JP2014192405A - プローブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来に比べてプローブ装置における電気的な経路を短くすることができ、電気的な抵抗等を減少させて、精度良く検査を実施することのできるプローブ装置を提供する。
【解決手段】載置台と、載置台の半導体ウエハの載置面に形成された載置台電極と、複数のプローブを有するプローブカードと、載置台を駆動する駆動機構と、載置台の上方に配設され環状に形成された電極板と、上面に凹凸が形成され電極板に当接される当接部と、当接部の下側に当接部と一体に構成され載置台電極と電気的に接続されたケーブルを接続するためのケーブル接続部とを有し、ケーブル接続部の下方に配設された付勢部材によって当接部とケーブル接続部とが上下動自在に構成され、載置台の側方に配設されたコンタクトプローブとを具備し、載置台を上昇させて半導体デバイスの電極にプローブを接触させた際に、コンタクトプローブの当接部と電極板とを当接可能とされている。
【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、載置台(チャックトップ)に半導体ウエハを載置し、載置台を駆動すること等により、半導体ウエハの半導体デバイスの電極にプローブを接触させて電気的な導通を得る構成となっている。そして、測定器(テスタ)からプローブを介して半導体デバイスに所定の検査信号を印加し、半導体デバイスからの出力信号を検出して半導体デバイスの検査を行うようになっている。
また、半導体ウエハの裏面側に電極を有する半導体デバイス、例えば、裏面側にコレクタ電極が形成されたパワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、載置台(チャックトップ)の載置面に載置台電極として金等の導電性金属からなる導体膜電極等を形成し、この導体膜電極と半導体ウエハの裏面側の電極とを接触させて電気的な導通を得るものが知られている。パワーデバイスは、通常の半導体デバイスと比べて高耐圧化、大電流化され、また用途に応じて高速、高周波化されている。パワーデバイスとしては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOS−FET、サイリスタ等がある。これらのパワーデバイスは、それぞれの電気的特性(静特性、動特性)の測定により良品が選別される。
また、上記のパワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、導体膜電極とテスタとをケーブル等で電気的に接続すると、載置台が駆動される都合上ケーブルの長さが長くなりその抵抗やインダクタンスが増えるという問題がある。このため、導体膜電極と電気的に接続されたポゴピンを載置台の側面に配設し、ポゴピンを上方に配設した環状の電極板に接触させて電気的な導通を得る構成のプローブ装置も知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−138865号公報
上記のように従来から、パワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、載置台の載置面に形成された導体膜電極と電気的に接続されたポゴピン等を介して電気的な接続を得ることが行われている。
しかしながら、パワーデバイス等の電気的な検査を行う場合、大電流を流す必要等があるため、プローブ装置における電気的な経路が長く、その抵抗やインダクタンスが大きいと、電流に対する負荷が大きくなる。また、高周波信号を印加した場合に出力波形が鈍り、正確な検査が行えなくなる。このため、プローブ装置における電気的な経路をできる限り減少させ、電気的な抵抗等を減少させることが好ましい。
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、従来に比べてプローブ装置における電気的な経路を短くすることができ、電気的な抵抗等を減少させて、精度良く検査を実施す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、半導体ウエハに形成された半導体デバイスと電気的な接続を形成し、テスタにより電気的な検査を行うプローブ装置であって、前記半導体ウエハを載置するための載置台と、前記載置台の前記半導体ウエハの載置面に形成され、前記半導体デバイスの裏面側に形成された裏面側電極と接触される載置台電極と、前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される複数のプローブを有するプローブカードと、前記載置台を駆動し、当該載置台に載置された前記半導体ウエハの前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させる駆動機構と、前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される電極板と、上面に凹凸が形成され前記電極板に当接される当接部と、前記当接部の下側に当該当接部と一体に構成され前記載置台電極と電気的に接続されたケーブルを接続するためのケーブル接続部とを有し、前記ケーブル接続部の下方に配設された付勢部材によって前記当接部と前記ケーブル接続部とが上下動自在に構成され、前記載置台の側方に配設されたコンタクトプローブとを具備し、前記載置台を上昇させて前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させた際に、前記コンタクトプローブの前記当接部と前記電極板とを当接させ、前記裏面側電極と前記テスタとの電気的な接続を行うことを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べてプローブ装置における電気的な経路を短くすることができ、電気的な抵抗等を減少させて、精度良く検査を実施することのできるプローブ装置を提供する。
