JP2013201390A - プローブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フットプリントの削減を図ることのできるプローブ装置を提供する。
【解決手段】多数のプローブを有するプローブカード２０を、着脱自在に固定するカードクランプ機構１３と、半導体ウエハを載置可能とされ、駆動機構を駆動することによって前記カードクランプ機構１３に固定された前記プローブカード２０の前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるウエハチャック１０と、前記カードクランプ機構１３及び当該カードクランプ機構１３に固定された前記プローブカード２０を所定距離離れた少なくとも２箇所の位置に移動させるカード移動機構とを具備したプローブ装置１とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ装置に関する。
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハ上に形成された半導体デバイスの電気的な検査を行うためのプローブ装置が用いられている。このようなプローブ装置では、半導体ウエハ上の電極パッドに接触される多数のプローブが配設されたプローブカードを用いている。
そして、このプローブカードをプローブ装置のカードクランプ機構に装着し、ウエハチャック上に半導体ウエハを載置し、ウエハチャックを移動させることによって、固定されたプローブカードのプローブと、半導体ウエハに形成された被測定半導体デバイスの電極とを接触させて電的な導通を得る。そして、プローブを介してテスタから被測定半導体デバイスに検査信号を供給し、被測定半導体デバイスからの信号を測定することによって被測定半導体デバイスの電気的な検査を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１０−８０７７５号公報
上記のとおり、従来のプローブ装置では、固定されたプローブカードに対して、ウエハチャックを移動させ、ウエハチャック上に載置された半導体ウエハに形成された各被測定半導体デバイスの電極とプローブとを接触させるようになっている。
ところが、半導体ウエハは次第に大径化さており、その直径が３００ｍｍから更に４５０ｍｍへと拡大される傾向にある。このため、このような大径の半導体ウエハを測定するためのプローブ装置では、そのフットプリントが増大することは避けられず、フットプリントを削減することのできるプローブ装置の開発が望まれていた。
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、従来に較べてフットプリントの削減を図ることのできるプローブ装置を提供することを目的とする。
本発明のプローブ装置の一態様は、多数のプローブを有するプローブカードを、着脱自在に固定するカードクランプ機構と、半導体ウエハを載置可能とされ、駆動機構を駆動することによって前記カードクランプ機構に固定された前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるウエハチャックと、前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを所定距離離れた少なくとも２箇所の位置に移動させるカード移動機構と、を具備したことを特徴とする。
本発明によれば、従来に較べてフットプリントの削減を図ることのできるプローブ装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るプローブ装置の構成を模式的に示す図。 本発明の一実施形態に係るプローブ装置のフットプリントを説明するための図。 本発明の一実施形態に係るプローブ装置の構成を模式的に示す図。 本発明の一実施形態に係るプローブ装置の要部構成を説明するための図。 本発明の他の実施形態係るプローブ装置の構成を模式的に示す図。 本発明のさらに他の実施形態係るプローブ装置の構成を模式的に示す図。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの検査を行うプローブ装置の構成について説明する。図１に示すように、プローブ装置１は、筺体２を具備しており、この筺体２内には、半導体ウエハＷを載置するためのウエハチャック１０が配設されている。このウエハチャック１０は、駆動機構１１を具備しており、ｘ、ｙ、ｚ、及びθ方向に移動可能とされている。
ウエハチャック１０の上方に位置する筺体２には、円形の開口部が設けられており、この円形の開口部の周縁部に沿ってインサートリング１２が配設されている。このインサートリング１２には、カードクランプ機構１３が設けられており、このカードクランプ機構１３によって、プローブカード２０が、着脱自在に保持されている。
