JP2008103528A - 半導体装置の検査方法およびプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】プローブ検査時の温度雰囲気の変化に係わらず、最適なプローブ検査を行うことができる半導体ウェハのプローブカードを提供する。
【解決手段】1枚の半導体ウェハ６上のチップのプローブ検査を行うプローブカード７には、探針８を加熱／冷却する装置を設けている。プローブ検査時にプローブカード７及び探針８の温度が、ウェハ温度と同じなるように制御することにより、温度条件を一定にすることができる。しかして、プローブカード７の探針８が、当該ウェハ６に当接されるときの針圧を全プローブ検査が終了するまで一定に保つことができ、針圧の変化に起因する、探針の接触不良、他の配線等の損傷がなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体検査装置さらにはプローブカードに適用して特に有効な技術に関し、例えば製品化後のチップの使用温度を想定したプローブ検査に利用して有用な半導体装置の検査方法およびプローブカードに関する。

素子が形成された半導体ウェハ上の各チップの特性を検査するに当り、製品化後の使用状態を想定し、これに応じた温度雰囲気中でプローブ検査をして、その良品／不良品を選別するウェハプローブ検査が公知である（特許文献１）。このプローブ検査では、試験に必要な指令信号が、検査装置に接続されたテスタから当該プローブ検査装置に送られるようになっている。そして指令信号を受けたプローブ検査装置は、プローブカードを介して、検査信号を当該ウェハ上のチップに供給し、このときの出力信号を検知するようにしている。この出力信号は、上記プローブカードを介してテスタに入力され、テスタにはこの信号に基いて、チップの特性を解析する。

ところで、上記プローブカードには、複数の入・出力ピン（探針）が設けられており、この探針が、チップ上の各パッドに当接した状態でプローブ検査が行われる。しかして、プローブカードに形成される探針の数には、位置合わせの精度等による制限があり、１回に検査できるチップの数は限られる。そしてこの１回の検査が終了すると、ウェハがステップ移動されて、次のチップに上記探針が当接されて次のプローブ検査が行われる。

このプローブ検査において、検査時の温度条件を変化させると、ウェハが収縮し、これによって探針と、ウェハ上のパッド位置との間にずれが生じる。このため、従来のプローブ検査装置は、上記ステップ移動量を温度変化に応じて補正し、探針が所望のパッドに当るようにしていた。
特開平６−３４９９０９号公報

しかしながら、上述した技術には、次のような問題がある。即ち、高温雰囲気等温度条件を変えてプローブ検査を行った場合には、プローブカードが上下方向に反って、探針が装置内で上下方向にずれたり、探針自体が伸びたりして、検査時にチップのパッドにかかる針圧が変化する。因みに、針圧が大きくなったならば、パッドに生じる針跡が大きくなってこれがパッドから外れてしまい、他の配線パターン等を損傷する虞が生じる。一方、針圧が弱くなったならば、探針とパッド間の接触が不十分（接触不良）となってプローブ検査自体が不能となる。特に、プローブ検査では、ウェハ上の多数のチップに対してその検査を行っているため、仮に、プローブ検査開始初期に最適な針圧となるようにセッティングを行った場合でも、検査が進むにつれてプローブカードの温度が上昇すると、中盤または終盤にはその針圧が最適値とはならない。

かかる不具合を回避すべく、ウェハとプローブカードの双方が充分に暖められた後にウェハアライメントを行うことも考えられるが、かかる手法では、プローブ検査開始までに要する時間が長くなりスループットが著しく低下する。又、１枚のウェハに対するプローブ検査が終了して次のウェハを装置に収納する際には、プローブカードの温度が低下し、再びアライメントをしなければならず、スループットが低下する。

したがって、本発明の目的は、かかる事情に鑑みてなされたもので、プローブ検査時の温後雰囲気の変化に係わらず、最適なプローブ検査を行うことができる半導体装置の検査方法およびプローブカードを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体装置の検査方法は、半導体ウェハのチップの電極部に、プローブカードに形成された探針を当接させて、チップの特性を検査するプローブ検査において、半導体ウェハを加熱若しくは冷却する際に、半導体ウェハの温度変化に応じて、探針の温度が半導体ウェハの温度と同じなるように、探針を加熱若しくは冷却することを特徴する。

