JP2013162032A

JP2013162032A - 半導体試験装置

Info

Publication number: JP2013162032A
Application number: JP2012024194A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshioka; 耕治吉岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: JP5452640B2; CN104094391A; TW201333472A; US20150054535A1; WO2013118619A1

Abstract

【課題】リピータビリティに優れ、メンテナンスが容易な半導体ウェハのプロービング試験装置を提供する。
【解決手段】
プローブ針１１の酸化を防止するための酸化防止ガスを供給する気体注入口が、ウェハ１４の外側面を囲むようにプローバ内のウェハプロービングステージに取り付けられた遮蔽構造物１３の内側壁に設けられている。かかる気体注入口から、酸化防止ガス２３を、ウェハの外周部、及び、ウェハ表面上を経由してプローブ針１１のウェハとの接触部分に向かって流すことにより、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガスで維持する。これにより、噴射ノズルをプローブカード１２の上部に設置する必要がないため、プローブカードの交換に伴うノズルの位置調整を不要とする。また、プローブカードの構成を問わず、垂直型プローブカードにおいても酸化防止ガスの吹き付けを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体試験装置、特に、半導体ウェハのプロービング試験を行なうための半導体試験装置に関する。

ウェハ状態にある半導体チップを検査するための治具として、プローブカードを用いたウェハテストは、集積回路上に形成された電極にプローブ（探針）を接触させることにより行われる。

従来技術において、ウェハのプロービング試験工程を行なう装置のシステム構成を図６に示す。図６において、半導体試験装置４０は、噴出ノズル４１、プローブ針４２が取り付けられたカンチレバー型のプローブカード４３、ウェハ４４を固定するウェハプロービングステージ４５、及び、プローバ４６を備え、プローブ針４２を介してチップ上の電極パッドに入力するための電気信号を生成し、かつ、かかる電極パッドに出力される出力信号を分析してチップの良不良を判定する信号処理部４７を備える。

ここで、噴出ノズル４１により、酸化防止ガス（例えば、窒素ガス）をプローブ針４２に吹き付けることで、プローブ針４２の酸化を防いでいる。

このように、従来の半導体試験装置では、噴射ノズルを介し、プローブ針に向かって酸化防止ガスを吹き付けることで、プローブ針先の酸化を防止している（例えば、下記の特許文献１を参照）。

さらに、特許文献２に示す半導体試験装置では、噴射ノズルを用いたうえで、さらにウェハステージ全体をボックスで囲い、かかるボックス内に酸化防止ガスを注入することでパージガス雰囲気を維持し、プローブ針先の酸化を防止している。

一方、このような噴射ノズルを用いる構成は、中央部に開口部を持たない垂直型プローブカードでは利用が困難である。特許文献３では、プローブカードの上部基板と下部基板の間に中空部が設けられ、酸化防止ガスを通過させるための孔を上部基板と下部基板に設けることで、垂直型プローブカードに対しても、かかる噴射ノズルの利用を可能としている。

特開平７−２７３１５７号公報特開２００１−７１６４号公報特開平１１−２１８５４８号公報

上述したとおり、噴射ノズルをプローブ針上部に取り付ける場合、針上部に開口部がないプローブカード、或いは開口部上部に部品が実装されているプローブカードでは、酸化防止ガスの吹き付けが事実上不可能であるという問題があった。垂直型プローブカードを用いる場合、例えば特許文献３に記載されているように、プローブカードの構造を工夫し、特殊な構造のプローブカードを用いる必要がある。

さらに、プローブ針の針建て面積の拡大に伴い、かかる噴射ノズルも複数経路を必要とし、針全部に対して均等な吹き付けが困難となっていた。

また、噴射ノズルの配置によっては、例えば特許文献１に示すノズル配置の場合、プローブ針の針長によってはノズルを設置できるクリアランスが不足し、吹き付けが困難となる虞があった。

さらに、特許文献１〜３では、噴射ノズルとプローブカードが物理的に接続されているか、または物理的に接続されていなくてもプローブカードの交換のたびにノズルの位置調整が必要な構造となっており、リピータビリティに不安を残していた。

