JP2009076776A - プローブ装置及びプローブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブカードを用いてウエハ上のＩＣチップの電気的特性を調べるプローブ装置において、プローブカードが帯電していることに基づくＩＣチップの静電破壊を防止する手段の提供。
【解決手段】イオナイザー５によりイオン化された空気をプローブカード３にその上方側または下方側から供給する。例えばテストヘッド４の外にイオナイザーを配置すると共にここからテストヘッド中央部の開口部４ａを介してプローブカードの上方近傍までガス供給管を引き回し、その先端部にノズル部６１を設ける。あるいはウエハ上のＩＣチップの電極パッドを撮像するためのカメラを搭載し、プローブカードとウエハＷ載置台との間において水平移動される移動部材にノズル部を設けてここからプローブカードに向けて、イオン化された空気を吐出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブを被検査体の電極パッドに電気的に接触させて当該被検査体の電気的特性を測定する技術に関する。

半導体ウエハ（以下ウエハという）上に被検査チップであるＩＣ（集積回路）チップが形成された後、ＩＣチップの電気的特性を調べるためにウエハの状態でプローブ装置によるプローブテストが行われる。またこのプローブテストは、ＩＣチップの製造工程途中でそれまで作成した回路部分が適正なものであるか否かを判定するために行われる。この種のプローブ装置は、図１１に示すようにＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動自在かつＺ軸周りに回転自在なウエハチャック１０１にウエハＷを載せ、ウエハチャック１０１の上方に設けられているプローブカード１０２のプローブ例えばプローブ針１０３とウエハＷのＩＣチップの電極パッドとが接触するようにウエハチャック１０１の位置を制御するように構成されている。そして装置の外装部を構成する筐体１０４の上方にテストヘッド１０５を位置させ、このテストヘッド１０５とプローブカード１０２とを中間リング１０６を介して電気的に接続し、テストヘッド１０５とウエハＷとの間で信号の授受を行うことでウエハＷ上の回路の電気的特性を調べるようにしている。

ところでウエハチャック１０１は移動時における空気との摩擦や駆動部の摩擦などにより帯電する場合があり、またプローブカード１０２についてもカード本体が絶縁材例えばガラスエポキシなどの樹脂材により構成されていることから、帯電している場合がある。図１２は、プローブカード１０２が帯電している場合に、コンタクト（プローブ針１０３とウエハＷ側の電極パッドとを接触させること）する直前の電荷の状態を示した模式図である。このような帯電が生じている状態でウエハＷ上の回路の電極パッドとプローブ針１０３とを接触させると、前記回路例えば完成されているＩＣチップの回路が静電破壊してしまうし、また静電気が測定の外乱になって電気的測定の妨げの要因になる。

こうしたことから、ウエハチャック１０１を測定時以外に接地することを検討している。このようにすればウエハチャック１０１の帯電は抑えられるし、またプローブカード１０が帯電していてもその電荷はプローブ針１０３、ウエハＷ及びウエハチャック１０１を介してアースに流れるので、ウエハＷ上の回路の静電破壊やノイズの発生を抑えることができる。
しかしながらこの手法によってもプローブカード１０２の電荷を完全無くすことはできない。そしてＩＣチップの薄膜化、小型化などにより回路の耐圧が小さくなってきており、部品の帯電をより一層低減することが要求されている。また最近では２枚のウエハを絶縁層を介して張り合わせた基板が使用されるようになり、このような基板では、ウエハＷの表面側から裏面側に電荷が流れないため、プローブカード１０２が帯電していると、ウエハチャック１０１を接地してもコンタクト時にプローブカード１０２からＩＣチップに電荷が流れ、これにより回路の静電破壊を引き起こす懸念が大きい。

なお、特許文献１には、ウエハチャックの横に導電性シートを設けてこの導電性シートを接地し、ウエハチャックを上昇させてプローブ針をこの導電性シートに接触させる手法が記載されているが、コンタクト回数を減らすためにプローブ針の数が多くなっていることから、ウエハチャックの横に広いスペースを確保しなければならない。そうするとウエハ上の電極パッドの位置を求めるためにウエハ表面を撮像するときに、ウエハチャックの移動半径が大きくなり、小型化の妨げになる。更にまた導電性シートを頻繁に交換しなければならないという不具合もある。