請求項２記載のプローブカードは、プローブカード本体と、プローブカード本体に設けられ半導体ウェハのチップの電極部に当接する探針とを有し、チップの特性を検査するプローブ検査に用いるプローブカードであって、半導体ウェハの温度変化に応じて、探針の温度が半導体ウェハの温度と同じなるように、探針を加熱若しくは冷却する温度調整手段を備えたものである。

請求項３記載のプローブカードは、請求項２記載のプローブカードにおいて、温度調整手段として、プローブカード本体に、加熱時に電熱線若しくは高温流体を循環する加熱装置、冷却時に低温流体を循環する冷却装置を備えたものである。

請求項４記載のプローブカードは、請求項２または３記載のプローブカードにおいて、探針はプローブカード本体側に第１針部、第１針部の先端に第２針部をそれぞれ有し、第１針部は第２針部より熱膨張率が高く、第２針部は半導体ウェハのチップの電極部に当接するようにした。

本発明の半導体装置の検査方法によれば、プローブ検査において、半導体ウェハを加熱若しくは冷却する際に、半導体ウェハの温度変化に応じて、探針の温度が半導体ウェハの温度と同じなるように、探針を加熱若しくは冷却するので、半導体ウェハに対する探針の針圧を一定にすることができる。即ち、プローブ検査時に半導体ウェハの温度変化に応じて、プローブカードの探針の温度条件を調整できるので、常に適正なプローブ検査を可能にし、プローブ検査時に発生しがちであった接触不良、素子の損傷が発生しなくなり、且つスループットも向上する。

本発明のプローブカードによれば、半導体ウェハの温度変化に応じて、探針の温度が半導体ウェハの温度と同じなるように、探針を加熱若しくは冷却する温度調整手段を備えたので、プローブ検査装置の温度調整機能により半導体ウェハが加熱若しくは冷却されたとき、その温度変化に応じてプローブカードの温度調整手段が探針を加熱若しくは冷却させるので、ウェハに対する針圧を一定にすることができる。このため、常に適正なプローブ検査を可能にし、プローブ検査時に発生しがちであった接触不良、素子の損傷が発生しなくなり、且つスループットも向上する。

本発明において、請求項３記載のプローブカードによれば、温度調整手段として、プローブカード本体に、加熱時に電熱線若しくは高温流体を循環する加熱装置、冷却時に低温流体を循環する冷却装置を備えたので、プローブ検査温度条件を変更する場合、電熱線または高温流体と低温流体により、直接熱を加えることで、探針の膨張・収縮度合いを加速させ、温度条件化における形状変化を早期確定できる。温度変化によりプローブカードの反りや半導体ウェハ及び探針が膨張・収縮することで形状変化が起こるが、探針の形状変化が最も大きく且つ時間を要するため、直接温度制御可能とすることで、プローブ検査開始までの時間を短縮することができ、スループットが向上する。

本発明において、請求項４記載のプローブカードによれば、探針はプローブカード本体側に第１針部、第１針部の先端に第２針部をそれぞれ有し、第１針部は第２針部より熱膨張率が高く、第２針部は半導体ウェハのチップの電極部に当接するようにしたので、プローブ検査温度条件を変更する場合、温度変化の影響を受け易い第１針部が早期に膨張・収縮し終えるまでの時間が短縮され、つまり検査開始までの時間が短縮されスループットが向上する。また、第２針部の膨張・収縮に対しては、考慮しなくて良くなる。また、針圧の変化に起因する、探針の接触不良、更には他の配線等の損傷がなくなる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施形態におけるプローブ検査装置の概略を示す側面図、図２はそのプローブカードの外観を示す側面図である。

図１に示すように、半導体ウェハ６のチップの電極部に、プローブカード７に形成された探針８を当接させて、チップの特性を検査するプローブ検査において、半導体ウェハ６を加熱若しくは冷却する際に、プローブ検査装置２の温度調整機能により半導体ウェハ６の温度変化に応じて、探針８の温度が半導体ウェハ６の温度と同じなるように、探針８を加熱若しくは冷却する。

