置決定部と、前記半導体装置の電気的検査を行う検査部とを有することを特徴とする。

これによれば、前記半導体装置の検査方法と同様の効果を得ることが可能となる。

本発明の検査装置の制御プログラムは、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う検査装置が有するコンピュータに、前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行うステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずらすステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、前記ＸＹ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、前記ＸＹ方向における好適な位置関係にするステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記半導体装置の電気的検査を行うステップとを実行させることを特徴とする。

これによれば、前記半導体装置の検査方法と同様の効果を得ることが可能となる。

本発明の検査装置の制御プログラムは、半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う検査装置が有するコンピュータに、前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置合わせを行うステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、少なくとも１つの前記プローブと前記電極とを接触させるステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずらすステップと、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、前記Ｚ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、前記Ｚ方向における好適な位置関係にするステップと、前記半導体装置の電気的検査を行うステップとを実行させることを特徴とする。

これによれば、前記半導体装置の検査方法と同様の効果を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下に示す構成のすべてが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る半導体装置の検査装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態における検査装置の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、検査装置１０は、テストヘッド２０、プローバ３０及び検査部としてのＬＳＩテスタ４０を有しており、半導体ウェハＷ上に複数形成された半導体装置Ｃの電気的検査を行う。

テストヘッド２０は、テスタ信号ケーブルＬ１を介してＬＳＩテスタ４０と接続されており、電源や信号の授受を行うことが可能になっている。さらに、テストヘッド２０は、パフォーマンスボード２１、インターフェースボード２２を介してプローブカード２３に接続されている。プローブカード２３には、半導体装置Ｃの電極ＰＤの位置に対応して、複数のプローブＰＢが備えられており、プローブＰＢの先端部ＰＢａと電極ＰＤとが接触することによって、ＬＳＩテスタ４０と半導体装置Ｃとが電気的に接続される。

プローバ３０には、半導体ウェハＷを載置するための載置台としてのステージ３１がＸＹＺθの各方向に移動可能に備えられている。ステージ３１の上面は、ＸＹ平面と平行に形成されており、プローバ３０は、ステージ３１を駆動することによって、ステージ３１上に載置された半導体ウェハＷをＸＹＺθの各方向に移動できるようになっている。また、ステージ３１には、図示しない加熱手段が備えられており、必要に応じて半導体ウェハＷを加熱し、高温環境下での電気的検査を行うことができるようになっている。

また、プローバ３０には、２つの認識カメラ３２，３３が備えられている。一方の認識カメラ３２は、ステージ３１の上方に備えられており、ステージ３１を認識カメラ３２の直下に移動させることによって、半導体装置Ｃの表面を撮像することができる。他方の認識カメラ３３は、ステージ３１の下方に備えられており、ステージ３１をプローブＰＢの直下から移動させた状態において、プローブＰＢの先端部ＰＢａを撮像することができる。

さらに、プローバ３０は、制御部３４及び記憶部３５を含むコンピュータを備えている。制御部３４は、ステージ３１の駆動制御や、認識カメラ３２，３３の撮像制御、画像認識、さらに、ＧＰＩＢケーブルＬ２を介してＬＳＩテスタ４０と信号等の授受を行う。また、記憶部３５は、プローバ３０の動作を制御する制御プログラムが記憶されているとともに、測定値の一時記憶等に用いられる。

ＬＳＩテスタ４０には、半導体装置Ｃの電気的検査を行う検査プログラムや検査規格データが格納されている。ＬＳＩテスタ４０は、プローバ３０からＧＰＩＢケーブルＬ２を介して指示を受けると、検査プログラムを実行し、テスタ信号ケーブルＬ１を介して半導体装置Ｃの検査を行う。検査によって得られた測定値等は、検査規格と比較されて良否判定された後、判定結果とともにＧＰＩＢケーブルＬ２を介してプローバ３０に送信される。