特開２００３−１００８２１：段落００４０、００４１

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は基板上の被検査チップ（目的とする集積回路の製造途中段階の回路も含む）の静電破壊を抑え、また静電気による電気的特性の検査の悪影響を抑えることのできるプローブ装置、プローブ方法及びプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。

本発明は、多数の被検査チップが配列された基板を移動可能な載置台に載せ、プローブカードのプローブに前記被検査チップの電極パッドを接触させて被検査チップの検査を行うプローブ装置において、
ガスをイオン化するためのイオナイザーと、
このイオナイザーにてイオン化されたガスをプローブカードに除電のために供給するノズル部と、を備えたことを特徴とする。

前記ノズル部は、例えばプローブカードの上方からイオン化されたガスを供給するように設けられている。このような具体例として次の構成が挙げられる。
前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触すると共に中央に上下に貫通する開口部を有するテストヘッドが設けられ、
前記ノズル部にガスを供給するガス供給管は前記開口部を通って外部に引き出されている構成である。この場合例えばイオナイザーは、前記テストヘッドの外に設けられる。

更に、前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触するテストヘッドが設けられ、
前記ノズル部にガスを供給するガス供給管は前記テストヘッドと前記天板との間を通って外部に引き出されている構成を挙げることができる。この場合例えば、イオナイザーは、前記テストヘッドの下方領域から外れた位置に設けられる。

また前記ノズル部は、プローブカードの下方からイオン化されたガスを供給するように設けられていてもよい。このような具体例として次の構成を挙げることができる。

前記プローブカードのプローブと載置台上の基板との間の高さ位置において、前記基板の被検査チップの電極パッドを撮像するための撮像手段を備えた、水平方向に移動自在な移動体が設けられ、
前記ノズル部は、前記移動体に設けられている。この場合、前記イオナイザーは、前記移動体に設けられている例を挙げることができる。

他の発明は、多数の被検査チップが配列された基板を移動可能な載置台に載せ、プローブカードにより検査を行うプローブ方法において、
イオナイザーによりイオン化されたガスを前記プローブカードに供給して当該プローブカードを除電する工程と、
次いで、前記載置台に載置された基板の被検査チップの電極パッドをプローブカードのプローブに接触させて被検査チップの検査を行う工程と、を含むことを特徴とする。また本発明は、このプローブ方法を実施するための、コンピュータ上で動作するプログラムを格納した記憶媒体においても成立する。

本発明は、多数の被検査チップが配列された基板を載置台に載せ、プローブカードにより検査を行うにあたって、イオナイザーにてイオン化されたガスをノズル部からプローブカードに供給しているため、プローブカードが帯電していても除電されるので、プローブカードの帯電に起因する基板の被検査チップの回路を静電破壊するおそれが少なくなり、また帯電によるノイズも低減されるので安定した検査を行うことができる。

［第１の実施の形態］
本発明の実施の形態に係るプローブ装置は、図１及び図２に示すようにプローブ装置本体を構成する外装体である筐体１を備えている。この筐体１の底部の基台１１上には、Ｙ方向（紙面の表裏方向）に伸びるガイドレールに沿って、例えばボールネジなどによりＹ方向に駆動されるＹステージ２１と、Ｘ方向に伸びるガイドレールに沿って、例えばボールネジによりＸ方向に駆動されるＸステージ２２と、が下からこの順番で設けられている。このＸステージ２２とＹステージ２１とには、それぞれエンコーダが組み合わされたモーターが設けられているが、ここでは省略している。

Ｘステージ２２上には、エンコーダが組み合わされた図示しないモータによりＺ方向（上下方向）に駆動されるＺ移動部２３が設けられており、このＺ移動部２３には、Ｚ軸のまわりに回転自在な（θ方向に移動自在な）載置台であるウエハチャック２が設けられている。従ってこのウェハチャック２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動できることになる。

