JP2008203169A

JP2008203169A - 半導体測定装置

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Publication number: JP2008203169A
Application number: JP2007041731A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Murayama; 嘉浩村山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】半導体集積回路の評価時において半導体チップに外付け部品を接続したり接続関係を変更したりする必要が生じた場合においても、検査時と同一のプローブカードを使用できる半導体測定装置を提供する。
【解決手段】この半導体測定装置は、ウエハを搭載するためのウエハステージと、下面に、複数のパッドにそれぞれ接触する複数のプローブ針が固定され、上面に、内部に複数の導電性弾性部材が延在する溝と、検査装置に接続されるランドとが形成されたプローブカードと、プローブカードの溝に挿入される凸部を有するソケットとを具備し、ソケットがプローブカードに装着されたときに、プローブ針とランドとの間に電子部品が接続されるか、又は、複数のプローブ針の内の２つ以上が短絡され、ソケットがプローブカードから脱離されたときに、複数の導電性弾性部材によってプローブ針とランドとが短絡される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板（ウエハ）内に形成された半導体チップの評価又は検査を行う際に、プローブ針を用いて半導体チップの電気的特性を測定するために用いられる半導体測定装置に関する。

半導体集積回路の量産検査時において、半導体チップの電気的特性を測定するためには、多数のプローブ針をプローブカード上に立てて、プローブ針の先端を半導体チップ内に形成された多数のパッドにそれぞれ接触させ、プローブカードに形成された多数の配線パターンを介してプローブ針に接続された検査装置（ＬＳＩテスタ等）と半導体チップとの間で信号を入出力することが一般的に行われている。

しかしながら、半導体集積回路の個別評価時においては、半導体チップに外付け部品を接続したり、半導体チップとＬＳＩテスタとの間の接続関係を変更したりする必要が生じる場合がある。そのような場合には、量産検査時と同一のプローブカードを使用することができず、配線を変更した特別なプローブカードを用意しなければならないので、非常に不便であった。

関連する技術として、特許文献１には、外付け抵抗部品によって空きピンと空きピンとを接続する作業や、空きピンをシールドする作業の軽減を図り、かつ、反射ノイズやクロストーク等のノイズを除去するための余分な多数の空きピンを接続部から排除して、接続部の小型化を図った半導体測定装置が開示されている。

この半導体測定装置は、半導体チップの信号特性を測定する測定部と、半導体チップと測定部との間に介在し、半導体チップと測定部との間で信号を入出力する接続部とを有し、接続部が、半導体チップの入出力端子に接続される複数の半導体チップ側ピンと、測定部の入出力端子に接続される複数の測定部側ピンとを備え、全ての半導体チップ側ピンと測定部側ピンとが１対１で対応し、かつ、接続部の内部に設けられた信号線によって接続され、接続部の内部に設けられた各信号線が１Ω以上の抵抗値を有している。

これにより、接続部の内部に設けられた各信号線自体が、半導体チップと測定部との間で入出力される信号を通す際に、反射ノイズやクロストークノイズ等のノイズを除去する手段として機能するので、外付け抵抗部品によって空きピンと空きピンとを接続する作業や、空きピンをシールドする作業が不要となる。しかしながら、特許文献１には、半導体集積回路の量産検査時と個別評価時とにおいて同一のプローブカードを使用することに関しては、特に開示されていない。
特開２００７−１０４０８（第１、２、５頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、半導体集積回路の個別評価時において、半導体チップに外付け部品を接続したり、半導体チップとＬＳＩテスタとの間の接続関係を変更したりする必要が生じた場合においても、量産検査時と同一のプローブカードを使用できる半導体測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る半導体測定装置は、複数の回路素子及び複数のパッドが形成された半導体チップを含むウエハを搭載するためのウエハステージと、ウエハステージと対向して設置されるプローブカードであって、ウエハステージと対向する第１の面に、複数のパッドにそれぞれ接触する複数のプローブ針が固定され、第１の面と反対側の第２の面に、各々の内部に複数の導電性弾性部材が延在する複数の溝と、検査装置に接続される複数のランドとが形成されたプローブカードと、プローブカードの複数の溝にそれぞれ挿入される複数の凸部を有するソケットとを具備し、ソケットがプローブカードに装着されたときに、複数のプローブ針の内の少なくとも１つと複数のランドの内の少なくとも１つとの間に電子部品が接続されるか、又は、複数のプローブ針の内の２つ以上が短絡され、ソケットがプローブカードから脱離されたときに、複数の導電性弾性部材によって複数のプローブ針の内の少なくとも１つと複数のランドの内の少なくとも１つとが短絡される。