また、プローブ針を電極パッドに接触させた際に生じるダストについては考慮されておらず、酸化防止ガスの吹き出しだけであるためダストが舞う虞があり、特にイメージセンサ等のセンシングデバイスでは運用が困難であった。

上述の問題を鑑み、本発明は、プローブ針の周辺のガス雰囲気を酸化防止ガスで維持できるとともに、プローブカードのリピータビリティに優れ、メンテナンスが容易な半導体試験装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る半導体試験装置は、半導体ウェハのプロービング試験を行なう半導体試験装置であって、プローブ針の酸化を防止するための気体を供給する１又は複数の第１気体注入口と、プローバ内のウェハプロービングステージに取り付けられた、前記ウェハの外側面を囲む遮蔽構造物を備える。

そして、前記第１気体注入口が、前記遮蔽構造物の内側壁に設けられており、前記第１気体注入口から、前記気体を前記ウェハ外周部および前記ウェハ表面上を経由して前記プローブ針の前記ウェハとの接触部分に向かって流し、前記プローブ針周辺に前記気体を滞留させることを特徴とする。

上記特徴の半導体試験装置によれば、ウェハの外側面を遮蔽構造物で囲み、かかる遮蔽構造物の内側から酸化防止ガスをプローブ針に向かって流すことにより、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガスで維持する。これにより、従来プローブカードの上部に設置していた噴射ノズルを不要とし、プローブカードの構成を問わず、中央部に開口部を持たない垂直型プローブカードにおいても酸化防止ガスのプローブ針先への吹き付けが可能となる。

上記特徴の半導体試験装置は、更に、前記遮蔽構造物の上面に、前記プローブ針の酸化を防止するための気体を下方から吹き付けるための第２気体注入口を備えることが好ましい。このような構成とすることで、ウェハプロービングステージ上方の気体の横漏れを防止して、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガスで維持できる。

なお、本発明において、遮蔽構造物の「上面」、あるいは、酸化防止ガスを「下方」から吹き付けるといった場合の上下方向の基準は、プローブ針の突出方向を基準とする。すなわち、プローブ針の突出方向に対して反対の方向が上方向であり、プローブ針の突出方向と同じ方向が下方向である。

上記特徴の半導体試験装置は、更に、前記遮蔽構造物の内側壁に、ダストを吸引するための気体吸引口を備えることが好ましい。

上記特徴の半導体試験装置は、更に、前記第１気体注入口の少なくとも１つは、前記気体吸引口に切り替えることが可能であることが好ましい。

気体吸引口を備えることで、プローブ針が電極パッドと接触した際に生じるアルミ屑などのダストを吸引し、イメージセンサなどにおいて、ダストに起因する不良を低減することができる。

上記特徴の半導体試験装置は、更に、前記プローブ針の周囲に設置されるプローブカード開口部を塞ぐように、プローブカード上の前記プローブ針の突出方向とは反対側の空間を密封する密封構造を設けてなることが好ましい。このような構成とすることで、プローブ針上方の、プローブ針の突出方向と反対側から酸素を含む空気が浸入することを防ぎ、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガスで維持できる。

特に、前記密封構造としては、前記プローブカードとポゴピンリングの隙間を塞ぐパーティション、及び、前記反対側の空間を塞ぐ蓋板を含んで構成することができる。

上記特徴の半導体試験装置は、更に、前記密封構造内に前記プローブ針の酸化を防止するための気体を注入するための第３気体注入口を備えることが好ましい。

第３気体注入口を備えることで、プローブ針の突出方向と反対側の空間が酸化防止ガスで充填され、且つ、かかる酸化防止ガスはプローブカード開口部を通して均等に吹き付けられるため、多数チップ同時計測のような、プローブ針の針建て面積が増大する場合であっても、針全部に対して均等な吹き付けが可能となる。

上記目的を達成するための本発明に係る半導体試験装置は、半導体ウェハのプロービング試験を行なう半導体試験装置であって、
プローブ針の酸化を防止するための気体を供給する気体注入口と、前記プローブ針の周囲に設置されるプローブカード開口部を塞ぐように、プローブカード上の前記プローブ針の突出方向とは反対側の空間を密封する密封構造を有し、
前記気体注入口から、前記気体を前記密封構造内を介して前記ウェハ表面上の前記プローブ針との接触部分に向かって流し、前記プローブ針周辺に前記気体を滞留させることを別の特徴とする。

