JP2584836B2 - プローブカードの自動位置合せ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ウェーハ状態でのチップと該チップの測定に用いるプ
ローブカードとの自動位置合せの方法に関し、 該プローブカードの位置合せを高精度かつ高速に自動
的に達成することを目的とし、 半導体ウェーハのチップ上に、その周辺部がその中心
部と反射能を異にするような１対のターゲット窓が配置
され、かつ該チップ上の各パッドに対応するプローブ針
を有するプローブカード上には、該１対のターゲット窓
とそれぞれ対応させて、該ターゲット窓の周辺部と同等
の反射能を有しかつ該ターゲット窓の中心部と相似の形
状に形成された１対のターゲット針が配置され、該チッ
プと該プローブカードとの位置合せを、該１対のターゲ
ット窓とそれらに対応する該１対のターゲット針との各
位置関係を自動認識することにより達成するように構成
される。

〔産業上の利用分野〕 本発明はウェーハ状態での半導体デバイス（すなわち
ウェーハ状態でのチップ）と、該チップの測定に用いる
プローブカードとの自動位置合せの方法に関する。

〔従来の技術〕

従来よりこの種のチップの測定に際しては、該チップ
の各ボンディングパッドに対応するプローブ針を有する
プローカードを用い、各ボンディングパッドとそれらに
対応するプローブ針とが最適な位置で電気的・機械的に
良好な状態で接触することが要求される。そしてこのた
めには該プローブカードと被測定チップとの相対位置を
高精度に合せる必要がある。

第６図は、従来技術における該プローブカードの位置
合せを行うためのプローバの概略構成を示すもので、プ
ローブ針22を有するプローブカード21がカードポゴピン
25およびパフォーマンスボード26と一体に構成されてこ
れらがプローバ筺体４に固定される。該プローブカード
21はテスタポゴピン32を介してテスタヘッド31と電気的
・機械的に結合されているが、該テスタポゴピン32の部
分に若干の遊びが設けられており、これによって該プロ
ーブカード（該プローブカードからパフォーマンスボー
ドまでの部分）は、その水平面内における所定の角度範
囲内で回転可能とされており、これにより該プローブカ
ードの自由度は、所謂カードθのみにより調整可能とさ
れる。

一方ウェーハ11はチャック51上に置かれ、バキューム
により吸着固定される。該チャック51の自由度はX,Y、
およびＺ方向およびその水平面内での回転（チャック
θ）により調整される。なお該ウェーハ上の所定のチッ
プから隣接のチップへの移動はチャックのX,Y方向への
チップサイズ分の移動（該ウェーハ上に設けられたスク
ライブラインに沿っての）によって行われ、またプロー
ブ針と各ボンディングパッドとのコンタクトは該チャッ
クのＺの方向の移動によって行われる。更に該ウェーハ
の平行合せ（該ウェーハ上に設けられたスクライブライ
ンと該チャックのX,Y移動方向との平行合せ）は、上記
チャックの回転（チャックθの調整）によって行われ
る。そして該ウェーハ（11）の被測定チップに対する該
プローブカード21の平行合せ（位置合せ）は、上記プロ
ーブカード側の回転（カードθの調整）によって行わ
れ、これにより各パッドに対するプローブ針の位置が調
整される。この場合、該プローブカードの位置合せを行
うにあたっては、測定作業者が目視によって、各ボンデ
ィングパッドの中心にそれに対応するプローブ針の中心
を手動で（あるいはモータなどを利用して）合せてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来技術によるプローブカードの位
置合せ方法では、チップの多パッド化によって目視範囲
が広くなり、個々のボンディングパッド中心の視認性が
悪化し、適確な目視作業が非常に困難となる。

したがって上記従来のプローブカード位置合せの方法
では、位置合せ精度を上げることは非常に困難であり、
また位置合せに要する時間が非常に長くなるなどの問題
点を生じていた。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもの
で、該プローブカードの位置合せを高精度かつ高速に自
動的に達成しうるようにしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明においては、半導体
ウェーハのチップ上に、その周辺部がその中心部と反射
能を異にするような１対のターゲット窓が配置され、か
つ該チップ上の各パッドに対応するプローブ針を有する
プローブカード上には、該１対のターゲット窓とそれぞ
れ対応させて、該ターゲット窓の周辺部と同等の反射能
を有しかつ該ターゲット窓の中心部と相似の形状に形成
された１対のターゲット針が配置され、該チップと該プ
ローブカードとの位置合せを、該１対のターゲット窓と
それらに対応する該１対のターゲット針との各位置関係
を自動認識することにより達成するようにしたプローブ
カードの自動位置合せ方法が提供される。

〔作 用〕

上記構成によれば、該チップ上のターゲット窓中心部
とそれに対応する該プローブカード上のターゲット針先
端との重なりの状態（すなわちターゲット窓中心部とそ
れに対応するターゲット針先端との位置関係）を、該重
ねられた部分のコントラストの変化として自動認識する
ようにし、それによってえられたデータにもとづいて該
プローブカードの高精度な位置合せを容易に達成するこ
とができる。

〔実施例〕

第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明に適用される被
測定チップ（実際にはウェーハ状態になっている）の１
例を示すもので、第１図（ａ）に示されるように該チッ
プ11′の周辺には多数のボンディングパッド12が配置さ
れる。13,13′はチップ位置合せ用のターゲット窓であ
り、該チップ11′の対角線上においてコントラストのは
っきりする領域に配置される。