プローブカード２０は、配線基板及びこの配線基板と電気的に接続された複数のプローブ（図示せず。）等から構成されており、プローブカード２０のプローブは、半導体ウエハＷ上に形成された半導体デバイスの電極に対応して配設されている。
また、ウエハチャック１０の側方には、プローブの先端部を研磨するための針研盤１４と、上方に向けて配置され、上部の画像を撮像可能とされたカメラ１５が配設されている。このカメラ１５は、例えばＣＣＤカメラ等からなり、プローブカードのプローブ等を撮像してプローブとの位置合わせを行うためのものである。
また、プローブカード２０の上方には、検査用の信号を送るとともに、半導体デバイスからの信号を検出して半導体デバイスの状態を検査するためのテスタに接続されたテストヘッド３０が配設される。
図１では、図示を省略しているが、図２〜４等に示すように、本実施形態のプローブ装置１では、上記したインサートリング１２、カードクランプ機構１３、カードクランプ機構１３に装着されたプローブカード２０、及びテストヘッド３０を水平方向に移動させるためのカード移動機構が配設されており、これによってプローブ装置１のフットプリントを削減できるようになっている。
プローブカードが固定されている従来の３００ｍｍ半導体ウエハ用のプローブ装置では、半導体ウエハが載置されたウエハチャック１０を移動させて、半導体ウエハ上の全ての半導体デバイスの電極にプローブカード２０のプローブを接触させる必要がある。このため、図２（ａ）に示すように、原則的に６００ｍｍ×６００ｍｍ＝０．３６ｍ２の面積のウエハチャック１０を移動させるための空間が必要となる。
そして、４５０ｍｍ半導体ウエハ用のプローブ装置では、図２（ｂ）に示すように、原則的に９００ｍｍ×９００ｍｍ＝０．８１ｍ２の面積のウエハチャック１０を移動させるための空間が必要となる。したがって、従来の３００ｍｍ半導体ウエハ用のプローブ装置の２．２５倍の面積が必要となる。
これに対して、本実施形態では、プローブカード２０を、図２（ｃ）中に示した十字マーク（プローブカード２０の中心の位置を示している。）のように、Ｘ方向に所定距離（例えば、半導体ウエハの半径分の距離）離れた２箇所、Ｘ方向に直交するＹ方向に所定距離（例えば、半導体ウエハの半径分の距離）離れた２箇所の合計４箇所に移動させることができるようにする。これによって、ウエハチャック１０を移動させるために必要となる空間の面積が６７５ｍｍ×６７５ｍｍ＝０．４６ｍ２となり、従来の３００ｍｍ半導体ウエハ用のプローブ装置の１．２７倍の面積に抑制することができる。
なお、図３に示すように、プローブ装置１には、実際にはその他の構成機器、例えば、図１に示した針研盤１４、カメラ１５等が配設されている。また、ウエハチャック１０の移動範囲についても、プローブカード２０の各位置に対して、ある程度の範囲で重複してコンタクト可能な設定とすることが好ましい。このため、そのフットプリントは、上記した６７５ｍｍ×６７５ｍｍ＝０．４６ｍ２と以上となる。
図３に示す例では、筺体２の前面側等には、例えば、プローブカードカード２０を交換するためのＳＡＣＣ（Semi Automatic Probe Card Changer）を構成するアーム等の構成機器が配設されている。また、上記したとおり、ウエハチャック１０の周囲には、Ｙ方向に隣接して針研盤１４、カメラ１５等が配設されている。このため、プローブカードカード２０のＹ方向の移動距離は、例えば３３５ｍｍ、Ｘ方向の移動距離は、例えば２２５ｍｍ程度とすることが好ましい。そして、この場合、実際の寸法（ステージ寸法）は、例えば、９２０（Ｗ）×１４２３（Ｄ）ｍｍ程度となる。なお、図２（ｂ）に示したプローブカードが固定された構成の場合、この寸法は、例えば、１１９３（Ｗ）×１７３５（Ｄ）ｍｍ程度となる。また、図２（ａ）に示した３００ｍｍ半導体ウエハ用のプローブ装置（プローブカードが固定されている）の場合、この寸法は、例えば、８６８（Ｗ）×１５９６（Ｄ）ｍｍ程度となる。
図４は、プローブカード２０等を移動させるための上述したカード移動機構２００の構成例を示しており、上部には各構成要素に分解した状態の上面構成及びこれらを組み立てた状態の上面構成を示しており、下部には各構成要素組み立てた状態の縦断面構成を示している。
図４に示すカード移動機構２００では、プローブ装置１の筺体２を構成するサブヘッドプレート２ａの部分に四角形状の開口２ｂが形成されており、この開口２ｂの内側部分に対向するように一対のＹステージレール２０１か配設されている。なお、図４中上部に示す分解した状態のサブヘッドプレート２ａの下側に、Ｙステージレール２０１の部分の断面図を示してある。この断面図に示されるように、Ｙステージレール２０１は、開口２ｂの内側の側壁部分に配設されている。これによって、カード移動機構２００の厚みを薄くすることができる。