次に、検査装置１０において、プローブカード２３と半導体ウェハＷとの位置合わせをする際の動作処理について、図２〜図４を用いて説明する。図２及び図３は、プローブカード２３と半導体ウェハＷとの位置合わせをする際の動作処理を示すフローチャートである。また、図４は、プローブＰＢと電極ＰＤとの接続状態を示す要部の拡大平面図であり、（ａ）は、導通可能な状態を示す図、（ｂ）は、導通異常となる状態を示す図である。

まず、プローバ３０に未検査の半導体ウェハＷが１ロット分（例えば２５枚）収容されたカセット（図示せず）を載置して、処理を開始すると、プローバ３０の記憶部３５に記憶された制御プログラムが、制御部３４によって実行されて、以下の動作処理が行われる。

ステップＳ５１では、プローバ３０が、図示しない搬送機構によってカセットから半導体ウェハＷを取り出し、ステージ３１上に載置して、ステップＳ５２に移行する。

ステップＳ５２では、プローブカード２３と半導体ウェハＷとの初期的な位置関係を決定するための暫定的な位置合わせを行う。なお、この位置合わせは、ステージ３１が認識カメラ３２の直下にある状態で行い、後にステージ３１を移動して、プローブＰＢと半導体装置Ｃ上の電極ＰＤとを対向させた状態におけるそれぞれの位置関係を予測して行うものである。具体的には、ステージ３１が認識カメラ３３の視野を妨げない位置（認識カメラ３２の直下）に移動した状態で、プローバ３０は、認識カメラ３３によってプローブＰＢの先端部ＰＢａを撮像し、その先端位置を認識する。本実施形態では、認識カメラ３３は、すべてのプローブＰＢのうち、４隅にあるプローブＰＢを２本ずつ（合計８本）撮像するものとする（以下、撮像対象となる８本のプローブＰＢをアライメントピンＰＡと呼ぶ）。

次いで、プローバ３０は、ステージ３１が認識カメラ３２の直下にある状態で、半導体ウェハＷの外周近傍にある複数の位置合わせマーク（図示せず）を認識カメラ３２で撮像して、半導体ウェハＷの位置や向きを認識し、ステージ３１をＸ、Ｙ、θの各方向に駆動して半導体ウェハＷの位置や向きを大まかに整える。

次いで、半導体ウェハＷの外周近傍及び略中央に位置する合計５ヶ所の半導体装置Ｃ上に形成されたアライメントマーク（図示せず）を認識カメラ３２で撮像し、半導体ウェハＷの詳細な位置や向きを認識する。プローバ３０は、後にステージ３１をＸＹ方向に所定量移動させてプローブＰＢと電極ＰＤとを対向させた際のアライメントピンＰＡと電極ＰＤとのずれを、撮像した画像から認識（予測）し、その際に各アライメントピンＰＡと電極ＰＤとのずれ量の平均値が最小となるようにステージ３１をＸ、Ｙ、θの各方向に駆動して、半導体ウェハＷの位置や向きを微調整する。以上で暫定的な位置合わせが完了する。

さらに、プローバ３０は、認識カメラ３２，３３による撮像によりアライメントピンＰＡ及びこれに対応する電極ＰＤのＺ方向の位置を認識する。その後、プローバ３０は、最初に検査対象となる半導体装置ＣがプローブＰＢの直下に位置するようにステージ３１をＸＹ方向に所定量移動させて、各アライメントピンＰＡと電極ＰＤとのずれ量の平均値が最小となる位置関係とし、ステップＳ５３に移行する。なお、このときの半導体装置Ｃの位置を、以降の動作処理におけるＸＹ座標の原点（０，０）とする。