ウェハチャック２の移動領域の上方には、プローブカード３が筐体１の天板であるヘッドプレート１２に着脱自在に取り付けられている。プローブカード３の上面側には、電極群が形成されており、ヘッドプレート１２の上方に配置されたテストヘッド４と前記電極群との間において電気的導通を取るために、中間リング４１が介在している。テストヘッド４の中央部には、覗き穴である開口部４ａが上下に貫通して形成されており、この開口部４ａと中間リング４１の開口部４１ａとが重なるようになっている。中間リング４１は、プローブカード３の電極群の配置位置に対応するように電極部であるいわゆるポゴピン４１ｂが下面に多数形成されたポゴピンユニットとして構成されており、例えばテストヘッド４側に固定されている。テストヘッド４は、例えば筐体１の横に設けられた図示しないヒンジ機構により、図１に示す水平な測定位置と中間リング４１側が上に向いた退避位置との間で水平な回転軸の回りを回転するように構成されている。
。

また、プローブカード３の下面側には、上面側の電極群に夫々電気的に接続された、プローブ例えばウエハＷの表面に対して斜め下方に伸びる金属線よりなるいわゆる横針などと呼ばれているプローブ針３１がウエハＷの電極パッドの配列に対応して設けられている。プローブとしては、ウェハＷの表面に対して垂直に伸びる垂直針やフレキシブルなフィルムに形成された金バンプ電極などであってもよい。

更にこのプローブ装置は、ウエハＷとプローブ針３１との位置合わせを行うためにプローブ針３１の針先を撮像する第１の撮像手段とウエハＷ上の電極パッドを撮像する第２の撮像手段と、を備えている。これら撮像手段は第３の実施の形態にて図示してあり、この実施の形態では図面の煩雑をさけるために記載を省略してあるが、簡単に述べると、第１の撮像手段はウエハチャック２の下のＺ移動部２３に固定され、第２の撮像手段はプローブカード３とウエハチャック２との間を水平に移動できるように設けられている。

そしてこのプローブ装置は例えばイオナイザー５と、このイオナイザー５にてイオン化されたガス例えば乾燥空気をプローブカード３に吹き付けるためのノズル部６１と、イオナイザー５とノズル部６１とを結ぶガス供給管である空気供給管６２と、を備えている。この実施の形態では、イオナイザー５は筐体１の上面の縁部に設けられており、空気供給管６２は前記テストヘッド４の開口部４ａの上から挿入されてその下方側に突出するように引き回されている。なお便宜上図１、図２ではイオナイザー５は筐体１から外れた箇所に示してある。

イオナイザー５の取り付け位置としては、例えばテストヘッド４の上面であってもよいしあるいは開口部４ａ内であってもよい。ノズル部６１はこの空気供給管６２の先端部に、プローブカード３の上面に吹き付けられるように例えばラッパ状に構成されている。空気供給管６２は、ノズル部６１の位置がプローブカード３から少し上方側に離れた所に設定されるように、例えば取り付け部材６２ａによりテストヘッド４の上面に着脱自在に取り付けられる。

この取り付け部材６２ａの取り付け構造としては、開口部４ａを跨ぐ大きさのプレートに空気供給管６２を貫通した状態で固定し、このプレートの両端部に被係合部を設ける一方、開口部４ａの口縁部に前記被係合部と係合する係合部を設ける構成とすることができる。この場合、テストヘッド４を退避位置まで回転させるときには、例えば前記取り付け部材６２ａをテストヘッド４から取り外して空気供給管６２及びノズル部６１を開口部４ａから引き出すようにする。

イオナイザー５の上流側における空気供給管６２には空気供給制御機構の一部をなすバルブ６３が設けられ、更にその上流側には乾燥空気の供給源である例えば空気ボンベ６４が設けられる。バルブ６３は例えば筐体１に設けられ、空気ボンベ６４は例えば筐体１から離れたところに設置される。

