JP2008298749A - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査時の温度変化によるプローブ先端の位置ずれ量を少なくするために、プローブカード基板を加熱し、その熱膨張量を制御することが可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
検査対象物にコンタクトする複数のプローブおよび上記プローブが接合されたプローブカード基板を備えた半導体検査装置であり、上記プローブの先端の位置を、予め上記検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定し、上記プローブカード基板を加熱し熱変形させるための発熱体を上記プローブカード基板内部に層状に設け、任意の温度において、上記検査対象物と上記プローブ先端の位置ずれ量を小さくするために、上記発熱体による加熱量を制御する加熱制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの検査に用いる半導体検査装置に関する。

従来の半導体検査装置を用いたデバイス試験の一つとして、熱加速試験項目がある。この試験は、半導体デバイスの使用状態よりも過酷な温度条件を故意に与え、そのデバイスの電気回路の良否判定を行うものである。

このような試験に用いられる半導体検査装置では、プローブカード基板に設けられたプローブの先端を、試験対象となるデバイスの位置に合わせてコンタクトさせて試験を行う。

しかし、このような加熱を伴う試験においては、温度上昇により、試験に用いるプローブカード基板および試験対象となる半導体ウエハには熱膨張による変形が生じる。この時、プローブカード基板と試験対象となる半導体ウエハは、材質の違い等により互いの熱膨張量が異なっており、プローブ先端と測定対象となるデバイスの相対位置が測定前と比べると変化して位置ズレが生じ、正確にプローブの先端がデバイスに接触できないという問題が生じる。

このような問題を解消するために、プローブカード基板と半導体ウエハの熱膨張量を合わせることが求められている。

一方、常温よりも低い温度で試験を行う場合には、上記プローブカード基板の温度を下げる必要がある。このような場合に、従来の半導体検査装置では、冷却された半導体ウエハによる熱吸収によって上記プローブカード基板を冷却し、温度を下げていた。

しかし、上記半導体ウエハが、その温度を制御する熱源を有するプローバーステージに固定されているのに対し、上記プローブカード基板は、上記半導体ウエハ上方でプローバー天板に保持されていることにより、上記半導体ウエハの温度と上記プローブカード基板の温度には差が生じている。

この温度差により、いくら上記半導体ウエハと上記プローブカード基板の熱膨張係数を同一にしても、上記半導体ウエハと上記プローブカード基板の熱膨張量にも差が生じ、上記プローブカード基板に接合されたプローブの先端の位置と、上記半導体ウエハの電極位置には、位置ずれが生じていた。

このように、低温時はプローブカード基板が半導体ウエハよりも温度が高くなってプローブの先端の位置ずれが発生するという問題が生じ、高温時はプローブカード基板が半導体ウエハよりも温度が低くなってプローブの先端の位置ずれが発生するという問題が生じている。

この両方の問題を解決するためには、プローブカード基板を加熱および冷却することができる機構をプローブカード基板に設けることが考えられるが、このような機構をプローブカード基板に設けると複雑な構造となり、コストも高騰する問題がある。

本願発明では、このような問題点を鑑みて、プローブカード基板を加熱のみの温度制御により熱膨張量を制御し、上述の高温時および低温時の問題に対応可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体検査装置は、検査対象物にコンタクトする複数のプローブおよび上記プローブが接合されたプローブカード基板を備えた半導体検査装置であって、上記プローブの先端の位置を、予め上記検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定し、上記プローブカード基板を加熱し熱変形させるための発熱体を上記プローブカード基板内部に層状に設け、任意の温度において、上記検査対象物と上記プローブ先端の位置ずれ量を小さくするために、上記発熱体による加熱量を制御する加熱制御手段を備えることを特徴とする。

そして、上記加熱制御手段が、検査対象物と上記プローブ先端との位置ずれ量を検出する位置検出手段と、上記位置検出手段によって検出された位置ずれ量が最小値になるように上記発熱体に供給される電流値を制御する電流制御手段を備えることが好ましい。

さらに、上記位置検出手段が、上記プローブの中から基準となるプローブを設定し、光学計測装置を用いて、上記基準となるプローブの先端位置を検出して２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブがコンタクトする予定の上記検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブが実際にコンタクトした検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描くことにより、上記座標上での上記プローブと上記検査対象物との位置ずれを算出する機能を備え、上記電流制御手段は、上記プローブカード基板の加熱量と熱変形量との関係、および上記加熱量と上記電流値との関係を基にして、位置補正を行うために必要な電流を上記発熱体に供給する機能を備えていることが好ましい。

本発明の半導体検査装置は、本発明の半導体検査装置は、検査対象物にコンタクトする複数のプローブおよび上記プローブが接合されたプローブカード基板を備えた半導体検査装置であって、上記プローブの先端の位置を、予め上記検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定し、上記プローブカード基板を加熱し熱変形させるための発熱体を上記プローブカード基板内部に層状に設け、任意の温度において、上記検査対象物と上記プローブ先端の位置ずれ量を小さくするために、上記発熱体による加熱量を制御する加熱制御手段を備えることにより、加熱による温度制御で低温時および高温時のプローブ先端の位置ずれを少なくすることが可能となる。