ステップＳ５３では、プローブＰＢと半導体装置Ｃ上の電極ＰＤとを接触させて、オープン・ショートチェックを行い、各接点の導通を確認する。具体的には、プローバ３０が、ステージ３１を＋Ｚ方向に移動させ、プローブＰＢに電極ＰＤを接触させる。ここで、本実施形態におけるステージ３１の移動量は、８本のアライメントピンＰＡのうち、摩耗やずれ等により先端が最も＋Ｚ方向に離れた位置にあるアライメントピンＰＡに対応する電極ＰＤが、前記アライメントピンＰＡに接するまでの移動量に、適度な接触力を得るためのオーバードライブ量として３０μｍを加えた量としている。なお、このときのステージ３１のＺ方向の位置を、以降の動作処理における基準位置Ｚ０とする。その後、プローバ３０は、ＧＰＩＢケーブルＬ２を介してＬＳＩテスタ４０に指示を送り、ＬＳＩテスタ４０が各電極ＰＤのオープン・ショートチェックを行う。ＬＳＩテスタ４０は、テスタ信号ケーブルＬ１を介して、各電極ＰＤのダイオード特性を検知したり、出力端子から高レベルと低レベルの電位を交互に出力させたりすることで、プローブＰＢと電極ＰＤが接触していなかったり、隣接する電極ＰＤどうしがプローブＰＢを介して短絡したりしていないかを検出し、ステップＳ５４に移行する。

ステップＳ５４では、プローバ３０は、ステージ３１を下降させて、プローブＰＢと電極ＰＤとが離れた状態とし、さらに、前記オープン・ショートチェックの結果をＬＳＩテスタ４０から受信し、これをプローバ３０の記憶部３５に記憶して、ステップＳ５５に移行する。

ステップＳ５５では、プローバ３０がステージ３１を駆動し、半導体装置Ｃを＋Ｘ方向に所定量ΔＸ（例えば５μｍ）だけ移動させて、ステップＳ５６に移行する。

ステップＳ５６では、ステップＳ５３と同様に、ステージ３１を基準位置Ｚ０まで上昇させて電極ＰＤをプローブＰＢに接続して、オープン・ショートチェックを行い、ステップＳ５７では、ステージ３１を下降させるとともに、前記オープン・ショートチェックの結果をプローバ３０の記憶部３５に記憶して、ステップＳ５８に移行する。

ステップＳ５８では、プローバ３０の制御部３４が、ステップＳ５６におけるオープン・ショートチェックの結果から、オープン又はショートが検出されたか否かを判断する。オープン又はショートが検出されなければステップＳ５５に戻って、半導体装置Ｃをさらに＋Ｘ方向にΔＸだけ移動させて、オープン・ショートチェックを行い、ステップＳ５８にてオープン又はショートが検出されるまでこれを繰り返す。また、オープン又はショートが検出された場合には、ステップＳ５９に移行する。ここで、偏摩耗やずれ等によりプローブＰＢの先端部ＰＢａが所望の位置からＸ方向に変位していても、図４（ａ）に示すように、すべてのプローブＰＢがそれぞれに対応する電極ＰＤに接していれば、オープン又はショートは検出されない。しかし、半導体装置Ｃの＋Ｘ方向への移動を繰り返すうちに、図４（ｂ）に示すように、プローブＰＢ３がこれに対応する電極ＰＤ３から外れてオープンとなったり、或いは、プローブＰＢ３が電極ＰＤ３と電極ＰＤ４の両方に接してショートとなったりする。

ステップＳ５９では、半導体装置ＣがステップＳ５２で定めた原点（０，０）に位置するように、ステージ３１を駆動して、ステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０では、ステージ３１を駆動し、半導体装置Ｃを−Ｘ方向に所定量ΔＸだけ移動させて、ステップＳ６１に移行する。

ステップＳ６１では、ステージ３１を基準位置Ｚ０まで上昇させて電極ＰＤをプローブＰＢに接続させ、オープン・ショートチェックを行い、ステップＳ６２では、ステージ３１を下降させるとともに、前記オープン・ショートチェックの結果をプローバ３０の記憶部３５に記憶して、ステップＳ６３に移行する。

ステップＳ６３では、プローバ３０の制御部３４が、前記オープン・ショートチェックの結果から、オープン又はショートが検出されたか否かを判断する。オープン又はショートが検出されなければステップＳ６０に戻り、半導体装置Ｃをさらに−Ｘ方向にΔＸだけ移動させて、オープン・ショートチェックを行い、ステップＳ６３にてオープン又はショートが検出されるまでこれを繰り返す。また、オープン又はショートが検出された場合には、ステップＳ６４に移行する。