本発明の一実施形態に係るプローブ装置の全体構成を模式的に示す図。 図1のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。 図1のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。 図1のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプローブ装置100の全体構成を模式的に示す図であり、図2はプローブ装置100の要部構成を模式的に示す図である。図1に示すように、プローブ装置100は、測定部110と、搬送ユニットであるローダー部150とからその主要部が構成されている。測定部110には、x−y−z-θ方向に移動可能とされ、半導体ウエハWが載置される載置台111が設けられており、載置台111を駆動機構112により駆動することによって、プローブカード210に配設されたプローブ211(図2参照。)と、半導体ウエハWに複数形成された半導体デバイスの電極とを接触させて、半導体デバイスの電気的特性を測定するよう構成されている。
ローダー部150には、その前方側(図1中下側)に、半導体ウエハWを収容するウエハキャリア(ウエハカセット又はフープ)151が載置されるロードポート152が配設されており、このロードポート152に隣接してウエハ搬送機構160が配設されている。また、ローダー部150の後方側(図1中上側)には、位置合わせ機構170が配設されている。位置合わせ機構170は、半導体ウエハWを回転させてノッチの位置と半導体ウエハWの偏芯の状態を検出するよう構成されている。
ウエハ搬送機構160は、半導体ウエハWを真空吸着して搬送するためのウエハ搬送アーム161を具備している。このウエハ搬送アーム161には、半導体ウエハWを真空吸着するための吸着部(吸着パッド)162が複数(本実施形態では2つ)配設されている。これらの吸着部162には、真空ポンプ等の吸引源に接続された真空ライン(図1には図示せず。)が接続されている。なお、ウエハ搬送アーム161は、必要に応じて例えば上下に重ねて複数配設される。
ウエハ搬送機構160は、ウエハ搬送アーム161を進退及び旋回させることによって、ロードポート152に載置されたウエハキャリア151と、位置合わせ機構170と、測定部110の載置台111との間で半導体ウエハWを搬送する。
ロードポート152は、上下動機構によって上下動自在とされており、ロードポート152とウエハ搬送機構160との間には、支持フレーム153が配設されている。この支持フレーム153には図示しない光学検出器が配設されている。そして、ロードポート152に載置されたウエハキャリア151を上下動させながら、この光学検出器で半導体ウエハWの有無を検出することにより、ウエハキャリア151内のどのスロットに半導体ウエハWが配置されているかを検出できるようになっている。
図2に示すように、プローブカード210は、載置台111の上方に位置するように、クランプ機構(図示せず。)を介して測定部110の上面を構成するヘッドプレート110Aに固定されている。プローブカード210には複数のプローブ211が配設されており、これらのプローブ211は、テスタ300と電気的に接続される。
また、載置台111の半導体ウエハWの載置面及び載置台111の側面の上側部分には、載置台電極として金等の導電体金属からなる導体膜電極220(図2には太線で示してある。)が形成されている。また、載置台111には、図示しないバキュームチャック及び温度調節機構が配設されており、載置台111に載置された半導体ウエハWを吸着し、所望の温度に温調できる構成となっている。
プローブカード210と載置台111との間には、電極板221が配設されている。この電極板221は、テスタ300と電気的に接続される。また、載置台111の側壁部分にはコンタクトプローブ222が複数(本実施形態では180°離間した位置に合計2つ)配設されている。このコンタクトプローブ222は、導体膜電極220と電気的に接続されており、載置台111を上昇させた際に、コンタクトプローブ222と電極板221が当接することによって、導体膜電極220とテスタ300とが電気的に接続された状態となるように構成されている。なお、電極板221は、載置台111を駆動して半導体ウエハWの表面側の電極にプローブ211を接触させた際に、いずれの位置においてもコンタクトプローブ222が電極板221に当接可能な形状とされており、例えば、環状あるいは2つのコンタクトプローブ222が夫々当接されるように2つに分割された形状等とすることができる。