そして、上記加熱制御手段が、検査対象物と上記プローブ先端との位置ずれ量を検出する位置検出手段と、上記位置検出手段によって検出された位置ずれ量が最小値になるように上記発熱体に供給される電流値を制御する電流制御手段を備えることにより、検査対象物の半導体ウエハが試験温度の上昇により熱膨張しても、上記プローブ先端を正確に検査対象物にコンタクトさせることが可能となり、試験精度を高めることができる。

さらに、上記位置検出手段が、上記プローブの中から基準となるプローブを設定し、光学計測装置を用いて、上記基準となるプローブの先端位置を検出して２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブがコンタクトする予定の上記検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブが実際にコンタクトした検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描くことにより、上記座標上での上記プローブと上記検査対象物との位置ずれを算出する機能を備え、上記電流制御手段は、上記プローブカード基板の加熱量と熱変形量との関係、および上記加熱量と上記電流値との関係を基にして、位置補正を行うために必要な電流を上記発熱体に供給する機能を備えていることより、温度変化に応じて、プローブカード基板の熱変形量を細かく制御し、位置ずれを最小に抑えることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態

以下に図を用いて本発明の半導体検査装置１について詳しく説明する。図１が半導体検査装置１全体の概略的な構成図である。

本発明の半導体検査装置１は、検査対象物である半導体ウエハ１５の半導体デバイス電極１６にコンタクトする複数のプローブ４、および上記プローブ４が接合されたプローブカード基板３を備える。

上記プローブ４は、上記検査対象物である半導体ウエハ１５が冷却されて収縮された時の上記半導体デバイス電極１６の位置に先端が合うように配置されている。これにより、検査を常温よりも低い温度で実施する場合に、上記プローブカード３が、上記半導体ウエハ１５よりも温度が高い状態となったとしても、あらかじめ半導体ウエハ１５が最も収縮した状態を想定して上記プローブ４の配置が行われているので、上記プローブ４の先端と上記半導体デバイス電極１６とに位置ずれが生じたとしても、上記プローブカード３を冷却するのではなく、加熱することにより対応可能となる。

そして、上記プローブカード基板３の内部には、上記プローブカード基板３を加熱し熱膨張させるための発熱体２が、層状に設けられている。さらに、半導体検査装置１は、上記発熱体２による加熱量を制御する加熱制御手段１０を備える。

上記プローブカード基板３は、上記発熱体２、そして、絶縁層６、およびＧＮＤ層５が内部に層状に構成された基板であり、内部には温度センサ１４を備える。

上記発熱体２の上下に上記ＧＮＤ層５が配置され、上記発熱体２と上記ＧＮＤ層の間に上記絶縁層６が構成されている。上記発熱体２は、酸化Ｒｕ等の層であり、プローブカード基板１上に設けられた発熱体用電源供給電極７と配線にて電気的に接続されている。

上記発熱体２は、上記プローブカード基板３がセラミック基板の場合、基板の焼結前に、酸化Ｒｕ等を印刷等により塗布した後にセラミック基板を焼結し基板を完成させる。

上記温度センサ１４は、図１ではプローブカード基板１の内部に設けられているが、プローブカード基板３の表面に設けてもよい。そして、上記温度センサ１４はセンサ電極と電気的に接続されている。

上記発熱体２の上下に設けられたＧＮＤ層５は、接地電位とされており、プローブカード基板３上にＧＮＤ電極８と配線にて電気的に接続されている。

上記発熱体２と上記ＧＮＤ層５の間に設けられた絶縁層６は、プローブカード基板３に設けられた半導体試験用電極９に、上記発熱体２が発生するノイズの影響を与えるのを減少させるために設けている。

そして、上記加熱制御手段１０は、上記検査対象物と上記プローブ４の先端との位置ずれを検出するための位置検出手段１１と、上記位置検出手段１１により検出された位置ずれ量が最小となるように上記発熱体２に供給される電流値を制御する電流制御手段１２を備える。

上記位置検出手段１１は、ＣＣＤ等の光学計測装置１３を備え、上記プローブ４の中から基準となるプローブ４を設定し、上記光学計測装置１３を用いて、上記基準となるプローブ４の先端位置を検出して２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブ４がコンタクトする予定の上記検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブ４が実際にコンタクトした検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描くことにより、上記座標上での上記プローブ４と上記検査対象物との位置ずれを算出する機能を有する。

上記電流制御手段１２は、上記プローブカード基板３の加熱量と熱変形量との関係、および上記加熱量と上記電流値との関係を基にして、上記プローブ４の先端の位置補正を行うために必要な電流を上記発熱体２に供給する機能を備えている。