ここで、プローブカードの第２の面に、内部に第１の導電性弾性部材及び第２の導電性弾性部材が延在する第１の溝と、内部に第３の導電性弾性部材及び第４の導電性弾性部材が延在する第２の溝が形成されており、第１の導電性弾性部材が複数のプローブ針の内の１つに電気的に接続され、第２の導電性弾性部材と第３の導電性弾性部材とが互いに電気的に接続され、第４の導電性弾性部材が複数のランドの内の１つに電気的に接続されており、ソケットが、第１及び第２の溝にそれぞれ挿入される２つの凸部を有する絶縁部材と、絶縁部材の一端に形成された第１の導電膜と、絶縁部材の他端に形成された第２の導電膜と、第１の導電膜と第２の導電膜との間に接続された電子部品とを含み、ソケットがプローブカードに装着されたときに、第１の導電性弾性部材と第４の導電性弾性部材との間に第１及び第２の導電膜を介して電子部品が接続され、ソケットがプローブカードから脱離されたときに、第１の導電性弾性部材と第２の導電性弾性部材とが接触し、かつ、第３の導電性弾性部材と第４の導電性弾性部材とが接触するようにしても良い。
以上において、電子部品が、抵抗と、コンデンサと、コイルと、フィルタとの内の少なくとも１つを含むようにしても良い。

あるいは、プローブカードの第２の面に、内部に第１の導電性弾性部材及び第２の導電性弾性部材が延在する第１の溝と、内部に第３の導電性弾性部材及び第４の導電性弾性部材が延在する第２の溝と、内部に第５の導電性弾性部材が延在する第３の溝とが形成されており、第１の導電性弾性部材が複数のプローブ針の内の１つに電気的に接続され、第２の導電性弾性部材と第３の導電性弾性部材とが互いに電気的に接続され、第４の導電性弾性部材が複数のランドの内の１つに電気的に接続され、第５の導電性弾性部材が複数のプローブ針の内の他の１つに電気的に接続されており、ソケットが、第１〜第３の溝にそれぞれ挿入される３つの凸部を有する絶縁部材と、絶縁部材上に形成された導電膜とを含み、ソケットがプローブカードに装着されたときに、第１の導電性弾性部材と第３の導電性弾性部材と第５の導電性弾性部材とが導電膜を介して互いに接続され、ソケットがプローブカードから脱離されたときに、第１の導電性弾性部材と第２の導電性弾性部材とが接触し、かつ、第３の導電性弾性部材と第４の導電性弾性部材とが接触するようにしても良い。
以上において、ソケットが、プローブカードを４つの領域に等分割した内の１つの領域において装着可能となっていても良い。

本発明によれば、プローブカードにソケットを装着して接続状態を変更することにより、半導体集積回路の個別評価時において半導体チップに外付け部品を接続したり半導体チップとＬＳＩテスタとの間の接続関係を変更したりする必要が生じた場合においても、量産検査時と同一のプローブカードを使用できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体測定装置の構成を示す側面図であり、図１の（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体測定装置において用いられるプローブカードの平面図である。この半導体測定装置は、シリコン等の半導体基板（ウエハ）にトランジスタ等の回路素子や複数のパッドを形成することにより製造された半導体チップの電気的特性を測定するために用いられるものである。

半導体集積回路の個別評価時においては、試作又は量産された半導体チップに外付け部品が接続された状態等において電気的特性が測定される場合がある。一方、半導体集積回路の量産検査時においては、半導体チップに外付け部品が接続されていない状態において電気的特性が測定され、測定結果に基づいてウエハの良否を判定するウエハ検査が行われる。ウエハ検査の後で、良品のウエハがダイシングによって切断され、複数の半導体チップが互いに分離される。

図１の（ａ）に示すように、この半導体測定装置は、複数の半導体チップを含むウエハ１０を搭載するウエハステージ１と、ウエハステージ１の上部にウエハステージ１と対向して配置されるプローブカード２と、プローブカード２の下面に固定された複数のプローブ針３と、プローブカード２に選択的に装着されるソケット（図１の（ａ）においては、ソケット６のみを示す）とを備えている。複数のプローブ針３が、半導体チップに形成された複数のパッドにそれぞれ接触すると共に、プローブカード２の上面に形成された複数のランドを介して検査装置（ＬＳＩテスタ）４に電気的に接続されることにより、半導体チップの電気的特性を測定することができる。

