JP2006237378A - ウェハプローバおよびウェハ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブカードを用いたウェハ検査の効率化を図る。
【解決手段】複数のプローブを備えるプローブカード１０を用いてウェハ２０の検査を行うウェハプローバの制御部５は、プローブカード１０の各プローブを、ウェハ２０上に形成された各接続パッドに接触させて所定の各接続パッド間の電気特性を計測する計測操作を、プローブカード１０とウェハ２０との、ウェハ２０の表面に沿う方向の位置を変化させて複数回実行する。制御部５は、各計測操作時に各プローブがどの接続パッドに接触したかを記憶するショット記憶部８と、その際の各接続パッド上での接触位置を記憶するコンタクト位置記憶部９の記憶情報に基いて、複数の計測操作時に、各プローブが各接続パッドの、同一の位置に接触しないように、プローブカード１０とウェハ２０の、ウェハ２０の表面に沿う方向の位置を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ上に形成された複数のチップに対して、それらのパッドに自動的にプローブを接触させ、チップの特性試験を行うウェハプローバに関する。

一般に、半導体製造プロセスにおいては、図６に示すように、通常円板状のウェハ５０の表面に、複数のチップ５１を構成する素子や導体パターンが作り込まれる。このように素子や導体パターンが作り込まれたウェハ５０は、その後、所定のラインに沿って切り離されて、製品となる通常矩形の各チップ５１が得られる。このような半導体製造プロセスにおいては、チップ５１を切り離す前に、ウェハプローバを用いて、ウェハ５０上に形成されたチップ５１の特性を測定し、不良のチップ５１の有無を検査することが知られている。

ウェハプローバとしては、チップ５１に形成された、通常アルミ製の複数の接続パッドに接触するように、所定の平面パターンでプローブが形成されたプローブカードを利用した構成のものが知られている。このウェハプローバは、プローブカードを、各チップ５１の接続パッドの所定の位置に各プローブが接触するように、ウェハ５０に対して精密に位置決めし、各接続パッド間の電気特性を測定して各チップ５１の検査を行う。

プローブカードは、通常、ウェハ５０よりも小さいので、その後、ウェハプローバは、ウェハ５０の他の領域のチップ５１の検査を行うために、ウェハ５０に対するプローブカードの相対位置を変化させて、複数回のショットの測定が行われる。この際、複数回のショットの測定を行うことによって、プローブが、同一の接続パッドの同一の位置に複数回接触すると、接続パッドに大きな傷ができ、場合によっては接続パッドが剥がれ、そのチップ５１を搭載基板などに良好に接続できなくなるといった問題が生じる恐れがある。

これを避けるため、従来のウェハプローバでは、プローブカードの、ウェハ５２に対する配置を、各ショット間で同一の接続パッドにプローブが接触しないように変化させて検査が行われている。また、特許文献１には、ウェハの製造工程において、常温、高温、および低温の状態などで複数回の機能試験を行う際などに、接続パッドの同一の位置にプローブが接触することによる悪影響を避けるため、プローブの形成パターンが、接続パッド上への接触位置がずれるように変化させられた複数のプローブカードを用いる技術が開示されている。
特開昭６０−１１７６３８号公報

上述のように、従来技術においては、各ショットの測定時におけるプローブカードの、ウェハ５０に対する配置パターン（ウェハショットパターン）を、ウェハ上の、プローブカードが覆う領域が複数のショット間で重ならないパターンとして検査が行われている。図６の矩形の枠線は、このようなウェハショットパターンの一例を示している。すなわち、各枠が、１ショットの検査時のプローブカードの配置位置を示している。

図６に示す例では、ウエハプローブがウェハ５０の縁付近の領域上に位置した状態での検査では、１シュットの検査で、比較的少数のチップ５１に対してしか検査を行うことができない。また、ウェハ５０とプローブカード５２の大きさによっては、さらに極少数のチップ５１のために１ショットの検査を行う必要が生じることが考えられる。このように、ウェハショットパターンの自由度が低いために、検査が非効率になる場合がある。

