JP2012093112A - 半導体チップテスト装置及び半導体チップテスト装置の操作手順 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップとプローブのコンタクト位置合わせを、高精度かつ自動で行うことができる生産性の高い半導体チップテスト装置を提供することを目的としている。
【解決手段】半導体チップテスト装置は、６軸の駆動軸を有するプローブユニット１と、プローブユニット１の先端に取り付けられたプローブ１５と、電気特性をテストする半導体チップ１７を吸着固定するチップ固定台２と、チップ固定台２が取り付けられプローブ１５を所定の測定位置に送り込むテーブル２５と、半導体チップ１７の位置を検出するチップセンサ３と、プローブ１５の位置を検出するプローブセンサ４と、チップ固定台２に対するプローブ１５の傾斜角及びチップ固定台２の高さを計測する計測器５と、プローブユニット１の６軸の駆動軸を制御する制御装置６とで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの電気的特性のテストを行う半導体チップテスト装置及び半導体チップテスト装置の操作手順に関するものである。

半導体素子は、製造工程の様々な段階でテストすることが要求される。テストは半導体素子の電極端子にプローブを接触させて実施される。ダイシングして個々の半導体チップに分割される前のウエハにおいては、半導体素子はプローブカードを接触させてテストされる。半導体チップをパッケージにワイヤボンディングした段階ではパッケージ側の電極端子にプローブを接触させてテストされる。パッケージに半導体チップがボンディングされる前のベアチップの状態でテストが実施される場合もある。

従来、半導体素子をベアチップ状態でテストするためにベアチップ用ソケットを用いてテストする方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。ベアチップ状態での半導体素子のテストにおいては、近年の半導体チップサイズの小型化に伴い、プローブと半導体チップとのコンタクト位置を高精度に制御することが要求されている。

特許文献１に記載されている半導体チップテストソケットにおいては、水平面内で半導体チップを二次元的に位置決めし保持するソケット受部と、半導体チップに上方から接触する複数のプローブを備えたソケット蓋部からなる半導体チップテストソケットにおいて、ソケット受部とソケット蓋部には対をなすコネクタを設け、ソケット受部側のコネクタはテスト回路に接続し、ソケット蓋部側のコネクタはプローブに接続するとともに、ソケット蓋部をソケット受部に対して上方より接近させることにより、ソケット蓋部とソケット受部の嵌合が達成され、且つコネクタの結合が達成される。この構成により、プローブのセッティング等の準備作業が容易であり、またプローブと半導体チップを正確に位置決めし無理なく接触させることができる半導体チップテストソケットを得ることができるとされる。

また、特許文献２に記載されている半導体チップテストソケットにおいては、ソケット受部とソケット蓋部からなる半導体チップテストソケットにおいて、ソケット受部にはプローブを取り付け、ソケット蓋部には半導体チップの位置決めステージを取り付けるとともに、位置決めステージには模擬電極パッドを形成し、ソケット受部には、プローブが半導体チップに接触するに先立って模擬電極パッドに接触し、接触圧の高まりとともに退避するパイロットプローブを設けている。この構成によると、不動側の部材であるソケット受部にプローブを取り付けるものであるから、セッティングが楽であるとともに、プローブに対する配線が断線したり、プローブが接触不良を起こしたりする可能性が少ないとされる。

特開２００７−１２１２２号公報 特開２００７−２７８９０９号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２の半導体チップテストソケットにおいて、位置決めステージによる半導体チップの位置決め、半導体チップとプローブとのコンタクト動作
といった生産に関する一連の動作を人手で行う構成となっている。また、プローブの位置決め、ならびに半導体チップとプローブの水平状態の保持についても、品種切り替えに伴うプローブの交換を行うたびに、プローブと半導体チップの位置合わせを人手によりガイド調整もしくはカメラを用いた目視調整を行う必要があり、生産性が低い。また、１つのステージに対して、１つのプローブを調整するため、インデックステーブル上にステージを複数個設置する方式には対応できない等、生産装置として拡張性が低いといった課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、半導体チップテストソケットを使用せず、半導体チップとプローブのコンタクト位置合わせを自動で行うとともに、生産性が高く、且つ拡張性を有する半導体チップテスト装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の半導体チップテスト装置は、テーブル上に配置され、半導体チップを固定するチップ固定台と、駆動可能な６軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）を有するプローブユニットに取り付けられ、前記半導体チップの電気特性をテストするためのプローブと、前記半導体チップの位置を計測するチップセンサと、前記プローブの位置を計測するプローブセンサと、前記チップ固定台に対する前記プローブの傾斜角及び前記チップ台の高さを計測する計測器と、前記チップセンサ、前記プローブセンサ及び前記計測器から得られた計測値を基に前記半導体チップに対する前記プローブの位置を算出し、前記プローブ位置を調整する制御装置と、を備えたことを特徴とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の半導体チップテスト装置の操作手順は、インデックステーブル上に複数配置された前記チップ固定台が、前記チップ固定台毎に予め前記計測器により前記傾斜角及び前記チップ固定台の高さが計測され、前記半導体チップの電気特性のテスト時に前記計測値を利用して前記プローブ位置が補正調整されることを特徴とするものである。