図１の（ｂ）に示すように、プローブカード２は、仮想的に複数の領域に等分割されている。図１の（ｂ）においては、４つの領域２ａ〜２ｄが示されている。領域２ａにおいては、従来と同様に、プローブ針３にスルーホールを介して接続されたランド５ａと、ＬＳＩテスタとの接続に用いられるランド５ｂと、ランド５ａとランド５ｂとを接続する配線パターン５ｃとが形成されている。プローブカード２として、複数の配線層を有する積層基板を用いるようにしても良く、その場合には、複数の配線パターンが、複数の配線層に分けて形成される。領域２ｂ及び２ｃにおいても、領域２ａと同様とする。

領域２ｄにおいては、プローブカードにソケットを挿入することが可能となっている。半導体集積回路の個別評価時においては、半導体チップに外付け部品を接続したり、半導体チップとＬＳＩテスタとの間の接続関係を変更したりする必要が生じる場合がある。そのような場合に、プローブカードにソケットが挿入される。

具体的には、プローブ針３にスルーホールを介して接続されたランド５ｄと、ＬＳＩテスタとの接続に用いられるランド５ｅとが、ソケット６に実装された抵抗を介して接続されている。また、プローブ針３にスルーホールを介して接続されたランド５ｆと、ＬＳＩテスタとの接続に用いられるランド５ｇとが、ソケット７に実装されたコンデンサを介して接続されている。さらに、１つのプローブ針３にスルーホールを介して接続されたランド５ｈと、もう１つのプローブ針３にスルーホールを介して接続されたランド５ｉと、ＬＳＩテスタとの接続に用いられるランド５ｊとが、ソケット８に形成された導電膜を介して互いに接続されている。一方、半導体集積回路の量産検査時においては、プローブカードからソケットが脱離される。

図２は、本発明の一実施形態におけるプローブカードとソケットとの着脱状態を説明するための図である。
図２の（ａ）は、プローブカード２に、抵抗９を実装したソケット６が装着された場合を例として示している。プローブカード２は、上面に少なくとも１組の溝２１ａ及び２１ｂが形成されたガラスエポキシ等の絶縁基板２１と、絶縁基板２１の上面に形成された銅箔等の配線パターン２２と、配線パターン２２上に半田又は導電性接着剤等を用いて接合された板ばね又は弾性ワイヤー等の複数の導電性弾性部材２３〜２６とを含んでいる。

導電性弾性部材２３及び２４は、溝２１ａの内部に延在しており、導電性弾性部材２５及び２６は、溝２１ｂの内部に延在している。導電性弾性部材２３は、複数のプローブ針の内の１つに電気的に接続され、導電性弾性部材２４と導電性弾性部材２５とは、互いに電気的に接続され、導電性弾性部材２６は、ＬＳＩテスタ接続用の複数のランドの内の１つに電気的に接続されている。

ソケット６は、溝２１ａ及び２１ｂにそれぞれ挿入される２つの凸部を有するプラスチック等の絶縁部材６１と、絶縁部材６１の左端（左側面及び上面の一部）に形成された導電膜６２と、絶縁部材６１の右端（右側面及び上面の一部）に形成された導電膜６３と、導電膜６２と導電膜６３との間に半田又は導電性接着剤等を用いて接続された抵抗９とを含んでいる。

左端の絶縁部材６１及び導電膜６２がプローブカード２の溝２１ａに挿入され、右端の絶縁部材６１及び導電膜６３がプローブカード２の溝２１ｂに挿入されることにより、ソケット６がプローブカード２に装着される。これにより、導電性弾性部材２３と導電性弾性部材２６との間に、導電膜６２及び６３を介して抵抗９が接続される。その結果、複数のプローブ針の内の１つとＬＳＩテスタ接続用の複数のランドの内の１つとが、抵抗９を介して接続されることになる。

図２の（ｂ）は、プローブカード２からソケット６が脱離された状態を示している。ソケット６が離脱されることにより、プローブカード２の溝２１ａの内部において、導電性弾性部材２３と導電性弾性部材２４とが接触し、かつ、溝２１ｂの内部において、導電性弾性部材２５と導電性弾性部材２６とが接触する。その結果、複数のプローブ針の内の１つとＬＳＩテスタ接続用の複数のランドの内の１つとが短絡されることになる。