図3に示すように、コンタクトプローブ222には、その頂部に円板状の当接部222aが配設されており、当接部222aの上面には、凹凸が形成されている。当接部222aの直下には、直方体形状とされたケーブル接続部222bが配設されており、これらの当接部222aとケーブル接続部222bは、例えば、真鍮等の金属から一体に構成されている。すなわち、1つの金属材料から切削加工等によって当接部222aとケーブル接続部222bが形成されている。
また、当接部222aとケーブル接続部222bの表面には、厚さが例えば0.3μm〜0.5μm程度の金メッキ層が形成されている。なお、金メッキ層の下層には、厚さが例えば3μm程度の無電解ニッケルメッキ等からなる中間メッキ層が形成されている。
図4に示すように、ケーブル接続部222bの側壁部には、長手方向の両側端部に位置するように2つのネジ穴222cが形成されている。そして、これらのネジ穴222cにネジ223(図3参照。)を螺合させるとともに、載置台111の導体膜電極220の部分に形成されたネジ穴(図示せず。)にネジ224を螺合させ、これらのネジ223、ネジ224によってケーブル225の導体を固定することによって、導体膜電極220とコンタクトプローブ222とが電気的に接続されている。
ケーブル接続部222bの下側には、円柱部222dが形成されており、この円柱部222dは、円筒部材222e内に収容されている。そして、この円筒部材222e内に配設されたコイルスプリング等の付勢部材(図示せず。)によって、円筒部材222eに対して当接部222a及びケーブル接続部222b等が上側に向けて付勢された状態となっている。そして、図4中矢印で示すように、当接部222a及びケーブル接続部222b等が円筒部材222eに対して上下方向に移動可能となっている。これによって、当接部222aを電極板221当接させた際に、当接部222aが電極板221に対して弾性的に押圧された状態で当接するように構成されている。
上記のように、本実施形態のプローブ装置100では、コンタクトプローブ222の当接部222aの直下にケーブル接続部222bが配設されている。また、当接部222aとケーブル接続部222bとは、一体に構成されており、これらの間に当接部222aを弾性的に電極板221に接触させるための摺動部等が介在しない構成となっている。さらに、これらの当接部222aとケーブル接続部222bの表面には金メッキ層が形成されている。
これによって、当接部222aとケーブル接続部222bとの間の電気経路を短くすることができ、電気抵抗が増大すること及びインダクタンスが増大することを抑制することができる。例えば、当接部222aの側壁部とケーブル接続部222bのねじ穴222cが形成された側壁部との間の電気抵抗を測定した結果、0.06mΩであった。これに対して、当接部とケーブル接続部とが別部品で構成され、当接部とケーブル接続部との間に当接部を可動とするための摺動部が介在する構成とした場合には、電気抵抗は、2.20mΩであった。
そして、ケーブル接続部222bと導体膜電極220とが電気抵抗の少ない長さの短いケーブル225によって電気的に接続されているので、導体膜電極220とテスタ300との間の電気抵抗を従来に比べて大幅に低減することができる。また、電気経路が短いのでインダクタンス成分も少なくすることができる。このため、本実施形態のプローブ装置100を用いて、例えばダイオードの逆電流を測定した際に、パッケージ後のパワーデバイスよりも、ウエハ状態において波形の鈍りの少ない測定結果を得ることができた。
図3に示すように、載置台111の側壁部には、アルミニウム等から構成されたストッパアンドガイドブロック226が固定されている。また、載置台111の下部には、ステンレス鋼等からなるベースブロック227が配設されており、コンタクトプローブ222は、このベースブロック227上に、例えば、PEEK等の樹脂からなるプローブガイドブロック228、例えば、アルミニウム等からなるプローブ押え229等を介して係止されている。
さらに、ベースブロック227の下部には、コンタクトプローブ222を上下動させるための昇降機構230が配設されている。この昇降機構230は、コンタクトプローブ222を上下動させて、載置台111を上昇させて半導体ウエハWの表面側の電極にプローブ211を接触させた際に、当接部222aが電極板221に接触する上昇位置と、当接部222aが電極板221に接触しない下降位置との間で移動させる。
また、昇降機構230は、上記した上昇位置と下降位置との間で、多段階にコンタクトプローブ222の上下方向の位置を変更可能とされている。これによって、当接部222aと電極板221との当接状態を、最適な状態に調整可能となっている。
次に、上記構成のプローブ装置100による半導体ウエハWの検査手順について説明する。ローダー部150のロードポート152に半導体ウエハWを収容したウエハキャリア151が載置されると、まず、上下動機構によってウエハキャリア151上下動させ、光学検出器によって半導体ウエハWがどのスロットに収容されているかを検出する。