本発明に係る半導体チップテスト装置によれば、半導体チップとプローブとのコンタクト位置補正動作からコンタクト動作までをすべて自動で行えるため、生産性の低下を抑えることができる。また、補正値はその都度、駆動軸に付加できるため、チップ固定台が複数個ある場合にも対応が可能となる効果がある。

実施の形態１における半導体チップテスト装置の全体構成を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のプローブユニットの構成を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のプローブ治具の構成を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のチップ固定台の構成を示す分解組立図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のチップセンサ及びプローブセンサの構成を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置の計測器による計測動作を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のプローブ治具とチップ固定台の位置関係を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のチップセンサによる計測動作を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のチップセンサにより認識されたチップの位置関係を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のプローブセンサによる計測動作を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のプローブセンサにより認識されたプローブの位置関係を示す図である。 実施の形態１における半導体チップテスト装置のチップテストを示す図である。 実施の形態２における半導体チップテスト装置の全体構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る半導体チップテスト装置について図１〜図１３に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における半導体チップテスト装置を示す全体構成斜図である。図２は、半導体チップテスト装置のプローブユニットの構成図である。

図１に示すように、半導体チップテスト装置は、６軸の駆動軸を有するプローブユニット１と、プローブユニット１の先端に取り付けられたプローブ１５と、電気特性をテストする半導体チップ１７を吸着固定するチップ固定台２と、チップ固定台２が取り付けられ、チップ固定台２を所定の位置に送り込むテーブル２４と、半導体チップ１７の位置を検出するチップセンサ３と、プローブ１５の位置を検出するプローブセンサ４と、チップ固定台２に対するプローブ１５の傾斜角を計測する計測器５と、プローブユニット１の６軸の駆動軸を制御する制御装置６とで構成されている。

また、図２に示すように、プローブユニット１は、モータにより駆動される６つの駆動軸（駆動軸Ｘ７、駆動軸Ｙ８、駆動軸Ｚ９、駆動軸θｘ１０、駆動軸θｙ１１、駆動軸θｚ１２）と、半導体チップ１７にテスト電流を供給、テストするためのプローブ１５と、プローブ１５を支えるプローブ治具１３、プローブ治具１３を固定、支持するためのプローブホルダ１４から構成されている。

プローブホルダ１４でのプローブ治具１３の固定には、着脱作業が容易となるもの、例えばエアシリンダによるものが好ましい。図３にプローブ治具１３の概略図（平面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面図（ｃ））を示す。プローブ治具１３には治具本体に所定本数の検査針を有するプローブ１５が配置されている。プローブ１５の検査針の配置位置と本数は、テスト対象である半導体チップ１７の仕様により決定される。プローブ１５は、配線基板を介し、試験装置（図示せず）に電気的に接続されている。また、プローブ治具１３には、プローブホルダ１４への脱着の容易性を考慮し、取手１６を取り付けておくことが好ましい。

図４にチップ固定台２の概略図を示す。チップ固定台２は、半導体チップ１７を吸着保持する固定ブロック１８から構成される。固定ブロック１８は、半導体チップ１７を吸着するために、所定位置に所定個数の真空吸引孔１９が形成されている（図４（ａ））。真空吸着孔１９の大きさと個数は、半導体チップ１７の大きさにより、適宜最適なものが選択される。固定ブロック１８には耐摩擦性の向上と耐食性を付加するために金メッキを施しておくことが望ましい。固定ブロック１８に形成された真空吸引孔１９は、真空ホース
（図示せず）を介して真空装置に接続されており、半導体チップ１７に真空吸引力が加わり、チップ固定台２上に半導体チップ１７が確実に吸着される（図４（ｂ））。

図５にチップセンサ３とプローブセンサ４に用いる画像処理システムを示す。画像処理システムは、カメラ２１、レンズ２２及び照明２３とから構成されている。カメラ２１から得られた画像から半導体チップ１７あるいはプローブ１５の位置を認識、予め決められた位置とのずれを計測する。