ステップＳ６４では、プローバ３０の制御部３４が、記憶部３５に記憶された複数回分のオープン・ショートチェックの結果を読み出し、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向のそれぞれにおいて、すべてのプローブＰＢと電極ＰＤとが導通可能な範囲を割り出す。そして、その中心位置を、プローブ先端部ＰＢａのＸ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置Ｘｃとして定める。

なお、ステップＳ５３における原点でのオープン・ショートチェックにおいて、オープン又はショートが検出されたか否かに関わらず、次のステップに移行している。さらに、半導体装置ＣをΔＸだけずらしてオープン・ショートチェックを行い、最初にオープン又はショートが検出されるまでこれを繰り返している。このため、原点を含まず、原点からΔＸだけ離れた位置から導通可能範囲が始まる場合にも導通可能範囲を特定することが可能である。

引き続き、プローブ先端部ＰＢａのＹ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置を定める動作を、図３を用いて説明する。

まず、ステップＳ６５において、半導体装置Ｃが（Ｘｃ，０）に位置するように、ステージ３１を駆動する。次に、Ｘ方向の時と同様、さらにステージ３１を駆動して、半導体装置Ｃを＋Ｙ方向に所定量ΔＹ（例えば１０μｍ）だけずらしてオープン・ショートチェックを行い、これをオープン又はショートが検出されるまで繰り返す（ステップＳ６６〜Ｓ６９）。次いで、ステップＳ７０において、半導体装置Ｃが（Ｘｃ，０）に位置するように、ステージ３１を戻した後に、−Ｙ方向にも同様の処理を行う（ステップＳ７１〜Ｓ７４）。これにより、ステップＳ７５では、プローブ先端部ＰＢａのＹ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置Ｙｃが定まる。

以上により、プローブ先端部ＰＢａのＸＹ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）が定まり、この位置は、前記マージンが確保されているため、すべてのプローブＰＢと電極ＰＤとを確実に接続させて電気的検査を実施するうえで、原点（０，０）よりも好適な位置となる。

その後、半導体装置Ｃが（Ｘｃ，Ｙｃ）に位置するようにステージ３１を駆動し（ステップＳ７６）、ＬＳＩテスタ４０によって半導体装置Ｃの電気的検査を実施して（ステップＳ７７）、最初の半導体装置Ｃの電気的検査が完了する。次に、ステージ３１をＸＹ方向に駆動して半導体ウェハＷを所定量移動させ、隣接する半導体装置ＣをプローブＰＢに対向させて、電気的検査を行い、以降、半導体ウェハＷ上のすべての半導体装置Ｃに対して電気的検査を実施する。すべての半導体装置Ｃの検査が終了した後には、搬送機構によってステージ３１上から半導体ウェハＷを取り外し、新たな未検査の半導体ウェハＷをステージ３１上に載置する。半導体ウェハＷを交換した後は、再び半導体ウェハＷ上の位置合わせマークを用いた大まかな位置合わせと、５ヶ所の半導体装置Ｃ上のアライメントマークを用いた詳細な位置認識とを行い、ステージ３１を駆動して最初に検査対象となる半導体装置Ｃを（Ｘｃ、Ｙｃ）に移動した後に、電気的検査を行う。その後、同様にすべての半導体装置Ｃの検査を実施し、これを１ロット分の検査が終了するまで繰り返す。以降、各ロットの最初の半導体ウェハＷを検査する前に、前記フロー（ステップＳ５１〜Ｓ７５）によって、プローブ先端部ＰＢａのＸＹ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を定めた後に、すべての半導体ウェハＷに対して電気的検査を実施する。