この場合、プローブカード７は、プローブカード本体７ａと、プローブカード本体７ａに設けられ半導体ウェハ６のチップの電極部に当接する探針８とを有する。また、プローブ検査装置２の本体中央に収納室３が形成され、プローブカード７、半導体ウェハ６、及びそれらを保持するための器具が設けられている。また、外部には各種動作を操作するための操作パネル９が設けられている。

半導体ウェハ６を保持するための器具として、収納室３の中央に検査対象たる半導体ウェハ６が搭載されるウェハステージ４が設けられている。このウェハステージ４は、その上面に半導体ウェハ６が真空チャック方式で搭載されるもので、テスタ１からの信号により移動するようになっている。

また、プローブカード７を保持するための器具として、収納室３にプローブカード保持部５が設けられている。このプローブカード保持部５にはプローブカード７が取り付けられ、ウェハアライメントを行うことにより、該プローブカード７に設けられた探針（プローブ針）８がウェハステージ４上の半導体ウェハ６の電極部であるパッドに所定の針圧で当接されるようになっている。

このプローブ検査装置２は、半導体ウェハ６上の複数チップをグループ分けし、このグループに属する半導体チップに対して並列同時測定することが可能である。そして、１つのグループに対する検査終了後、次のグループに対して検査を行うべく、ウェハステージ４が移動する。

ところで、図２に示すように、このプローブカード７には探針（プローブ針）８の温度条件を直接変更する探針温度制御装置（温度調整手段）１０を設けている。これは針先方向に開けており、探針８を囲む円柱若しくは円筒の型をしており、内側に電熱線を配している。高温雰囲気等温度条件を変えてプローブ検査を行う場合は、プローブカード検査装置２内の収納室３全体が加熱されることで、半導体ウェハ６及びプローブカード７、探針８を所望の温度にする。
探針温度制御装置１０により探針８をさらに加熱することで、針の膨張は加速される。すなわち、プローブ検査時にプローブカード７及び探針８の温度が、ウェハ温度と同じなるように制御することにより、温度条件を一定にすることができる。しかして、プローブカード７の探針８が、当該ウェハ６に当接されるときの針圧を全プローブ検査が終了するまで一定に保つことができる。

本実施形態によれば、プローブ検査時に半導体ウェハ６の温度変化に応じて、プローブカード７の探針８の温度条件を調整できるので、常に適正なプローブ検査を可能にし、プローブ検査時に発生しがちであった接触不良、素子の損傷が発生しなくなり、且つスループットも向上する。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。

本実施形態では、第１の実施形態において、温度調整手段として、プローブカード本体に、加熱時に電熱線若しくは高温流体を循環する加熱装置、冷却時に低温流体を循環する冷却装置を備えている。

この場合、図３に示すように、プローブカード本体７ａの内部に電熱線１１を通す。プローブ検査温度を上げる場合、電熱線１１に電流を流すことでプローブカード７及び探針８に対して直接加熱される。検査温度条件を変更する場合には、電熱線１１に流す電流量を調整することで、半導体ウェハ６、プローブカード７、及び探針８の温度条件を一定に保ち、且つ温度変化による形状変化を早期確定できる。この構成とすることにより、プローブ検査時の針圧を一定にできる。尚、電熱線１１への電流量はテスタ１からの制御信号に基づいて、調整されるようになっている。

以上説明した第２実施形態のプローブカード７では加熱するために電熱線を用いたが、この電熱線１１を管路１２にしてもよい。この管路１２に高温の流体を循環させることで同じ効果を得られる。また、プローブ検査温度を下げる場合には冷却液等の低温流体を循環させることで、プローブカード７及び探針８の温度条件、また形状変化を早期確定することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のプローブカードによれば、プローブ検査温度条件を変更する場合、探針温度制御装置１０、電熱線１１または管路１２により、直接熱を加えることで、探針８の膨張・収縮度合いを加速させ、温度条件化における形状変化を早期確定できる。温度変化によりプローブカード７の基盤の反りや半導体ウェハ６及び探針８が膨張・収縮することで形状変化が起こるが、探針８の形状変化が最も大きく且つ時間を要するため、直接温度制御可能とすることで、プローブ検査開始までの時間を短縮することができ、スループットが向上する。また、従来手法では検査開始直後は探針８の形状変化が確定していないために発生していた、針圧の変化に起因する、探針の接触不良、更には、他の配線等の損傷がなくなる。当該半導体ウェハ６に当接されるときの針圧を１枚の半導体ウェハに対する全プローブ検査が終了するまで一定に保つことができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図４を参照して説明する。