次に、実施の形態１における半導体チップテスト装置の動作について、図６から図１２を参照して説明する。

まず、図６にチップ固定台２に対するプローブ治具１３の傾斜角の計測時の状態を示す。駆動軸Ｘ７、駆動軸Ｙ８、駆動軸Ｚ９を使用し、プローブ治具１３を計測器５に接触させ、所定量押し込む。計測器５には、接触式リニアゲージ等を用いる。この時、接触させる位置は、プローブ治具１３内のプローブ１５が突出している側の、プローブ１５がない面部分で、測定箇所は３箇所、もしくは４箇所である。計測された値から算出されたプローブ治具１３の傾斜角と高さが、制御装置６により所定位置と同じかどうかを判断する。異なっている場合は、所定位置とのずれを駆動軸Ｚ９、駆動軸θｘ１０、駆動軸θｙ１１を駆動させて補正制御する。

図７にプローブ治具１３とチップ固定台２との位置関係を示す。プローブ１５の先端とチップ固定台２の上面とは、部品加工精度ならびに組立精度から、Δθの傾斜角度ずれが存在する。プローブ１５の先端とチップ固定台２の上面との傾斜角度ずれΔθを駆動軸θｘ１０、駆動軸θｙ１１により補正し、また、補正時に発生するＸ−Ｙ−Ｚ軸方向のずれを駆動軸Ｘ７、駆動軸Ｙ８、駆動軸Ｚ９により補正制御する。

次に、図８を用いてチップセンサ３により半導体チップ１７を認識、位置を計測する方法について説明する。半導体チップ１７を吸着固定したチップ固定台２は、テーブル２４のチップ固定台搬送軸２５により、チップセンサ３の直下に移動される。その後、チップセンサ３により半導体チップ１７の位置を特定する。図９にチップセンサ３にて撮像された半導体チップ１７の画像例を示す。チップセンサ３により半導体チップ１７の輪郭位置Ｂを抽出、その位置が特定され、所定の輪郭位置Ａに対する角度ずれΔα、軸ずれΔｘ及びΔｙが算出される。チップセンサ３により特定された輪郭位置Ｂと所定の輪郭位置Ａとのずれが比較され、制御装置６により所定位置とのずれ量（Δｘ、Δｙ、Δα）に対して駆動軸Ｘ７、駆動軸Ｙ８、駆動軸θｚ１２で補正制御する。補正制御された後は、チップ固定台搬送軸２５を駆動させて、チップ固定台２を半導体チップ１７のテストを行う位置に移動させる。ここでは、半導体チップ１７の位置を特定するために、半導体チップ１７の輪郭を用いる方法について説明したが、半導体チップ１７上に表記されたアライメントマークを利用する等、その他の方法を用いてもよい。

続いて、図１０を用いてプローブセンサ４によりプローブ治具１３を認識、位置を計測する方法について説明する。プローブ治具１３は駆動軸Ｘ７、駆動軸Ｙ８、駆動軸Ｚ９により、プローブセンサ４上に移動される。その後、プローブセンサ４によりプローブ治具１３の位置を特定する。図１１にプローブセンサ４にて撮像されたプローブ治具１３の識別マークの画像例を示す。プローブセンサ４によりプローブ治具１３に設けられた一対の識別マークＤの位置を抽出、その位置が特定され、一対の所定の識別マーク位置Ｃに対する角度ずれΔβ、軸ずれΔｘ及びΔｙが算出される。識別マークＤの一対の円の中心を結んだ線とその中点を用いて、所定の識別マーク位置Ｃとのずれを計測している。プローブセンサ４により特定された識別マーク位置Ｄと所定の識別マーク位置Ｃとのずれが比較され、制御装置６により所定位置とのずれ量（Δｘ、Δｙ、Δβ）に対して駆動軸Ｘ７、駆
動軸Ｙ８、駆動軸θｚ１２で補正制御する。補正制御された後は、プローブ治具１３を半導体チップ１７のテストを行う位置に戻す。ここでは、プローブ治具１３の位置を特定するために、プローブ治具１３に設けられた一対の識別マークを用いる方法について説明したが、プローブ１５の位置を利用する等、その他の方法を用いてもよい。

最後に、図１２にプローブ１５により半導体チップ１７がテストされている様子を示す。まず、半導体チップ１７のテストを行うため、テーブル２４のチップ固定台搬送軸２５によりチップ固定台２がプローブ１５下の所定の位置に移動される。その後、プローブ治具１３の傾斜と位置、チップ固定台２との位置関係を補正した後、所定の位置から駆動軸Ｚ９を駆動させてプローブ治具１３を降下させる。半導体チップ１７にプローブ１５を接触させ、テスト電流を供給することで、所望のテストを実施する。テスト終了後、半導体チップ１７を取り出し、一連の動作を完了する。上記一連の動作は、制御装置６により自動的に実施される。