以上説明したように、本実施形態の半導体装置の検査方法及びその検査装置、並びにその検査装置の制御プログラムによれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、アライメントピンＰＡを認識カメラ３３で認識して暫定的な位置合わせを行った後に、プローブＰＢと半導体装置ＣのＸＹ方向の位置関係を少しずつずらしながらオープン・ショートチェックを行い、導通可能なＸＹ方向の範囲を特定している。その結果、各プローブＰＢの先端部ＰＢａの位置がＸＹ方向に変位していても、対応する電極ＰＤと接触するために十分にマージンのある位置で検査を行うことが可能となるため、プローブＰＢの先端が摩耗していたり、所定の位置からＸＹ方向にずれていたりする場合でも、確実に電極ＰＤと接触して検査をすることが可能となる。さらに、検査を繰り返すことにより、プローブＰＢの摩耗やずれが進行する場合でも、前記マージンを確保しているため、正常な検査を維持することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を、図５を用いて説明する。本実施形態の検査装置は、第１実施形態と同様の構成を有しているが、プローバ３０の記憶部３５に記憶された制御プログラムには、プローブＰＢと電極ＰＤとをより確実に接続させるために、検査時におけるプローブカード２３と半導体ウェハＷとのＺ方向の好適な位置関係を定める処理が含まれている。また、本実施形態では、ステージ３１に備えられた加熱手段によって半導体ウェハＷを加熱しながら検査を行うものとする。図５は、検査時におけるプローブカード２３と半導体ウェハＷとのＺ方向の位置関係を決定する際の動作を示すフローチャートである。

まず、第１実施形態において、図２及び図３で示した動作処理により、ステップＳ７５まで実施し、プローブ先端部ＰＢａのＸＹ方向の変位に対するマージンが最大となる半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を求めた後に、図５で示した動作処理を行う。

ステップＳ８１では、半導体ウェハＷ上の最初に検査対象となる半導体装置Ｃが（Ｘｃ，Ｙｃ）の位置になるように、ステージ３１を駆動して、ステップＳ８２に移行する。

ステップＳ８２では、ステージ３１を駆動して、半導体装置Ｃを＋Ｚ方向に移動させて、プローブＰＢと電極ＰＤとを接触させる。具体的には、第１実施形態での基準位置Ｚ０に所定量ΔＺ（例えば５μｍ）さらに上昇させた位置にステージ３１を移動して、ステップＳ８３に移行する。

ステップＳ８３では、プローバ３０がＬＳＩテスタ４０に指示をして、各電極ＰＤのオープン・ショートチェックを行い、ステップＳ８４に移行する。

ステップＳ８４では、プローバ３０は、前記オープン・ショートチェックの結果をＬＳＩテスタ４０から受信し、これをプローバ３０の記憶部３５に記憶して、ステップＳ８５に移行する。

ステップＳ８５では、プローバ３０の制御部３４が、前記オープン・ショートチェックの結果から、オープン又はショートが検出されたか否かを判断し、検出されなければステップＳ８６に移行し、検出されればステップＳ８８に移行する。

ステップＳ８６では、ステージ３１のＺ方向の位置が予め設定した上限に達しているかどうかを判断する。本実施形態では、基準位置Ｚ０から３０μｍ上昇させた位置を、その上限位置としている。ここで、上限位置に達していれば、ステップＳ８８に移行し、上限位置に達していなければ、ステップＳ８７に移行する。

ステップＳ８７に移行した場合には、ステージ３１をさらにΔＺだけ上昇させた位置に移動してステップＳ８３に戻り、オープン・ショートチェックを行って、オープン又はショートが検出されるかステージ３１の位置が上限位置に達するまで、これを繰り返す。

ステップＳ８８では、第１実施形態での基準位置Ｚ０からΔＺだけ下降させた位置にステージ３１を駆動して、ステップＳ８９に移行する。

ステップＳ８９では、プローバ３０がＬＳＩテスタ４０に指示をして、各電極ＰＤのオープン・ショートチェックを行い、ステップＳ９０に移行する。

ステップＳ９０では、プローバ３０は、前記オープン・ショートチェックの結果をＬＳＩテスタ４０から受信し、これをプローバ３０の記憶部３５に記憶して、ステップＳ９１に移行する。

ステップＳ９１では、プローバ３０の制御部３４が、前記オープン・ショートチェックの結果から、オープン又はショートが検出されたか否かを判断し、検出されなければステップＳ９２に移行し、検出されればステップＳ９３に移行する。