ソケットに実装される電子部品としては、抵抗以外に、コンデンサやコイルやフィルタ等を用いることができる。また、複数の電子部品を実装するようにしても良い。
あるいは、プローブカードの上面に、複数のプローブ針の内の他の１つに電気的に接続された導電性弾性部材（以下、「第５の導電性弾性部材」という）が内部に延在する第３の溝をさらに形成し、これに対応するソケット８（図１参照）が、３つの溝にそれぞれ挿入される３つの凸部を有する絶縁部材と、この絶縁部材の側面及び上面のほぼ全体に形成された導電膜とを含むようにしても良い。

このソケットがプローブカードに装着されたときに、図２の（ａ）に示す導電性弾性部材２３及び２６と、さらに第５の導電性弾性部材とが、導電膜を介して互いに接続される。その結果、複数のプローブ針の内の２つが短絡される。このソケットがプローブカードから脱離されたときに、図２の（ｂ）に示すプローブカード２の溝２１ａの内部において、導電性弾性部材２３と導電性弾性部材２４とが接触し、かつ、溝２１ｂの内部において、導電性弾性部材２５と導電性弾性部材２６とが接触する。その結果、複数のプローブ針の内の１つとＬＳＩテスタ接続用の複数のランドの内の１つとが短絡されることになる。なお、１つのソケットに対応する溝の数をさらに増やすことにより、複数のプローブ針の内の３つ以上を一度に短絡できるようにしても良い。

図３は、本発明の一実施形態に係る半導体測定装置によって実現される接続状態の第１の例を示す図である。図３の（ａ）は、個別評価時における接続状態を示しており、図３の（ｂ）は、量産検査時における接続状態を示している。

図３の（ａ）においては、プローブカードに、抵抗９を実装したソケット６を装着することにより、半導体チップ内の出力バッファ１０の出力端子に、パッド１１を介して、負荷となる抵抗９の一端が接続され、抵抗９の他端に、ＬＳＩテスタの電流計が接続される。これにより、出力バッファ１０の出力電流がＬＳＩテスタによって測定され、実際に使用される状態と同じ環境下で半導体チップを評価することができる。

一方、図３の（ｂ）においては、プローブカードからソケットを脱離することにより、半導体チップ内の出力バッファ１０の出力端子に、抵抗を介さずに、ＬＳＩテスタの電流計が接続される。これにより、出力バッファ１０の出力電流がＬＳＩテスタによって測定され、抵抗値のばらつきの影響を受けることなく半導体チップを検査することができる。

なお、出力バッファ１０の出力電圧を測定する場合には、図４に示すように、抵抗９の両端とＬＳＩテスタ接続用の２つのランドとをそれぞれ接続する導電膜が形成されたソケット６ａを使用すればよい。さらに、図５は、抵抗９の他にコンデンサ１２を実装して、ローパスフィルタを構成したソケット６ｂを示している。

図６は、本発明の一実施形態に係る半導体測定装置によって実現される接続状態の第２の例を示す図である。図６の（ａ）は、個別評価時における接続状態を示しており、図６の（ｂ）は、量産検査時における接続状態を示している。

図６の（ａ）においては、プローブカードに、コンデンサ１６を実装したソケット７を装着することにより、半導体チップ内の昇圧回路１３の出力端子に、パッド１４を介して、平滑用のコンデンサ１６が接続される。これにより、実際に使用される状態と同じ環境下で半導体チップを評価することができる。

一方、図６の（ｂ）においては、プローブカードからソケットを脱離することにより、半導体チップ内の昇圧回路１３の出力端子に、ＬＳＩテスタの電圧計が直接接続される。これにより、昇圧回路１３の平滑されていない昇圧電圧が、ＬＳＩテスタによって測定される。

なお、昇圧回路１３の平滑された昇圧電圧を測定する場合には、図７に示すように、コンデンサ１６の両端とＬＳＩテスタ接続用の２つのランドとをそれぞれ接続する導電膜が形成されたソケット７ａを使用すればよい。さらに、ソケット７ａは、半導体チップのパッド１４とパッド１５とを短絡する機能を有している。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体測定装置の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、半導体測定装置において用いられるプローブカードの平面図。プローブカードとソケットとの着脱状態を説明するための図。半導体測定装置によって実現される接続状態の第１の例を示す図。図３の（ａ）に示すソケットの第１の変形例を示す図。図３の（ａ）に示すソケットの第２の変形例を示す図。半導体測定装置によって実現される接続状態の第２の例を示す図。図６の（ａ）に示すソケットの第２の変形例を示す図。