Ｙステージレール２０１には、このＹステージレール２０１上を移動可能に矩形の枠状のＹステージ２０２が配設される。Ｙステージ２０２の内側部分には、Ｙステージレール２０１と直交する方向に位置するように対向する一対のＸステージレール２０３か配設されている。なお、図４中上部に示す分解した状態のＹステージ２０２の右側に、Ｘステージレール２０３の部分の断面図を示してある。この断面図に示されるように、Ｘステージレール２０３は、Ｙステージ２０２の内側の側壁部分に配設されている。これによって、カード移動機構２００の厚みを薄くすることができる。
Ｘステージレール２０３には、このＸステージレール２０３上を移動可能に矩形のＸステージ２０４が配設される。Ｘステージ２０４には、円形の開口部２０５が形成されており、この開口部２０５の周縁部に、図１に示したインサートリング１２、カードクランプ機構１３等が配設される。また、Ｘステージ２０４には、図１に示したテストヘッド３０を固定するためのロック機構が設けられる。
上記サブヘッドプレート２ａに、Ｙステージ２０２及びＸステージ２０４を組み込んだ状態の上面構成を、図４上部の右側端部に示す。この図に示されるように、カード移動機構２００は、例えば、エアシリンダ又は、ボールネジとモータ等からなるＹステージ駆動用アクチュエータ２０６及びＸステージ駆動用アクチュエータ２０７を具備しており、Ｘステージ２０４は、Ｘ方向及びＹ方向に所定距離離れた４箇所の位置（図中十字マークで示す。）に移動可能となっている。
上記Ｙステージ駆動用アクチュエータ２０６はサブヘッドプレート２ａに配設されており、Ｘステージ駆動用アクチュエータ２０７はＹステージ２０２に配設されている。なお、サブヘッドプレート２ａの開口２ｂのうち、Ｘステージ２０４によって覆われている部位以外の部位は、開口した状態となるので、この開口部分を覆う蛇腹機構等からなるシャッターを設けてもよい。
図１に示すように、上記構成のプローブ装置１は、ＣＰＵ等を備えた制御部４０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部４０は、操作部４１と、記憶部４２とを具備している。
操作部４１は、工程管理者がプローブ装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プローブ装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部４２には、プローブ装置１で実行される各種動作（例えば、後述するプローブカード２０の移動及びウエハチャック１０の移動等）を制御部４０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や検査条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、操作部４１からの指示等にて任意のレシピを記憶部４２から呼び出して制御部４０に実行させることで、制御部４０の制御下で、プローブ装置１での各種動作が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
以上のように構成されたプローブ装置１を用いて、半導体ウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的な検査を行う際には、半導体ウエハＷをウエハチャック１０上に載置する。この後まず、プローブカード２０を前述した４箇所（図３中十字マークで示した位置。）のうちのいずれか１箇所（例えば、図３中に示す第１の位置３０１）に配置した状態で、ウエハチャック１０によって半導体ウエハＷを移動させ、半導体ウエハＷの各電極を、プローブカード２０の対応するプローブに接触させることによって電気的な導通を得、テストヘッド３０に接続されたテスタによって半導体デバイスの電気的特性の良否を検査する。
そして、第１の位置３０１において、検査可能な全ての半導体デバイスの検査を行った後、カード移動機構２００によってプローブカード２０を次の位置（例えば、図３中に示す第２の位置３０２）に移動させ、同様にして半導体デバイスの電気的特性の良否を検査する。
第２の位置３０２における半導体デバイスの検査が終了すると、カード移動機構２００によってプローブカード２０を次の位置（例えば、図３中に示す第３の位置３０３）に移動させて半導体デバイスの検査を行い、第３の位置３０３における半導体デバイスの検査が終了すると、さらにプローブカード２０を次の位置（例えば、図３中に示す第４の位置３０４）に移動させて、半導体デバイスの検査を行う。
以上のようにして、本実施形態のプローブ装置１では、カード移動機構２００によりプローブカード２０を順次第１の位置３０１から第４の位置３０４まで移動させることによって、半導体ウエハに形成された全ての半導体デバイスの検査を行うことができる。また、カード移動機構２００を具備せずプローブカード２０を固定した場合に比べて全体の大きさを小さくすることができ、装置のフットプリントの削減を行うことができる。