以上、本発明に依れば、噴射ノズルをプローブカードの上部に設置する必要がないため、プローブカードの交換に伴ってノズルの位置調整が必要となることもなく、リピータビリティに優れ、メンテナンスが容易な半導体試験装置を実現できる。

本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の構成例を示す側面構造の模式図本発明の一実施形態において、ウェハプロービングステージ上に配置された遮蔽構造物の構成を示す模式図本発明の一実施形態において、ダストを吸引する場合の遮蔽構造物の構成を示す模式図本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の構成例を示す側面構造の模式図本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の構成例を示す側面構造の模式図従来構成の半導体試験装置の構成例を示す側面構造の模式図

〈第１実施形態〉
本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の構成例を図１の側面図に示す。図１に示す半導体試験装置１（以降、適宜「本発明装置１」と称する）は、プローブ針１１、プローブ針１１が取り付けられたプローブカード１２、遮蔽構造物１３、ウェハ１４を固定するためのウェハプロービングステージ１５、プローバ１６、及び、信号処理部１７を備える。プローブカード１２は、本実施形態において、プローブ針１１上部に開口部がない垂直型のプローブカードである。

ウェハプロービングステージ１５上に、ウェハ１４の外側面を囲むように、遮蔽構造物１３が配置されている。図２に、かかる遮蔽構造物１３で囲まれたウェハ１４の状態を示す。遮蔽構造物１３の内側壁、及び、上面部分には、第１気体注入口２１（２１ａ〜２１ｈ）、及び、第２気体注入口２２が、夫々設けられている。なお、図２において、８つの第１気体注入口２１ａ〜２１ｇのうち、２１ｄ〜２１ｆは遮蔽構造物１３により隠れるため図示されていない。

プロービング試験工程では、プローブ針１１を、ウェハ１４上に複数形成されているチップ１８のうち何れかを選んでかかるチップの電極パッドに接触させ、プローブ針１１を介して電気信号を電極パッドに入力し、かかる入力の結果として電極パッドに出力される出力信号を分析して各チップ１８の良不良を判定する。信号処理部１７が、かかる電気信号を生成するとともに、かかる出力信号を分析して各チップ１８の良不良を判定する。併せて、信号処理部１７は、プローブ針１１が試験対象のチップ１８の電極パッドと接触するように、ウェハプロービングステージ１５の位置決め制御を行う。さらに、本発明装置１は、第１気体注入口２１、及び、第２気体注入口２２を介して供給される酸化防止ガスの流量の制御を行う装置を備えている。

第１気体注入口２１は、プローブ針１１の酸化を防止するための酸化防止ガス（例えば、窒素ガス）２３をウェハ１４の外周部およびウェハ表面上を経由して、ウェハ１４上のプローブ針１１のウェハ１４との接触部分に向かって流し、プローブ針周辺に酸化防止ガス２３を滞留させる。

第２気体注入口２２は、プローブ針の酸化を防止するための酸化防止ガス（例えば、窒素ガス）２４を、下方から上方に向かって吹き付け、プローバ１６内の遮蔽構造物１３の上方の隙間の空間に酸化防止ガス２４による壁を形成する。これにより、ウェハプロービングステージ１５上方に滞留する酸化防止ガス２３、２４の横漏れを防止するとともに、ウェハプロービングステージ１５外周にある気体が遮蔽構造物１３に囲まれたウェハ１４の上方に浸入しないようにして、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガス２３または２４に維持する。

ここで、第１気体注入口２１は、遮蔽構造物１３の内側壁面に複数（図２では、８つ）設けてなるが、うち少なくとも１つの第１気体注入口を、気体吸引口に切替えて使用することができる。このように構成することで、プローブ針が電極パッドと接触した際に生じるアルミ屑などのダストを効率的に吸引することができる。

図３に、かかるダスト吸引方法の具体例を示す。図３（ａ）は、プロービング試験完了後のウェハ１４の状態であり、ウェハ１４上にダスト２０が散在している状態を模式的に示している。