イオナイザー５は、図３に示すように電界形成空間を形成する本体５１内に電極５２が設けられ、この電極５２を直流電源５３に接続して構成される。電極５２の形状としては、本体５１内を通るエアに効率よく接触するように例えば複数の棒状電極を空気の流路と交差して配列したものを用いることができる。この電極５２に高電圧が印加されると、電極５２の周囲に不平等電界が形成され、この状態で乾燥空気が供給されると、この乾燥空気は電界によりイオン化し、ノズル部６１に送られる。イオナイザー５は、基本的にプラスのイオンとマイナスのイオンとを等量発生させるものであり、帯電物と同極性を持ったイオンはその帯電物と反発する一方、逆極性を持ったイオンはその帯電物に引き寄せられて電荷が中和され除電される。

またこのプローブ装置は、コンピュータなどを含む制御部１０を備えており、この制御部１０は、メモリ内のプログラムによりウエハチャック２の移動、既述の図示しない撮像手段の撮像操作、その撮像結果に基づくコンタクト位置の計算、イオナイザー５及びバルブ６３の作動などのための制御信号を出力する機能を有する。前記プログラムはハードディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶媒体に格納されて制御部１０にインストールされる。

次に上述実施の形態の作用について述べる。先ず図示しない搬送アームによりウエハチャック２にウエハＷを載置する。次いで既述の第１の撮像手段及び第２の撮像手段を用いてコンタクト位置を計算し（この点については第３の実施の形態にて図を用いて説明する）する。一方、イオナイザー５及びバルブ６３を作動させ、イオン化された空気をノズル部６１からプローブカード３に例えば２０秒程度供給する。図４（ａ）はプローブカード３が帯電している状態であり、この段階ではコンタクトは行われていない。ここで既述のようにイオン化された空気をプローブカード３に供給すると、図４（ｂ）に示すようにプローブカード３に帯電している電荷が中和され除電されていく。

その後、ウエハチャック２を上昇させて、ウエハＷ上の被検査チップに形成された電極パッドにプローブ針３１を順次接触させ、テストヘッド４から中間リング４１、プローブカード３及びプローブ針３１を介して電極パッドに電気信号を供給することで電気的特性の検査を行う。そして順次ウエハＷ上の電極パッドにプローブ３１を接触させて各チップについての検査を行う。なおウエハの各被検査チップの全ての電極パッドに一括してプローブ針を接触させる方式であってもよい。またコンタクトを行う前にウエハチャック２についても例えば接地するなどにより除電を行っておくことが好ましい。

こうしてウエハＷ上の全ての被検査チップについて検査が終了すると、ウエハチャック２が初期位置に移動して図示しない搬送アームにより当該ウエハＷが搬出されると共に次のウエハＷがウエハチャック２上に載置される。
イオナイザー５によるプローブカード３の除電工程は、ウエハＷを検査する度にその検査前に行ってもよいが、例えば筐体１に隣接したキャリアポートに搬入されるキャリア１個分（１ロット分）のウエハを検査する前に行っておいて、その後は除電工程を行わずに１ロット分のウエハの検査を行うようにしてもよい。

上述の実施の形態によれば、イオナイザー５にてイオン化されたガスをノズル部６１からプローブカード３に供給しているため、プローブカード３が帯電していても除電されるので、プローブカード３の帯電に起因するウエハＷの被検査チップの回路を静電破壊するおそれが少なくなり、また帯電によるノイズも低減されるので安定した検査を行うことができる。

［第２の実施の形態］
この実施の形態では、図５に示すようにプローブカード３を取り付けるためのヘッドプレート１２の開口部の口縁部に、プローブカード３に向けてイオン化された空気が吐出されるようにノズル部６１を設けると共に、ノズル部６１からイオナイザー５までの空気供給管６２の引き回しはテストヘッド４とヘッドプレート１２との間の隙間にて行われている。このような構成においても同様の作用効果がある。