本発明の目的は、プローブカードを用いたウェハ検査の効率化を図ることにある。

上述の目的を達成するため、本発明のウェハプローバは、ウェハ上に形成された複数の半導体チップの接続パッドに同時に接触させることができる所定のパターンで配置された複数のプローブを備えるプローブカードと、プローブカードとウェハとの相対位置を、各プローブが各接続パッドに接触する位置と、接続パッドから離れる位置との間で変化させる手段と、プローブカードとウェハとの相対位置を、ウェハの表面に沿う方向に変化させる手段と、プローブカードとウェハとの相対位置を変化させる両手段の動作を制御し、プローブカードの各プローブを各接続パッドから離し、プローブカードとウェハの、ウェハの表面に沿う方向の位置を調節してプローブカードの各プローブを所定の各接続パッドに接触させ、所定の各接続パッド間の電気特性を計測する計測操作を実行する制御部とを有し、制御部は、プローブカードとウェハとの、ウェハの表面に沿う方向の位置を変化させた状態での複数の計測操作を、設定されたパターンに従って実行し、制御部は、各計測操作時に、各プローブの、各接続パッド上への接触位置が、前回までの計測操作の間にプローブの接触回数が既に所定回数に達している位置のいずれからもずれた位置になるように、プローブカードとウェハとの相対位置を調節して計測操作を実行することを特徴とする。

本発明によれば、ウェハショットパターンを、複数の計測操作時に同一の接続パッドにプローブが接触するように設定しても、プローブが、同一の接続パッドに所定回を越えて接触する場合、プローブの、接続パッドへの接触位置が、所定回数を越える計測操作で同一にならないように自動的に調節される。それによって、プローブを、所定回数を越えて同一の接続パッドに接触させる場合であっても、接続パッドへの、プローブの接触によるダメージを抑制することができる。したがって、接続パッドのダメージを抑制しながら、ウェハショットパターンの自由度を高めることができ、ウェハショットパターンを適切に設定して検査の効率化を図ることが可能となる。

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に示すように、本実施形態のウェハプローバは、検査するウェハ２０を載置するウェハステージ１と、ウェハステージ１の上方の所定の位置に支持されたプローブカード１０を有している。また、ウェハプローバは、所定のプログラムに基いて、各部を動作制御する制御部（コンピュータ）５を有している。

ウェハステージ１はアンプ２よって精密に位置調節可能である。ウェハステージ１の位置は、位置エンコーダ３によって検出される。また、ウェハ２０上には、所定の位置にアライメントマーク２５が予め形成されており、アライメントマーク２５の位置が、カメラ４および画像認識部７を介して検出される。これらの検出信号はコントローラ６に入力され、コントローラ６は、これらの入力信号に基いてアンプ２を動作させ、ウェハステージ１上に支持されたウェハ２０の位置を所定の位置に調節することができる。

ウェハ２０上には、図２に模式的に示すように、複数のチップ２１が形成されている。各チップ２１には、搭載基板などへの電気的な接続に用いることができる接続パッド２２（図３参照）が所定のパターンで形成されている。

プローブカード５は、ウェハ１０よりは小さいが、ウェハ１０上に形成された複数のチップ２１上を覆うことができる平面サイズを有している。プローブカード５の、ウェハステージ１に対面する面には、各チップ２１の所定の各接続パッド２２に対応する平面パターンでプローブ１１（図３参照）が形成されている。すなわち、プローブカード５に対する、ウェハステージ１上に支持されたウェハ２０の、その表面に平行な方向の位置を所定の位置に調整した状態で、プローブカード５とウェハステージ１とを近付けた時に、各プローブ１１が、例えば、図３（ｂ）の符号２３で示す、各接続パッド２２の中央の所定の位置に接触するようになっている。

プローブカード１０とウェハ２０との、ウェハ２０の表面に沿う方向の相対位置は、前述のウェハステージ１によって精密に調整することができる。また、ウェハステージ１の動作によって、プローブカード１０とウェハ２０とを、プローブカード１０のプローブ１１とウェハ２０上の接続パッド２２とが接触する位置と、両者が離れる位置とに調節可能とすることができる。あるいは、プローブカード１０を、適切なアクチュエータによって、ウェハステージ５の、ウェハ１０の支持面に対して、近付けたり離したりできるように支持してもよい。