次に、本発明の半導体検査装置１において、加熱制御装置１０を用いて、プローブカード基板３の熱膨張量を調整する方法について説明する。

まずは、上述のように、上記プローブ４を上記検査対象物である半導体ウエハ１５が冷却されて収縮された時の上記半導体デバイス電極１６の位置に先端が合うように配置しておく。

そして、検査開始前に、基準となるプローブ４を選択し、上記基準となるプローブ４の先端位置を光学計測装置１３によって検出し、上記位置検出手段１１により、上記プローブ４の先端位置を２次元上の座標上に描く。

次に、上記基準となるプローブ４がコンタクトする予定の上記検査対象物である半導体デバイス電極１６の位置を上記光学計測装置１３によって検出し、上記位置検出手段１１により、上記半導体デバイス電極１６の位置を２次元上の座標上に描く。

そして、検査が開始され、半導体ウエハ１５が所定の温度になり、上記基準となるプローブ４が、上記半導体デバイス電極１６にコンタクトしたときに、実際にコンタクトした上記半導体デバイス電極１６の位置を上記光学計測装置１３によって検出し、上記位置検出手段１１により、上記基準となるプローブ４がコンタクトした上記半導体デバイス電極１６の位置を２次元上の座標上に描く。

こうして得られた、検査開始前の上記プローブ４の先端位置および上記半導体デバイス電極１６の位置、そして、検査が開始されて上記基準となるプローブ４がコンタクトした上記半導体デバイス電極１６の位置を元に、上記基準となるプローブ４と検査対象物である上記半導体デバイス電極１６との位置ずれ量を、上記位置検出手段１１によって算出する。

上記プローブカード基板３の加熱量と熱変形量との関係、および上記加熱量と上記発熱体２に供給される電流値との関係、温度センサ１４から得られる上記プローブカード基板３の温度等を基にして、上記位置ずれ量に対して、位置補正を行うために必要な電流を算出し、上記発熱体２に所定の電流を供給する。

このようにして供給された電流によって上記発熱体３が所定の温度まで上昇して上記プローブカード３を加熱し、上記プローブカード３の熱膨張が適切な熱膨張量で行われ、上記プローブ４の先端の位置が修正され、上記半導体デバイス電極１６との位置ずれ量を少なくすることができる。

上述のように、本発明の半導体検査装置を用いて、プローブカード基板の温度制御を行うことにより、検査時の温度変化による位置ずれを少なくすることが可能となる。

特に、予めプローブの先端位置を上記検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定することにより、常温よりも低温での検査においても、プローブカード基板を冷却するのではなく、加熱する温度制御により、位置ずれを少なくすることが可能となった。なお、プローブの先端位置を検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定すると説明しているが、これは試験における冷却時の検査対象物の間隔と同等以下の、小さな間隔にプローブの先端を配置することを意味している。

このようにして、本発明の半導体検査装置により、従来の装置で問題となっていた低温時および高温時の位置ずれを、高温時だけでなく低温時にも加熱制御によって調整するようにしたので、簡単な構成でより正確な検査が可能となった。

本発明の半導体検査装置１の概略構成図である。

符号の説明

１ 半導体検査装置
２ 発熱体
３ プローブカード基板
４ プローブ
５ ＧＮＤ層
６ 絶縁層
７ 発熱体用電源供給電極
８ ＧＮＤ電極
９ 半導体試験用電極
１０ 加熱制御手段
１１ 位置検出手段
１２ 電流制御手段
１３ 光学計測装置
１４ 温度センサ
１５ 半導体ウエハ
１６ 半導体デバイス電極

Claims (3)

1. 検査対象物にコンタクトする複数のプローブおよび上記プローブが接合されたプローブカード基板を備えた半導体検査装置であって、
   上記プローブの先端の位置を、予め上記検査対象物が冷却されて収縮した位置に合わせて設定し、上記プローブカード基板を加熱し熱変形させるための発熱体を上記プローブカード基板内部に層状に設け、任意の温度において、上記検査対象物と上記プローブ先端の位置ずれ量を小さくするために、上記発熱体による加熱量を制御する加熱制御手段を備えることを特徴とする半導体検査装置。
2. 上記加熱制御手段が、検査対象物と上記プローブ先端との位置ずれ量を検出する位置検出手段と、上記位置検出手段によって検出された位置ずれ量が最小値になるように上記発熱体に供給される電流値を制御する電流制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
3. 上記位置検出手段が、上記プローブの中から基準となるプローブを設定し、光学計測装置を用いて、上記基準となるプローブの先端位置を検出して２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブがコンタクトする予定の上記検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描き、上記基準となるプローブが実際にコンタクトした検査対象物の位置を検出して上記２次元上の座標上に描くことにより、上記座標上での上記プローブと上記検査対象物との位置ずれを算出する機能を備え、
   上記電流制御手段は、上記プローブカード基板の加熱量と熱変形量との関係、および上記加熱量と上記電流値との関係を基にして、位置補正を行うために必要な電流を上記発熱体に供給する機能を備えていることを特徴とする請求項２記載の半導体検査装置。