上述した実施形態では、カード移動機構２００が、Ｘ及びＹ方向に移動可能とされ、プローブカード２０を第１の位置３０１から第４の位置３０４まで４箇所に移動させる場合について説明したが、カード移動機構２００は、例えば、Ｘ方向のみに移動可能としても、Ｙ方向にのみ移動可能としてもよい。
図５は、Ｙ方向のみの駆動機構を備えたプローブ装置の構成例を示している。この場合、プローブカード等を、Ｙ方向に離間した２箇所の位置、すなわち図５中十字マークで示す第１の位置４０１と、第２の位置４０２とに移動させる構成とすることができる。この場合の実際の寸法は、例えば１１９３（Ｗ）×１４２３（Ｄ）ｍｍ程度とすることができる。
また、図６は、Ｘ方向のみの駆動機構を備えたプローブ装置の構成例を示している。この場合、プローブカード等を、Ｘ方向に離間した２箇所の位置、すなわち図６中十字マークで示す第１の位置５０１と、第２の位置５０２とに移動させる構成とすることができる。この場合の実際の寸法は、例えば９２０（Ｗ）×１７３５（Ｄ）ｍｍ程度とすることができる。
上記のように、カード移動機構２００を、例えば、Ｘ方向のみに移動可能とした場合、Ｙ方向にのみ移動可能とした場合においても、前述したカード移動機構２００を具備しない場合（例えば、１１９３（Ｗ）×１７３５（Ｄ）ｍｍ）に較べてフットプリントを削減することができる。
以上本発明を実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
１……プローブ装置、２……筺体、２ａ……サブヘッドプレート、２ｂ……開口、１０……ウエハチャック、１１……駆動機構、１２……インサートリング、１３……カードクランプ機構、１４……針研盤、１５……カメラ、２０……プローブカード、３０……テストヘッド、４０……制御部、４１……操作部、４２……記憶部、２００……カード移動機構、２０１……Ｙステージレール、２０２……Ｙステージ、２０３……Ｘステージレール、２０４……Ｘステージ、２０５……開口部、２０６……Ｙステージ駆動用アクチュエータ、２０７……Ｘステージ駆動用アクチュエータ、３０１……第１の位置、３０２……第２の位置、３０３……第３の位置、３０４……第４の位置、４０１……第１の位置、４０２……第２の位置、５０１……第１の位置、５０２……第２の位置。

Claims (5)

  1. 多数のプローブを有するプローブカードを、着脱自在に固定するカードクランプ機構と、
    半導体ウエハを載置可能とされ、駆動機構を駆動することによって前記カードクランプ機構に固定された前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるウエハチャックと、
    前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを所定距離離れた少なくとも２箇所の位置に移動させるカード移動機構と、
    を具備したことを特徴とするプローブ装置。
  2. 請求項１記載のプローブ装置であって、
    前記カード移動機構は、Ｘ方向又はＹ方向に離間した２箇所の位置に、前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを移動可能とされている
    ことを特徴とするプローブ装置。
  3. 請求項１記載のプローブ装置であって、
    前記カード移動機構は、Ｘ方向に離間した２箇所及びＹ方向に離間した２箇所の合計４箇所の位置に、前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを移動可能とされている
    ことを特徴とするプローブ装置。
  4. 請求項１〜３いずれか１項記載のプローブ装置であって、
    前記カード移動機構は、前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードをテスタのテストヘッドと共に移動させる
    ことを特徴とするプローブ装置。
  5. 請求項１〜４いずれか１項記載のプローブ装置であって、
    前記カード移動機構によって前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを第１の位置に位置させた状態で、前記ウエハチャックにより前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させ、
    この後、前記カード移動機構によって前記カードクランプ機構及び当該カードクランプ機構に固定された前記プローブカードを第１の位置から所定距離離れた第２の位置に移動し、前記ウエハチャックにより前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させる制御部を具備した
    ことを特徴とするプローブ装置。
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