また、図示していないが、ウェハプローバは、各プローブ１１間の電気特性を計測するテスタ部を有している。詳細には説明しないが、制御部５は、このテスタ部を動作させてプローブカード５の、予め設定された所定のプローブ１１間の、したがって各チップ２１の所定の接続パッド２２間の電気特性を計測する機能を有し、また、その計測結果から、各チップ２１に不良が無いかどうかを判定する機能を有することができる。さらに、制御部５は、各計測の開始時にアンプ２などを動作させて、予め設定された、プローブカードの、各計測時の配置のパターン、すなわちウェハショットパターンにしたがって、ウェハステージ１上に支持されたウェハ２０とプローブカード１０との相対位置を調整し、計測を行い、これを順次繰り返して、ウェハ２０上の所定のチップ２１の全てについて計測を行う機能を有し、また同時に不良判定を行う機能を有することができる。

次に、本実施形態のウェハプローバによるウェハ検査の一例について説明する。

ウェハプローバは、前述のように、ウェハステージ１を、予め設定されたウェハショットパターンにしたがって順次移動させて複数回のショットの計測を順次行う。図２には、この際の、各ショットの計測時に、プローブカード１０がウェハ２０に対して占める位置を矩形の枠線で示している。

各ショットの計測は、例えば、図２の左上の枠線で示す位置から隣接する位置へと順に行われる。この時、図２の上方に位置する６つの枠線で示す、プローブカード１０の、各計測時にウェハ２０上で占める各領域は、互いに重ならないように設定されている。

一方、図２の下方に位置する２つの枠線で示す、プローブカード１０の、各計測時にウェハ２０上で占める各領域は、符号２６によって示す領域において、それより上方に位置する枠線で示す領域と重なっている。すなわち、符号２６で示す領域内に位置するチップ２１に対しては、その接続パッド２２にプローブ１１が２回接触することになる。

この際、本実施形態のウェハプローバは、図２の下方に位置する２つの枠線で示す位置での計測時には、各プローブ１１が、各接続パッド２２上において、前回までの計測時に接触した位置とは少しずれた位置に接触するように、ウェハ２０に対するプローブカード１０の位置を適切に調節する。すなわち、例えば、図２の上方の６つの枠線で示す位置での計測時には、各プローブ１１は、図３（ｂ）に符号２３で示す、接続パッド２２の中央部に接触させられ、一方、図２の下方の２つの枠線で示す位置での計測時には、プローブ１１は、図３（ｂ）に符号２４で示す、接続パッド２２の中央から図３（ｂ）での上方に少しずれた位置に接触させられる。

このように、同一の接続パッド２２にプローブ１１を接触させる場合、プローブ１１の、接続パッド２２に対する接触位置をずらすことによって、接続パッド２２にプローブ１１が接触することによって生じる、接続パッド２２の傷が広がったり、さらには接続パッド２２の大きな部分が剥がれてしまったりするのを抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、チップ２１の接続パッド２２を損なうことなく、ウェハショットパターンを、プローブカード１０が、ウェハ５０に対して占める領域が複数のショットの計測時に重なるように設定することが可能になり、ウェハショットパターンの自由度を高めることができる。それによって、ウェハプローバの操作者は、ウェハショットパターンを、ウェハ２０およびプローブカード１０の大きさなどに応じて適切に設定し、検査の効率化を図ることができる。例えば、図２に示す例では、同様のウェハ５０に対して検査を行うのに、図５に示す従来例では９ショットの計測が必要であるのに対して、８ショットの計測で済んでおり、検査の効率化が図られている。

なお、上記では、検査工程において、符号２６によって示す領域の接続パッド２２に、プローブ１１が２回接触する例を示したが、プローブカード１０の配置パターンを、プローブ１１が同一の接続パッド２２に３回以上接触するように設定できるようにしてもよい。この場合、プローブ１１の、同一の接続パッド２２への３回以上の各接触の位置が全て異なるように接触位置をずらすことができる。