ステップＳ９２では、ステージ３１の位置をさらにΔＺだけ下降させた位置に移動してステップＳ８９に戻り、オープン・ショートチェックを行い、オープン又はショートが検出されるまで、これを繰り返す。なお、−Ｚ方向は、プローブＰＢと電極ＰＤとが離れる方向であるため、実際には、ショートが検出されることはない。

ステップＳ９３では、プローバ３０の制御部３４が、記憶部３５に記憶された複数回分のオープン・ショートチェックの結果を読み出し、Ｚ方向において、すべてのプローブＰＢと電極ＰＤとが導通可能な範囲を割り出す。さらに、本実施形態では、導通可能範囲の下限位置から＋Ｚ方向に３０μｍ加えた位置を、すべてのプローブＰＢで確実な接続が可能なステージ３１の位置Ｚｃとして定める。なお、この位置Ｚｃは、すべてのプローブＰＢのうち、半導体装置ＣからＺ方向に最も離れた位置に変位しているプローブＰＢにおいても、適度な接触力を得るのに必要な３０μｍのオーバードライブ量が確保できる位置である。このため、８本のアライメントピンＰＡの中で、半導体装置ＣからＺ方向に最も離れた位置に変位しているものを基準に定めた基準位置Ｚ０よりも、すべてのプローブＰＢと電極ＰＤとを確実に接続させて電気的検査をするうえで好適な位置となる。

その後、図３のステップＳ７６に戻り、半導体装置Ｃを第１実施形態で定めた位置（Ｘｃ，Ｙｃ）に移動した後、ステージ３１を位置Ｚｃまで上昇させた状態で電気的検査を行う（ステップＳ７７）。また、このステージ位置Ｚｃを定める動作処理は、第１実施形態と同様、定期的（例えば、１ロット毎）に実施されるが、プローブＰＢが熱膨張することによって電極ＰＤとの接続に影響が出始める時点を実験等によって事前に確認しておき、それよりも早い時点においても、この動作処理を実施するようにしている。

以上説明したように、本実施形態の半導体装置の検査方法及びその検査装置、並びにその検査装置の制御プログラムによれば、前記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、プローブカード２３と半導体ウェハＷのＺ方向の位置関係を少しずつずらしながらオープン・ショートチェックを行い、導通可能なＺ方向の範囲を特定している。その結果、各プローブＰＢが対応する電極ＰＤと確実に接続するために必要なオーバードライブ量が得られる位置で検査を行うことが可能となるため、プローブＰＢの先端部ＰＢａが摩耗していたり、所定の位置からＺ方向にずれていたりする場合でも、確実に電極ＰＤと接触して検査をすることが可能となる。さらに、検査を繰り返すことにより、プローブＰＢの摩耗やずれが進行する場合でも、すべてのプローブＰＢにおいて前記オーバードライブ量が確保されているため、正常な検査を維持することが可能となる。

（２）本実施形態によれば、すべてのプローブＰＢで確実な接続を維持するのに好適なステージ位置Ｚｃを、所定の頻度で決定するとともに、熱膨張による影響が出始める前にも再決定するようにしているため、プローブＰＢの摩耗や、ステージ３１によって加熱された半導体ウェハＷからの伝熱による熱膨張が進行した場合においても、接触不良が起こったり、過剰なオーバードライブが電極ＰＤに加わったりするのを抑制することが可能となる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・前記実施形態では、ステップＳ５８（図２参照）において、最初にオープン又はショートが検出されるまでオープン・ショートチェックを繰り返しているが、これを、複数回続けてオープン又はショートが検出されるまで繰り返すようにしてもよい。

これによれば、原点を含まず、原点から２×ΔＸ以上離れた位置から導通可能範囲が始まる場合にも導通可能範囲を特定することができるようになる。

・前記実施形態において、導通可能範囲が所定値よりも狭かった場合には、検査を中断して、その旨を通知するようにしてもよい。これにより、プローブカード２３のメンテナンスの必要性等を早期に知ることが可能となる。