次に、半導体ウエハWをウエハ搬送機構160のウエハ搬送アーム161に吸着して、位置合わせ機構170に搬送する。そして、位置合わせ機構170によって半導体ウエハWのノッチを検出して半導体ウエハWの位置を検知する。
次に、位置合わせ機構170による位置検出の終了した半導体ウエハWを、ウエハ搬送機構160のウエハ搬送アーム161によって、位置合わせ機構170から取り出し、測定部110の載置台111上に半導体ウエハWを載置する。
そして、載置台111上の半導体ウエハWの半導体デバイスにプローブ211を当接させて、テスタ300と半導体ウエハWの表面側の電極との電気的な導通を得るとともに、コンタクトプローブ222の当接部222aを電極板221に接触させてテスタ300と半導体ウエハWの裏面側の電極との電気的な導通を得る。この状態で、テスタ300から半導体デバイスにテスト信号を供給するとともに、半導体デバイスからの出力信号を測定することによって、半導体デバイスの電気的な特性の検査を行う。
半導体ウエハWの半導体デバイスの電気的な状態の検査が終了すると、載置台111上の半導体ウエハWを、ウエハ搬送機構160のウエハ搬送アーム161によって取り出し、ウエハキャリア151に収容する。
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。
100……プローブ装置、110……測定部、111……載置台、150……ローダー部、151……ウエハキャリア、152……ロードポート、153……支持フレーム、160……ウエハ搬送機構、161……ウエハ搬送アーム、162……吸着部、170……位置合わせ機構、220……導体膜電極、221……電極板、222……コンタクトプローブ、222a……当接部、222b……ケーブル接続部、222c……ネジ穴、222d……円柱部、222e……円筒部材、223,224……ネジ、225……ケーブル、226……ストッパアンドガイドブロック、227……ベースブロック、228……プローブガイドブロック、229……プローブ押え、230……昇降機構、300……テスタ。

Claims (7)

  1. 半導体ウエハに形成された半導体デバイスと電気的な接続を形成し、テスタにより電気的な検査を行うプローブ装置であって、
    前記半導体ウエハを載置するための載置台と、
    前記載置台の前記半導体ウエハの載置面に形成され、前記半導体デバイスの裏面側に形成された裏面側電極と接触される載置台電極と、
    前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される複数のプローブを有するプローブカードと、
    前記載置台を駆動し、当該載置台に載置された前記半導体ウエハの前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させる駆動機構と、
    前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される電極板と、
    上面に凹凸が形成され前記電極板に当接される当接部と、前記当接部の下側に当該当接部と一体に構成され前記載置台電極と電気的に接続されたケーブルを接続するためのケーブル接続部とを有し、前記ケーブル接続部の下方に配設された付勢部材によって前記当接部と前記ケーブル接続部とが上下動自在に構成され、前記載置台の側方に配設されたコンタクトプローブとを具備し、
    前記載置台を上昇させて前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させた際に、前記コンタクトプローブの前記当接部と前記電極板とを当接させ、前記裏面側電極と前記テスタとの電気的な接続を行う
    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、
    前記コンタクトプローブが、前記載置台の周方向に間隔を設けて複数配設されている
    ことを特徴とするプローブ装置。
  3. 請求項1又は2記載のプローブ装置であって、
    前記コンタクトプローブを上下動させる昇降機構を具備した
    ことを特徴とするプローブ装置。
  4. 請求項3記載のプローブ装置であって、
    昇降機構は、前記コンタクトプローブの高さを多段階で調整可能とされている
    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、
    前記当接部が円板状に形成され前記当接部の直下に直方体形状の前記ケーブル接続部が配設され、前記ケーブル接続部の側面に前記ケーブルを接続するためのねじ部が配設されている
    ことを特徴とするプローブ装置。
  6. 請求項1〜5いずれか1項記載のプローブ装置であって、
    前記当接部及び前記ケーブル接続部の表面に金メッキ層が形成されている
    ことを特徴とするプローブ装置。
  7. 請求項1〜6いずれか1項記載のプローブ装置であって、
    前記当接部の側面と前記ケーブル接続部の側面との間の抵抗値が0.1mΩ以下である
    ことを特徴とするプローブ装置。
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