次に、上記のように、プローブ１１を、複数回のショットの計測時に同一の接続パッド２２に接触させる場合に、プローブ１１の、接続パッド２２への接触位置を、各ショット間でずらす制御をする制御部５の、より具体的な構成について説明する。

図１に示す本実施形態の構成では、制御部５は、ショット情報記憶部８およびコンタクト位置記憶部９を有している。コントローラ６は、各ショットの特性計測を行った時に、特性計測を行ったチップ２１、すなわち、特性計測を行う時に、プローブカード５のプローブ１１を接触させたチップ２１が、ウェハ２０上のどのチップ２１であるかをショット情報記憶部８に記憶する。同時に、コントローラ６は、各プローブ１１を各接続パッド２２のどの位置に接触させたかをコンタクト位置記憶部９に、ショット情報記憶部８の情報と関連付けて記憶する。この際、接触位置は、例えば、接続パッド２２の中央の位置を基準位置として、基準位置からのオフセット方向とオフセット距離という形で記憶することができる。

そして、コントローラ６は、各ショットの計測後、ウェハショットパターンにしたがって、次のショットの計測位置にウェハステージ１を移動させる。この際、ショット情報記憶部８の情報を読み出して、次の計測位置において計測を行うチップ２１が、ショット情報記憶部８に記憶された、前回までのショットの計測時に計測が行われたチップ２１を含んでいるかどうかを判定する。その結果、前回までのショットの計測時に計測が行われたチップ２１が、次に計測を行うチップ２１に含まれている場合には、次に、コンタクト位置記憶部９から、前回までのショットの計測時に、各プローブ１１を接触させた、各接続パッド２２上での位置の情報を読み出し、その位置に重ならないように、オフセット方向およびオフセット距離を選定する。

この選定は、例えば、前に１回もプローブ１１を接触させていない場合には、オフセットが０となるようにしておき、次回の計測を行うチップ２１に、プローブ１１を１回接触させたチップ２１のみが含まれている場合には、オフセット方向を上方向に設定し、２回接触させたチップ２１が含まれる場合には、オフセット方向を下方向に設定し、３回接触させたチップ２１が含まれる場合には、オフセット方向を右方向に設定するといった具合に、予め設定しておくことができる。あるいは、オフセット方向およびオフセット距離の、複数の所定の候補のうち、接続パッド２２の同一位置にプローブ１１が接触しない候補の中からランダムにどれかを選定するようにしてもよい。

そして、コントローラ６は、選定されたオフセット方向およびオフセット距離を考慮して、ウェハステージ１の移動位置を算出し、ウェハステージ１の移動処理を行う。すなわち、ウェハショットマップに応じて決まる標準の位置から、選定されたオフセット方向およびオフセット距離だけずれた位置が次のショットの計測におけるプローブカード１０の位置となる。

この構成によれば、ウェハプローバの操作者は、比較的簡易なウェハショットマップの設定、すなわち各ショットの計測時の標準位置を決める大まかな設定（例えば、各計測ショットにおいてプローブ１１を接触させるチップ２１をどの領域のチップ２１にするかの設定）をすることで、プローブ１１の複数回の接触によって接続パッド２２が損なわれるのを回避しながら、検査を実行することができる。すなわち、操作者がショットマップを自由に設定すれば、コントローラ６によって、各接続パッド２２の同一個所へのプローブ１１の接触が自動的に回避される。したがって、操作者は、各チップ２１の接続パッド２２にプローブ１１が複数回接触するかどうかを考慮してウェハショットマップを選定したり、複数回接触する場合に接続パッド２２の同一個所にプローブ１０が接触するのをどのように回避するかを設定したりする必要がない。