本実施形態では、第１または２の実施形態において、探針はプローブカード本体側に第１針部、第１針部の先端に第２針部をそれぞれ有し、第１針部は第２針部より熱膨張率が高く、第２針部は半導体ウェハのチップの電極部に当接するようにした。

すなわち、図４に示すように、探針８は２種類の材質により構成されており、第１針部１３と第２針部１４の二段構成とする。
第１針部１３はプローブカード本体７ａ近傍に設けられ、温度変化に敏感で膨張率が高く、第２針部１４とは異なる材質で探針８の大部分を構成する。第２針部１４は第１針部１３の先端部に設けられ、半導体ウェハ６上のパッドと当接することを目的とした従来と同じ材質である。プローブ検査温度条件を変更する場合、第１針部１３がその影響を受け、膨張・収縮する。温度変化の影響を受け易い材質のため、探針８が完全に膨張・収縮するまでの時間が短くなる。第２針部１４を先端のみとすることで、温度変化による第２針部１４の膨張・収縮度合いを最小減にさせる。これにより、第２針部１４の膨張・収縮に対しては、考慮しなくて良くなる。

以上説明したように、本実施形態の探針を有するプローブカードによれば、プローブ検査温度条件を変更する場合、温度変化の影響を受け易い第１針部１３が早期に膨張・収縮し終えるまでの時間が短縮され、つまり検査開始までの時間が短縮されスループットが向上する。また、針圧の変化に起因する、探針の接触不良、更には他の配線等の損傷がなくなる。

本発明にかかる半導体装置の検査方法及びプローブカードは、常に適正なプローブ検査を可能にし、プローブ検査時に発生しがちであった接触不良、素子の損傷が発生しなくなり、且つスループットも向上するという効果を有し、例えば製品化後のチップの使用温度を想定したプローブ検査に有用である。

本発明の実施形態におけるプローブ検査装置の概略を示す側面図である。 本発明の第１実施形態のプローブカードの外観を示す側面図である。 本発明の第２実施形態のプローブカードの外観を示す側面図である。 本発明の第３実施形態のプローブカードの外観を示す側面図である。

符号の説明

１ テスタ
２ プローブカード検査装置
３ 収納室
４ ウェハステージ
５ プローブカード保持部
６ 半導体ウェハ
７ プローブカード
８ 探針（プローブ針）
９ 操作パネル
１０ 探針温度制御装置
１１ 電熱線
１２ 管路
１３ 第１針部
１４ 第２針部

Claims (4)

1. 半導体ウェハのチップの電極部に、プローブカードに形成された探針を当接させて、前記チップの特性を検査するプローブ検査において、前記半導体ウェハを加熱若しくは冷却する際に、前記半導体ウェハの温度変化に応じて、前記探針の温度が前記半導体ウェハの温度と同じなるように、前記探針を加熱若しくは冷却することを特徴とする半導体装置の検査方法。
2. プローブカード本体と、前記プローブカード本体に設けられ半導体ウェハのチップの電極部に当接する探針とを有し、前記チップの特性を検査するプローブ検査に用いるプローブカードであって、前記半導体ウェハの温度変化に応じて、前記探針の温度が前記半導体ウェハの温度と同じなるように、前記探針を加熱若しくは冷却する温度調整手段を備えたプローブカード。
3. 前記温度調整手段として、プローブカード本体に、加熱時に電熱線若しくは高温流体を循環する加熱装置、冷却時に低温流体を循環する冷却装置を備えた請求項２記載のプローブカード。
4. 前記探針はプローブカード本体側に第１針部、前記第１針部の先端に第２針部をそれぞれ有し、前記第１針部は第２針部より熱膨張率が高く、前記第２針部は前記半導体ウェハのチップの電極部に当接するようにした請求項２または３記載のプローブカード。

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