［第３の実施の形態］
既述のように先の実施の形態では、いわゆるウエハアライメントのための撮像手段に関しては図示していないが、この実施の形態では図６及び図７に全体構成と共に撮像手段を記載してある。第１の撮像手段であるマイクロカメラ７は図７に示すように、ウエハチャック２の下のＺ移動部２３に固定されている。更にウエハチャック２とプローブ針３１の針先との間の高さ位置において、ウエハチャック２と対向しながら水平に移動できる横長の角筒状の移動体８が設けられている。この移動体８は例えばヘッドプレート１２の下面に取り付けられたガイドレール８１に案内されながら図示しない駆動機構により水平移動できるように構成されている。

前記移動体８には、ウエハＷを撮像する第２の撮像手段であるマイクロカメラ８２が設けられており、この移動体８を所定のアライメント位置まで移動させておき、その下方側でウエハチャック２を移動させることにより、マイクロカメラ８２によりウエハＷ上の被検査チップの電極パッドを撮像することができる。これらマイクロカメラ７及び８２の光軸を合わせたとき、マイクロカメラ７によりプローブ針３１の針先を撮像したとき、マイクロカメラ８２によりウエハＷ側の電極パッドを撮像したとき、の夫々のウエハチャック２の座標位置を求めておくことで、コンタクトするときのウエハチャック２の座標位置を計算できることになる。

ここでこの実施の形態では、前記移動体８にイオナイザー５、ノズル部６１及びバルブ６３とを設けるようにしている。この例におけるノズル部６１は、一端が閉塞され、プローブカード３の概ね直径の長さのパイプに、空気が上向きに吐出されるように長さ方向に間隔をおいて複数の吐出孔６１ａが穿設されている。イオナイザー５の上流側の空気供給管６２は筐体１内を引き回されて外部に引き出されている。

このような構成においては、プローブカード３の下方側にて、当該プローブカード３を走査するように移動体８を移動させながらノズル部６１から図６の点線で示すようにイオン化された空気をプローブカード３に向けて吐出させ、こうしてプローブカード３の除電を行う。この実施の形態によっても同様の作用効果がある。

［確認試験］
図１に示した装置において、イオナイザー５を作動させずにつまりプローブカード３を除電せずにコンタクトさせたときのウエハチャック２の電位を計測したところ図８に示す結果が得られた。図８においてプローブ針撮像とは、ウエハチャック２の下のＺ移動部３に設けられたカメラによりプローブ針３１を撮像している段階であり、ウエハ撮像とは、筐体１内を移動するカメラによりウエハＷ上の被検査チップの電極パッドを撮像している段階である。

更に同装置において、コンタクトを行った後にイオナイザー５を作動させてプローブカード３の除電を行ったときのウエハチャック２の電位を計測したところ図９に示す結果が得られた。これらの結果から、プローブカード３は帯電していること、イオナイザー５により除電を行うとその帯電量が減少することが分かる。

また同装置において、コンタクトを行う直前にイオナイザー５を作動させてプローブカード３の除電を行ったときのウエハチャック２の電位を計測したところ図１０に示す結果が得られた。この結果から本発明によれば、ウエハＷがプローブカード３に接近してもウエハＷの帯電が抑えられ、静電破壊のおそれが少ないことがわかる。

本発明の第１の実施の形態におけるプローブ装置の全体を示す縦断面図である。 同装置を示す概略平面図である。 イオナイザーの概略構成を示す一部切り欠き側面図である。 上記のプローブ装置におけるプローブカードの帯電、除電の様子を模式的に示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態におけるプローブ装置の全体を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるプローブ装置の全体を示す縦断面図である。 上記の第３の実施の形態におけるプローブ装置の全体を示す概略斜視図である。 イオナイザーを用いない場合においてウエハチャック電圧の測定結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するためのウエハチャック電圧の測定結果を示す特性図である。 本発明の効果を確認するためのウエハチャック電圧の測定結果を示す特性図である。 従来のプローブ装置を示す概略側面図である。 従来のプローブ装置におけるプローブカードとウエハとの帯電の様子を示す説明図である。