ダスト２０を取り除く場合、例えば、図３（ｂ）に示すように、第１気体注入口２１のうちの半分（２１ａ〜２１ｄ）から酸化防止ガス２３を吹き付けながら、第１気体注入口２１のうちの残り半分（２１ｅ〜２１ｈ）を気体吸引口に切り替えて用いる。これにより、ウェハ１４全体に散らばって存在しているダストを酸化防止ガス２３の風圧により気体吸引口２１ｅ〜２１ｈのある側に移動させるとともに、気体吸引口２１ｅ〜２１ｈを介して除去することができる。

上記の本発明装置１は、遮蔽構造物１３の内側壁面に設けられた第１気体注入口２１から、酸化防止ガスを噴射するものであるため、プローブカード１２の上部に酸化防止ガス供給用の噴射ノズルを設置していた従来構成と異なり、プローブカード１２の交換に伴う噴射ノズル（第１気体注入口２１）の接続および位置調整は不要となる。

また、上記本発明装置１は、プローブカードの構成によらず、酸化防止ガスのプローブ針先への吹き付けが可能であり、特に中央部に開口部を持たない例えば垂直型のプローブカードに好適である。

〈第２実施形態〉
上記本発明装置１では、プローブカード１２が、中央部に開口部を持たない垂直型のプローブカードの場合を例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。開口部を有するプローブカードを利用する場合の構成例を図４に示す。図４の側面図に示す半導体試験装置２（以降、適宜「本発明装置２」と称する）は、上記本発明装置１の各構成要素に加えて、更に、カンチレバー型のプローブカード１９とポゴピンリング３１との隙間を防ぐパーティション３２、プローブ針１１の上方を塞ぐ蓋板３７、内蓋３３、及び、第３気体注入口３４を備える。

パーティション３２と蓋板３７、及び内蓋３３により、プローブカード１９の開口部は塞がれ、プローブ針１１の上方の密封空間３５は、プローバ１６外部の酸素を含む空気とは分離される。これにより、プローブカード１９が開口部を有する場合であっても、かかる空気がプローブ針１１の上方の密封空間３５に浸入することはなく、プローブ針１１が空気に触れるのを防止できる。

さらに、かかる密封空間３５は、第３気体注入口３４を介して、プローブ針の酸化を防止するための酸化防止ガス（例えば、窒素ガス）２５により充填されている。酸化防止ガス２５が、プローブカード１９の開口部を介してプローブ針１１のウェハ１４との接触部分に吹き付けられることで、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガス２３〜２５で維持できる。

このとき、酸化防止ガス２５はプローブカード１９の開口部にほぼ均等な圧力で吹き付けられ、プローブ針の針建て面積が増大する場合であっても、針全部に対して均等な吹き付けが可能となる。

ここで、内蓋３３は上下方向に移動可能であり、プローブカード１９上方の部品実装の状態に応じて密封空間３５の体積を必要最低限の空間に設定して、酸化防止ガス２５の必要量を低減することができる。例えば、図４の場合、リレー、コンデンサ、光源、電源モジュールや、それらを実装した基板などのプローブカード１９上方に搭載する部品３６が実装されているが、かかる部品３６がない構成の場合には、内蓋３３をより下側に移動させることができ、さらなる省エネ運転が可能となる。

なお、本発明装置２の他の構成、例えば遮蔽構造物１３、ウェハ１４、ウェハプロービングステージ１５、プローバ１６、及び、信号処理部１７の構成については、上述した本発明装置１の説明と同様であるので、説明を割愛した。

上記の本発明装置２は、第３気体注入口３４からの酸化防止ガス２５は密封空間３５を介してプローブ針１１の針先に供給され、第３気体注入口３４とプローブカード１９の接続が不要な分離型構造であるため、従来構成とは異なり、プローブカード１９の交換に伴う噴射ノズル（第３気体注入口３４）の位置調整は不要である。本発明装置２は、特に中央部に開口部を有する例えばカンチレバー型のプローブカードに好適である。