符号の説明

１ウエハステージ、２プローブカード、３プローブ針、４検査装置（ＬＳＩテスタ）、５ａ〜５ｊランド、６〜８ソケット、９抵抗、１０出力バッファ、１１、１４、１５パッド、１２、１６コンデンサ、２１絶縁基板、２１ａ、２１ｂ溝、２２配線パターン、２３〜２６導電性弾性部材、６１絶縁部材、６２、６３導電膜

Claims

複数の回路素子及び複数のパッドが形成された半導体チップを含むウエハを搭載するためのウエハステージと、
前記ウエハステージと対向して設置されるプローブカードであって、前記ウエハステージと対向する第１の面に、前記複数のパッドにそれぞれ接触する複数のプローブ針が固定され、前記第１の面と反対側の第２の面に、各々の内部に複数の導電性弾性部材が延在する複数の溝と、検査装置に接続される複数のランドとが形成された前記プローブカードと、
前記プローブカードの複数の溝にそれぞれ挿入される複数の凸部を有するソケットと、
を具備し、前記ソケットが前記プローブカードに装着されたときに、前記複数のプローブ針の内の少なくとも１つと前記複数のランドの内の少なくとも１つとの間に電子部品が接続されるか、又は、前記複数のプローブ針の内の２つ以上が短絡され、前記ソケットが前記プローブカードから脱離されたときに、前記複数の導電性弾性部材によって前記複数のプローブ針の内の少なくとも１つと前記複数のランドの内の少なくとも１つとが短絡される、半導体測定装置。
前記プローブカードの第２の面に、内部に第１の導電性弾性部材及び第２の導電性弾性部材が延在する第１の溝と、内部に第３の導電性弾性部材及び第４の導電性弾性部材が延在する第２の溝が形成されており、前記第１の導電性弾性部材が前記複数のプローブ針の内の１つに電気的に接続され、前記第２の導電性弾性部材と前記第３の導電性弾性部材とが互いに電気的に接続され、前記第４の導電性弾性部材が前記複数のランドの内の１つに電気的に接続されており、
前記ソケットが、前記第１及び第２の溝にそれぞれ挿入される２つの凸部を有する絶縁部材と、前記絶縁部材の一端に形成された第１の導電膜と、前記絶縁部材の他端に形成された第２の導電膜と、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との間に接続された電子部品とを含み、
前記ソケットが前記プローブカードに装着されたときに、前記第１の導電性弾性部材と前記第４の導電性弾性部材との間に前記第１及び第２の導電膜を介して前記電子部品が接続され、前記ソケットが前記プローブカードから脱離されたときに、前記第１の導電性弾性部材と前記第２の導電性弾性部材とが接触し、かつ、前記第３の導電性弾性部材と前記第４の導電性弾性部材とが接触する、請求項１記載の半導体測定装置。
前記電子部品が、抵抗と、コンデンサと、コイルと、フィルタとの内の少なくとも１つを含む、請求項１又は２記載の半導体測定装置。
前記プローブカードの第２の面に、内部に第１の導電性弾性部材及び第２の導電性弾性部材が延在する第１の溝と、内部に第３の導電性弾性部材及び第４の導電性弾性部材が延在する第２の溝と、内部に第５の導電性弾性部材が延在する第３の溝とが形成されており、前記第１の導電性弾性部材が前記複数のプローブ針の内の１つに電気的に接続され、前記第２の導電性弾性部材と前記第３の導電性弾性部材とが互いに電気的に接続され、前記第４の導電性弾性部材が前記複数のランドの内の１つに電気的に接続され、前記第５の導電性弾性部材が前記複数のプローブ針の内の他の１つに電気的に接続されており、
前記ソケットが、前記第１〜第３の溝にそれぞれ挿入される３つの凸部を有する絶縁部材と、前記絶縁部材上に形成された導電膜とを含み、
前記ソケットが前記プローブカードに装着されたときに、前記第１の導電性弾性部材と前記第３の導電性弾性部材と前記第５の導電性弾性部材とが前記導電膜を介して互いに接続され、前記ソケットが前記プローブカードから脱離されたときに、前記第１の導電性弾性部材と前記第２の導電性弾性部材とが接触し、かつ、前記第３の導電性弾性部材と前記第４の導電性弾性部材とが接触する、請求項１記載の半導体測定装置。
前記ソケットが、前記プローブカードを４つの領域に等分割した内の１つの領域において装着可能となっている、請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体測定装置。