次に、図４に制御部５の、他の構成例を示す。

図４に示す例では、制御部５は、カメラ４から画像認識部７を介して入力される画像信号から、プローブ１１との接触によって接続パッド２２上に形成されたプローブ針痕の位置を算出するコンタクト位置演算部３０を有している。各ショットの計測時、コンタクト位置演算部３０は、次のショットにおいてプローブカード１０のプローブ１１が接触する各接続パッド２２上にプローブ針痕が形成されているかどうかの判定、およびプローブ針痕の、各接続パッド２２上での形成位置の算出を行う。

コントローラ６は、コンタクト位置演算部３０からの入力に基いて、次のショットにおいてプローブカード１０のプローブ１１が接触する接続パッド２２にプローブ針痕がある場合には、各接続パッド２２に対して、それらのプローブ針痕がある位置からずれた位置にプローブ１１が接触するように標準位置からずらしてウェハステージ１を移動させ、計測処理を行う。この際の、位置をずらす処理は、図１の構成の場合と同様に、例えば、予め設定されたオフセット方向およびオフセット距離の候補に基いて実行することができる。

図５に制御部５の、さらに他の構成例を示す。

図５に示す構成では、制御部５は、ウェハ２０上の各チップ２１について、そのチップ２１にプローブ１１を接触させた回数を記憶するチップ情報記憶部４０を有している。この構成では、コントローラ６は、各ショットの計測時、次のショットにおいてプローブカード１０のプローブ１１を接触させる各チップ２１について、そのチップ２１へのプローブ１１の接触回数を読み込む。そして、コントローラ６は、次のショットにおいてプローブカード１０のプローブ１１を接触させるチップ２１のうち、接触回数の最も多いものの接触回数に基いて、接続パッド２２上の、次のショットにおいてプローブ１１を接触させる位置を選定する。すなわち、例えば、前回までの接触回数が０回の時には接続パッド２２の中央、１回の時には、中央から所定のオフセット距離だけ上方にずれた位置というように、計測前の接触回数毎に異なる接触位置を予め設定しておくことができる。

計測ショット後には、その計測時にプローブ１１を接触させた各チップ２２について、チップ情報記憶部４０に記憶された接触回数の情報を、プローブ１１を接触させたチップ２１のうち、前回までの計測における接触回数の最も多かったものの接触回数に１を加えた値に書き換える。このようにすることによって、同一の接続パッド２２の、同一の位置にプローブ１１が複数回接触するのを回避することができる。

以上説明した実施形態およびその変形例は、本発明を例示するものであり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記では、接続パッド１１の同一の位置にプローブ１１が接触するのを回避する構成を示したが、例えば同一位置への２回までの接触は許容し、３回以上の接触を避ける構成としてもよい。あるいは、接続パッド２２上に形成されたプローブ針痕の画像に基いて、プローブ針痕が所定以上に大きくなった場合に、プローブ１１の、その接続パッド２２の位置への接触を回避する構成としてもよい。

本発明の一実施形態のウェハプローバの概略構成を示すブロック図である。 図１のウェハプローバによって検査を行うウェハの平面図であり、プローブカードの、各計測時の配置のパターンを合わせて示している。 （ａ）は、図１のウェハプローバによって、ウェハに形成された接続パッドにプローブを接触させている状態を示す側面図、（ｂ）はプローブの接触位置を示す平面図である。 図１の変形例のウェハプローバの概略構成を示すブロック図である。 図１の、他の変形例のウェハプローバの概略構成を示すブロック図である。 ウェハプローバによって検査を行うウェハの平面図であり、従来例のウェハプローバによるプローブカード、各計測時の配置のパターンを合わせて示している。

符号の説明

１ ウェハステージ
２ アンプ
３ 位置エンコーダ
４ カメラ
５ 制御部
６ コントローラ
７ 画像認識部
８ ショット情報記憶部
９ コンタクト位置記憶部
１０ プローブカード
１１ プローブ
２０，５０ ウェハ
２１，５１ チップ
２２ 接続パッド
２５ アライメントマーク
３０ コンタクト位置演算部
４０ チップ情報記憶部

Claims (6)