以上のように、実施の形態１では、半導体チップとプローブとのコンタクトの調整を、プローブセンサ、チップセンサ及び計測器とによって得られた計測値を基に、プローブユニットの６駆動軸をモータ駆動により補正調整することにより、円滑に短時間で正確に位置決めすることができ、半導体チップの電気特性のテストを効率よく実施することができる。

このように、実施の形態１におけるチップテスト装置では、半導体チップとプローブとのコンタクト位置補正動作からコンタクト動作までをすべて自動で行えるため、生産性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２における半導体チップテスト装置を示す全体構成図である。

図１３に示すように、半導体チップテスト装置は、複数のチップ固定台２をインデックステーブル２６上に配置したものである。他の構成要素は図１に示す実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

次に、実施の形態２における半導体チップテスト装置の動作及びチップ固定台の傾きと高さに対するプローブ位置を補正する操作手順について、図３を参照して説明する。

実施の形態１のテーブル２４をインデックステーブル２６にして、複数のチップ固定台２を設けることで、インデックステーブル２６を回転させ、半導体チップ１７の供給、テスト、取出しのそれぞれの工程を分担させることができるため、生産性を向上できる効果がある。図１３では、インデックステーブル２６上にチップ固定台２を４個配置して、インデックステーブル２６を回転させる例を示しているが、必要な生産能力に応じて、チップ固定台２の個数を増減させてもよい。インデックステーブル２６上に配置された複数のチップ固定台２は、それぞれに固有の傾き、高さを持っているため、個別にプローブ１５先端とチップ固定台２との上面のずれを補正する必要がある。そこで、各々のチップ固定台２の傾きと高さを補正する操作手順としては、予めチップ固定台毎の補正値をパラメータとして制御装置６に記憶させておくことで、半導体チップ１７の電気特性のテスト時にプローブユニット１の６つのモータ駆動軸を操作することによって各チップ固定台２毎に半導体チップ１７とプローブ１５との最適なコンタクトを実施することが可能となる。

なお、各チップ固定台２の高さと傾きの補正については、予めダミーの半導体チップ１７を固定させた状態でプローブ治具１３を駆動軸Ｚ９で徐々に下げ、駆動軸θｘ１０、駆動軸θｙ１１を調整し、半導体チップ１７表面にプローブ１５が接触するポイントを補正値として用いる。接触したかどうかの判断は、半導体チップ１７の表面につくプローブ痕で判断する。プローブ治具１３は、リニアゲージによる計測で、傾き及び高さ方向の補正値を算出する。

このように、実施の形態２における半導体チップテスト装置及び操作手順では、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、回転可能なインデックステーブルを利用することにより、複数のチップ固定台を回転させ、半導体チップの供給、テスト、取出しのそれぞれの工程を分担させることができるため、さらに生産性を向上できる効果がある。

なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１ プローブユニット ２ チップ固定台
３ チップセンサ ４ プローブセンサ
５ 計測器 ６ 制御装置
７ 駆動軸Ｘ ８ 駆動軸Ｙ ９ 駆動軸Ｚ
１０ 駆動軸θｘ １１ 駆動軸θｙ １２ 駆動軸θｚ
１３ プローブ治具 １４ プローブホルダ
１５ プローブ １７ 半導体チップ
２４ テーブル ２５ チップ固定台搬送軸
２６ インデックステーブル
Ａ 半導体チップの輪郭所定位置
Ｂ 半導体チップの輪郭特定位置
Ｃ プローブ治具の識別マーク所定位置
Ｄ プローブ治具の識別マーク特定位置

Claims (4)

1. テーブル上に配置され、半導体チップを固定するチップ固定台と、
   駆動可能な６軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）を有するプローブユニットに取り付けられ、前記半導体チップの電気特性をテストするためのプローブと、
   前記半導体チップの位置を計測するチップセンサと、
   前記プローブの位置を計測するプローブセンサと、
   前記チップ固定台に対する前記プローブの傾斜角及び前記チップ固定台の高さを計測する計測器と、
   前記チップセンサ、前記プローブセンサ及び前記計測器から得られた計測値を基に前記半導体チップに対する前記プローブの位置を算出し、前記プローブ位置を調整する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする半導体チップテスト装置。
2. 前記テーブルがインデックステーブルであることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップテスト装置。
3. 前記インデックステーブル上に前記チップ固定台が複数配置されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体チップテスト装置。
4. 前記チップ固定台毎に予め前記計測器により前記傾斜角及び前記チップ固定台の高さが計測され、前記半導体チップの電気特性のテスト時に前記計測値を利用して前記プローブ位置が補正調整されることを特徴とする請求項３に記載の半導体チップテスト装置の操作手順。
   
   

Images