・前記実施形態では、原点からΔＸずつ動かしてオープン又はショートが検出されるまでオープン・ショートチェックを繰り返しているが、これを、原点からの移動範囲や移動回数を制限して、オープン又はショートの検出の有無に関わらず、その範囲内でチェックを継続するようにしてもよい。

・前記実施形態では、ＸＹ平面において、Ｘ及びＹの２方向のマージンを確認しているが、電極ＰＤが細長い長方形である場合等には、その短辺方向（例えばＸ方向）のみのマージンを確認するようにしてもよい。

・前記実施形態では、ＸＹ平面において、Ｘ及びＹ方向のマージンを確認しているが、例えばＸ軸から４５°傾いた方向等でもよく、前記方向に限定されない。

・前記実施形態では、ステップＳ８９〜Ｓ９２（図５参照）のフローを、最初にオープンが検出されるまで繰り返しているが、これを、すべての電極ＰＤがオープンとなるまで繰り返すようにしてもよい。

これによれば、最初にオープンが検出された位置と、すべての電極ＰＤがオープンとなる位置とから、すべてのプローブＰＢにおけるＺ方向の最大変位差を認識することが可能となり、この変位差が所定値を超えた否かを判断することによって、プローブカード２３のメンテナンスの必要性等を早期に知ることが可能となる。

・前記実施形態では、Ｚ方向のステージ３１の位置Ｚｃの決定（ステップＳ８１〜Ｓ９３）を、ＸＹ方向の半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を決定した後（ステップＳ７５の後）に実施しているが、ＸＹ方向の半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を決定する前（ステップＳ５５の前）に実施するようにしてもよい。この場合、位置Ｚｃを決定するフロー（図５）におけるオープン・ショートチェックを行う際には、半導体装置ＣのＸＹ方向の位置は原点（０，０）とし、位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を決定するフロー（図２、図３）においてオープン・ショートチェックを行う際には、ステージ３１の位置を、既に決定している位置Ｚｃとするのが望ましい。

・前記第２実施形態では、ＸＹ方向における好適な半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）と、Ｚ方向におけるステージ３１の好適な位置Ｚｃとの両方を決定しているが、ＸＹ方向のマージンが十分であれば、ＸＹ方向については、ステップＳ５２で示した認識カメラ３２，３３による位置合わせのみを行うようにしてもよい。

・前記実施形態では、１ロット（半導体ウェハ２５枚）毎に、ＸＹ方向の半導体装置Ｃの位置（Ｘｃ，Ｙｃ）やステージ３１の位置Ｚｃを定めているが、この頻度は１ロット毎に限定されず、電極ＰＤの数やピッチ等に応じて適宜変更可能である。また、位置（Ｘｃ，Ｙｃ）と位置Ｚｃとを異なる頻度で決定してもよい。

なお、特許請求の範囲に記載の暫定位置決定部は、本明細書においては、例えば、ステップＳ５２を実行しているときの制御部３４と、ステージ３１と、認識カメラ３２，３３と、プローブカード２３等とで構成される。特許請求の範囲に記載の第１の導通確認部は、例えば、ステップＳ５５〜Ｓ５８，Ｓ６０〜Ｓ６３，Ｓ６６〜Ｓ６９，Ｓ７１〜Ｓ７４を実行しているときの制御部３４と、ステージ３１と、ＬＳＩテスタ４０と、プローブカード２３等とで構成される。特許請求の範囲に記載のＸＹ位置決定部は、例えば、ステップＳ６４，Ｓ７５を実行しているときの制御部３４に対応する。特許請求の範囲に記載の第２の導通確認部は、例えば、ステップＳ８３〜Ｓ８７，Ｓ８９〜Ｓ９２を実行しているときの制御部３４と、ステージ３１と、ＬＳＩテスタ４０と、プローブカード２３等とで構成される。特許請求の範囲に記載のＺ位置決定部は、例えば、ステップＳ９３を実行しているときの制御部３４に対応する。