1. ウェハ上に形成された複数の半導体チップの接続パッドに同時に接触させることができる所定のパターンで配置された複数のプローブを備えるプローブカードと、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を、前記各プローブが前記各接続パッドに接触する位置と、前記接続パッドから離れる位置との間で変化させる手段と、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を、前記ウェハの表面に沿う方向に変化させる手段と、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を変化させる前記両手段の動作を制御し、前記プローブカードの前記各プローブを前記各接続パッドから離し、前記プローブカードと前記ウェハの、前記ウェハの表面に沿う方向の位置を調節して前記プローブカードの前記各プローブを所定の前記各接続パッドに接触させ、所定の前記各接続パッド間の電気特性を計測する計測操作を実行する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記プローブカードと前記ウェハとの、前記ウェハの表面に沿う方向の位置を変化させた状態での複数の前記計測操作を、設定されたパターンに従って実行し、
   前記制御部は、前記各計測操作時に、前記各プローブの、前記各接続パッド上への接触位置が、前回までの前記計測操作の間に前記プローブの接触回数が既に所定回数に達している位置のいずれからもずれた位置になるように、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を調節して前記計測操作を実行するウェハプローバ。
2. 前記制御部は、前記プローブが、同一の前記接続パッドの同一個所に２回以上接触しないように、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を調節する、請求項１に記載のウェハプローバ。
3. 前記制御部は、前記各計測操作時に前記プローブが接触する前記接続パッドの情報を記憶部に記憶し、前記各計測操作の開始時に、前記記憶部から読み出した情報に基いて、前記プローブが当該計測操作時に接触する前記各接続パッドについて、前記各プローブが、前記各接続パッド上の、前回までの前記計測操作の間に前記プローブの接触回数が既に前記所定回数に達している位置のいずれからもずれた位置に接触するように、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を調節する、請求項１または２に記載のウェハプローバ。
4. ウェハ上に形成された複数の半導体チップの接続パッドに同時に接触させることができる所定のパターンで配置された複数のプローブを備えるプローブカードと、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を、前記各プローブが前記各接続パッドに接触する位置と、前記接続パッドから離れる位置との間で変化させる手段と、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を、前記ウェハの表面に沿う方向に変化させる手段と、
   前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を変化させる前記両手段の動作を制御し、前記プローブカードの前記各プローブを前記各接続パッドから離し、前記プローブカードと前記ウェハの、前記ウェハの表面に沿う方向の位置を調節して前記プローブカードの前記各プローブを所定の前記各接続パッドに接触させ、所定の前記各接続パッド間の電気特性を計測する計測操作を実行する制御部と、
   前記プローブが前記接続パッドに接触することによって前記接続パッド上に形成されるプローブ針痕の位置を、前記ウェハの撮像画像に基いて判定する手段とを有し、
   前記制御部は、前記プローブカードと前記ウェハとの、前記ウェハの表面に沿う方向の位置を変化させた状態での複数の前記計測操作を、設定されたパターンに従って実行し、
   前記制御部は、前記各計測操作の開始時に、前記プローブ針痕の位置を判定する手段を動作させて、前記各プローブが当該計測操作時に接触する前記各接続パッドについての、前記プローブ針痕の位置の情報を獲得し、該情報に基いて、前記各プローブが、当該計測操作時に接触する前記各接続パッドについて、前記プローブ針痕が形成された位置のいずれからもずれた位置に接触するように、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を調節するウェハプローバ。
5. プローブカードに形成された複数のプローブを、ウェハ上に形成された複数の半導体チップの各接続パッドに同時に接触させて、所定の前記各接続パッド間の電気特性を計測する計測操作を、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を、設定されたパターンにしたがって自動的に変化させて複数回実行するウェハ検査方法であって、
   前記各計測操作時に、前記各プローブの、前記各接続パッド上への接触位置が、前回までの前記計測操作の間に前記プローブの接触回数が既に所定回数に達している位置のいずれからもずれた位置になるように、前記プローブカードと前記ウェハとの相対位置を調節して前記計測操作を実行するウェハ検査方法。
6. 請求項５に記載のウェハ検査方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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