〈第３実施形態〉
本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の他の構成例を図５の側面図に示す。図５に示す半導体試験装置３（以降、適宜「本発明装置３」と称する）は、プローブ針１１、プローブ針１１が取り付けられたプローブカード１９、ウェハ１４、ウェハプロービングステージ１５、プローバ１６、信号処理部１７を備える。さらに、本発明装置３は、プローブカード１９とポゴピンリング３１との隙間を塞ぐパーティション３２、およびプローブ針１１の上方を塞ぐ蓋板３７、及び、内蓋３３を備えている。プローブカード１９は、プローブ針１１上部に開口部を有する例えばカンチレバー型のプローブカードである。

すなわち、本発明装置３は、上述の本発明装置２において、遮蔽構造物１３を備えないものとした場合である。このような構成であっても、密封空間３５が、第３気体注入口３４を介して酸化防止ガス２５により充填され、酸化防止ガス２５が、プローブカード１９の開口部を介してプローブ針１１のウェハ１４との接触部分に吹き付けられることで、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガス２５で維持できる。また、本発明装置２と同様、プローブカード１９の交換に伴う噴射ノズル（第３気体注入口３４）の位置調整は不要となる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、図２及び図３において、遮蔽構造物１３の内側壁に設けられた第１気体注入口２１（２１ａ〜２１ｈ）、及び、遮蔽構造物１３の上面に設けられた第２気体注入口２２を、夫々、複数個備えて構成されているが、本発明はこれら気体注入口の個数に影響を受けるものではない。また、本発明は第１気体注入口２１および第２気体注入口２２の形状および大きさにより限定されるものではない。例えば、第１気体注入口２１が１つのみの場合であっても、第１気体注入口２１の形状および大きさ次第で、かかる第１気体注入口２１から酸化防止ガス２３を吹き付け、プローブ針周辺のガス雰囲気を酸化防止ガス２３に維持することはできる。

本発明は、半導体試験装置としての利用が可能であり、特に、半導体ウェハのプロービング試験を行なう装置に利用が可能である。

１〜３：本発明の一実施形態に係る半導体試験装置（本発明装置）
１１、４２：プローブ針
１２、１９、４３：プローブカード
１３：遮蔽構造物
１４、４４：ウェハ
１５、４５：ウェハプロービングステージ
１６、４６：プローバ本体
１７、４７：信号処理部
１８：ウェハ上に形成されたチップ
２０：ダスト
２１ａ〜２１ｇ：第１気体注入口
２２：第２気体注入口
２３〜２５：酸化防止ガス
３１：ポゴピンリング
３２：パーティション
３３：内蓋
３４：第３気体注入口
３５：パーティション及び内蓋により密封される密封空間
３６：実装部品
３７：蓋板
４０：従来技術に係る半導体試験装置
４１：噴射ノズル

Claims

半導体ウェハのプロービング試験を行なう半導体試験装置であって、
プローブ針の酸化を防止するための気体を供給する１又は複数の第１気体注入口と、
プローバ内のウェハプロービングステージに取り付けられた、前記ウェハの外側面を囲む遮蔽構造物を備え、
前記第１気体注入口が、前記遮蔽構造物の内側壁に設けられており、
前記第１気体注入口から、前記気体を前記ウェハ外周部および前記ウェハ表面上を経由して前記プローブ針の前記ウェハとの接触部分に向かって流し、前記プローブ針周辺に前記気体を滞留させることを特徴とする半導体試験装置。
前記遮蔽構造物の上面に、前記プローブ針の酸化を防止するための気体を下方から吹き付けるための第２気体注入口を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
前記遮蔽構造物の内側壁に、ダストを吸引するための気体吸引口を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体試験装置。
前記第１気体注入口を複数備え、
前記第１気体注入口の少なくとも１つは、前記気体吸引口に切り替えることが可能であることを特徴とする請求項３に記載の半導体試験装置。
前記プローブ針の周囲に設置されるプローブカード開口部を塞ぐように、プローブカード上の前記プローブ針の突出方向とは反対側の空間を密封する密封構造を設けてなることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体試験装置。
前記密封構造が、前記プローブカードとポゴピンリングの隙間を塞ぐパーティション、及び、前記反対側の空間を塞ぐ蓋板を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体試験装置。
前記密封構造内に前記プローブ針の酸化を防止するための気体を注入するための第３気体注入口を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体試験装置。