本発明に係る検査装置の概略構成を示す模式図。 プローブカードと半導体ウェハとの位置合わせをする際の動作処理（その１）を示すフローチャート。 プローブカードと半導体ウェハとの位置合わせをする際の動作処理（その２）を示すフローチャート。 プローブと電極との接続状態を示す要部の拡大平面図であり、（ａ）は、導通可能な状態を示す図、（ｂ）は、導通異常となる状態を示す図。 検査時におけるプローブカードと半導体ウェハとのＺ方向の位置関係を決定する際の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０…検査装置、２０…テストヘッド、２１…パフォーマンスボード、２２…インターフェースボード、２３…プローブカード、３０…プローバ、３１…載置台としてのステージ、３２，３３…認識カメラ、３４…コンピュータを構成する制御部、３５…コンピュータを構成する記憶部、４０…検査部としてのＬＳＩテスタ、Ｗ…半導体ウェハ、Ｃ…半導体装置、ＰＢ…プローブ、ＰＡ…アライメントピン、ＰＤ…電極、Ｌ１…テスタ信号ケーブル、Ｌ２…ＧＰＩＢケーブル。

Claims (6)

1. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査方法であって、
   前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行うステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずらすステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、
   前記ＸＹ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、
   複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、前記ＸＹ方向における好適な位置関係にするステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記半導体装置の電気的検査を行うステップと、
   を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
2. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査方法であって、
   前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置合わせを行うステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、少なくとも１つの前記プローブと前記電極とを接触させるステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずらすステップと、
   前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、
   前記Ｚ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、
   複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、前記Ｚ方向における好適な位置関係にするステップと、
   前記半導体装置の電気的検査を行うステップと、
   を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
3. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査装置であって、
   ＸＹ平面と略平行で、前記半導体装置を載置するための載置台と、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行う暫定位置決定部と、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずつ複数回にわたってずらし、それぞれの位置で、前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認する第１の導通確認部と、
   前記第１の導通確認部による複数回分の導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するＸＹ位置決定部と、
   前記半導体装置の電気的検査を行う検査部と、
   を有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
4. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う半導体装置の検査装置であって、
   ＸＹ平面と略平行で、前記半導体装置を載置するための載置台と、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置を決定するＸＹ位置決定部と、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずつ複数回にわたってずらし、それぞれの位置で、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認する第２の導通確認部と、
   前記第２の導通確認部による複数回分の導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するＺ位置決定部と、
   前記半導体装置の電気的検査を行う検査部と、
   を有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
5. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う検査装置が有するコンピュータに、
   前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の暫定的な位置合わせを行うステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、所定の方向に所定量ずらすステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、
   前記ＸＹ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、
   複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、ＸＹ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置関係を、前記ＸＹ方向における好適な位置関係にするステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、前記半導体装置の電気的検査を行うステップと、
   を実行させるための検査装置の制御プログラム。
6. 半導体装置に備えられた複数の電極に、プローブカードに備えられた複数のプローブを接触させて電気的検査を行う検査装置が有するコンピュータに、
   前記半導体装置を、ＸＹ平面と略平行な載置台上に載置するステップと、
   前記プローブと前記電極とが互いに対向するように、前記プローブカードと前記半導体装置とのＸＹ方向の位置合わせを行うステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とをＺ方向に近づけて、少なくとも１つの前記プローブと前記電極とを接触させるステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、所定量ずらすステップと、
   前記各プローブと、これに対向する前記電極との導通を確認するステップと、
   前記Ｚ方向の位置関係を所定量ずらすステップ及び前記導通を確認するステップを複数回繰り返すステップと、
   複数回にわたる前記導通を確認するステップにおける導通確認結果に基づいて、Ｚ方向における前記プローブカードと前記半導体装置との好適な位置関係を決定するステップと、
   前記プローブカードと前記半導体装置とのＺ方向の位置関係を、前記Ｚ方向における好適な位置関係にするステップと、
   前記半導体装置の電気的検査を行うステップと、
   を実行させるための検査装置の制御プログラム。
   
   

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