符号の説明

１ 筐体
１２ ヘッドプレート
２ ウエハチャック
Ｗ ウエハ
３ プローブカード
３１ プローブ針
４ テストヘッド
４ａ 開口部
５ イオナイザー
６１ ノズル部
６２ 空気供給管
７、８２ マイクロカメラ

Claims (14)

1. 多数の被検査チップが配列された基板を移動可能な載置台に載せ、プローブカードのプローブに前記被検査チップの電極パッドを接触させて被検査チップの検査を行うプローブ装置において、
   ガスをイオン化するためのイオナイザーと、
   このイオナイザーにてイオン化されたガスをプローブカードに除電のために供給するノズル部と、を備えたことを特徴とするプローブ装置。
2. 前記ノズル部は、プローブカードの上方からイオン化されたガスを供給するように設けられている請求項１記載のプローブ装置。
3. 前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
   前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触すると共に中央に上下に貫通する開口部を有するテストヘッドが設けられ、
   前記ノズル部にガスを供給するガス供給管は前記開口部を通って外部に引き出されていることを特徴とする請求項２記載のプローブ装置。
4. 前記イオナイザーは、前記テストヘッドの外に設けられたことを特徴とする請求項３記載のプローブ装置。
5. 前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
   前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触するテストヘッドが設けられ、
   前記ノズル部にガスを供給するガス供給管は前記テストヘッドと前記天板との間を通って外部に引き出されていることを特徴とする請求項２記載のプローブ装置。
6. 前記イオナイザーは、前記テストヘッドの下方領域から外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載のプローブ装置。
7. 前記ノズル部は、プローブカードの下方からイオン化されたガスを供給するように設けられている請求項１記載のプローブ装置。
8. 前記プローブカードのプローブと載置台上の基板との間の高さ位置において、前記基板の被検査チップの電極パッドを撮像するための撮像手段を備えた、水平方向に移動自在な移動体が設けられ、
   前記ノズル部は、前記移動体に設けられていることを特徴とする請求項７記載のプローブ装置。
9. 前記イオナイザーは、前記移動体に設けられていることを特徴とする請求項８記載のプローブ装置。
10. 多数の被検査チップが配列された基板を移動可能な載置台に載せ、プローブカードにより検査を行うプローブ方法において、
    イオナイザーによりイオン化されたガスを前記プローブカードに供給して当該プローブカードを除電する工程と、
    次いで、前記載置台に載置された基板の被検査チップの電極パッドをプローブカードのプローブに接触させて被検査チップの検査を行う工程と、を含むことを特徴とするプローブ方法。
11. 前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
    前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触すると共に中央に上下に貫通する開口部を有するテストヘッドが設けられ、
    前記プローブカードを除電する工程は、前記開口部を介して外部から引き回されたガス供給管の先端部に設けられたノズル部から、前記イオン化されたガスを前記プローブカードに供給する工程であることを特徴とする請求項１０記載のプローブ方法。
12. 前記プローブカードは、載置台を囲む筐体の天板に設けられ、
    前記天板の上方には、前記プローブカードに電気的に接触するテストヘッドが設けられ、
    前記プローブカードを除電する工程は、外部から前記テストヘッドの下方側を引き回されたガス供給管の先端部に設けられたノズル部から、前記イオン化されたガスを前記プローブカードに供給する工程であることを特徴とする請求項１０記載のプローブ方法。
13. 前記プローブカードのプローブと載置台上の基板との間の高さ位置において、前記基板の被検査チップの電極パッドを撮像するための撮像手段を備えた、水平方向に移動自在な移動体が設けられ、
    前記プローブカードを除電する工程は、前記移動体に設けられたノズル部から前記イオン化されたガスをプローブカードに向けて上方に吐出する工程であることを特徴とする請求項１０記載のプローブ方法。
14. 多数の被検査チップが配列された基板を水平方向及び鉛直方向に移動可能な載置台に載せ、プローブカードにより検査を行うプローブ装置に用いられる、コンピュータ上で動作するプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは、請求項１０ないし１４のいずれか一つに記載のプローブ方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

Images