第１図（ｂ）は第ターゲット窓13（あるいは13′）の
拡大図であり、該ターゲット窓の中心部131と周辺部132
とで明確なコントラストの差があるように所定の材料で
所定の形状に形成される。すなわち例えば、該ターゲッ
ト窓の周辺部132を、反射能の高いアルミ材料などによ
り、該中心部（円形孔の部分）131を除いてパターンニ
ング形成し（例えば他のアルミ配線パターンと同時に形
成し）、該中心部131にはチップの表面がそのまま現れ
るようにしてもよい。

一方、第２図（ａ）および（ｂ）は、本発明に適用さ
れるプローブカードの１例を示すもので、上記第１図に
示される被測定チップをあてはめた状態で示されてい
る。上記第２図（ａ）に示されるように、該プローブカ
ード21の周辺には該ボンディングパッド12に対応して多
数のプローブ針22が配置される。また、23,23′は該プ
ローブカード上において該ターゲット窓13,13′に対応
して配置されたカード配置合せ用のターゲット針であ
り、該各プローブ針22と該ターゲット針23,23′との位
置関係は、該チップ上の各ボンディングパッド12と該タ
ーゲット窓13,13′との位置関係と正確に一致するよう
に構成される。

ここで第２図（ｂ）は該ターゲット針23（あるいは2
3′）の拡大図であり、該ターゲット窓の周辺部と同等
の反射能を有する（換言すれば該ターゲット窓の中心部
と明確なコントラストの差が出る）材料、例えば上記ア
ルミ材料などにより形成する。そして該ターゲット針23
（あるいは23′）の先端部231は該ターゲット窓中心部1
31と相似の形状（第２図（ｂ）の場合は該ターゲット窓
中心部より小径の円形）に形成される。

第３図は、該ターゲット窓の中心部131と該ターゲッ
ト針の先端部231との位置関係（重なりの度合）に伴う
コントラストの変化を説明する図であって、第３図
（ａ）はその位置関係が不適正な場合（換言すればずれ
た状態）を示しており、一方、第３図（ｂ）はその位置
関係が適正な場合を示している。

そしてかかる位置関係が適正か否かが、本発明では上
記コントラストの変化の状態によって検知することがで
き、該位置関係がずれている場合は、第３図（ａ）に示
されるように該コントラストの変化は、該ターゲット窓
の中心からみて左右非対称となり、一方その位置関係が
適正な場合は、第３図（ｂ）に示されるように該コント
ラストの変化は該ターゲット窓の中心からみて左右対称
となる。そしてかかる検出結果をもとにして、上記各タ
ーゲット窓とそれに対応するターゲット針との各位置関
係が、それぞれ上記第３図（ｂ）に示されるような適正
位置となるように、所定の補正（ウェーハを載置したチ
ャックのX,Y方向の位置あるいは上記カードθの補正）
が自動的に行われ、それによって該チップに対する該プ
ローブカードの適正な位置合せが高精度に達成される。
この場合、上記ターゲット窓およびターゲット針先端部
の形状が単純なため、上記重なりの度合を検知する手段
としてイメージセンサ等によるパターン認識を利用する
ことができ、それにより上記自動位置合せを容易に実現
することができる。

第４図は、上記第１図に示されるチップに対し上記第
２図に示されるプローブカードの位置合せを行う装置の
全体構成を例示する図であり、また第５図は、上記第４
図に示される装置を用いて上記位置合せを実行する手順
を例示するフローチャートである。

上記第４図に示されるように、先ずウェーハ11が載置
されたチャック51の位置（X,Y方向の位置および上記チ
ャックθによる回転位置）はチャックドライバ52により
調整され、該チャックドライバ52はチャックドライバコ
ントローラ53を介してCPU7との間で位置指令の授受がな
される。またプローブカード21の回転位置（カードθ）
はカードθドライバ27により調整され、該カードθドラ
イバ27はカードθドライバコントローラ28を介してCPU7
との間で位置指令の授受がなされる。更に被測定チップ
に対しその対角線上におかれたイメージセンサ61,62は
イメージセンサドライバ63,64によってその位置が調整
され、該イメージセンサドライバ63,64はイメージセン
サドライバコントローラ65を介してCPU7との間で位置指
令の授受がなされる。更に該イメージセンサ61,62によ
りパターン認識された上記コントラストのパターンに関
するデータはアナライザ66により解析され、その解析デ
ータがCPU7に入力される。更に該CPU7にはメモリ81から
各品種毎に記憶されている情報（例えば各ウェーハのチ
ップサイズ・ターゲット窓の位置、形状等の情報）が該
CPU7に供給され、該CPU7は該アナライザ66により解析さ
れた各イメージセンサからのデータおよび該メモリ81か
ら入力される情報にもとづいて、上記各ドライバコント
ローラに所定の位置指令が供給される。一方該位置指令
にもとづいて移動した移動量（X,Y方向の移動量、回転
角など）は各ドライバ側で例えばエンコーダなどにより
検出され、CPU側に返送される。なお82は該メモリ81に
接続された外部補助記憶装置を示す。

次に上記第４図に示される装置を用いて上記プローブ
カードの位置合せを行う手順について、第５図を用いて
説明する。なお上記ウェーハの平行合せ（すなわち上記
チャックθの調整による、ウェーハ上のスクライブライ
ンとチャックのX,Y移動方向との平行合せ）は既に行わ
れているものとする。

次いで先ず第５図のステップ１に示されるように、該
メモリ81からの情報が供給される該CPU7からの指令によ
って各イメージセンサドライバを駆動して、各イメージ
センサ61,62内にそれぞれ該プローブカードのターゲッ
ト針23,23′が入るように各センサ61,62の位置が決めら
れる。次いでステップ２において、各イメージセンサ6
1,62内にそれぞれ該各ターゲット針に対向する被測定チ
ップのターゲット窓13,13′が入るように該チャック51
の位置が例えばマニュアルにより決められる。次いでス
テップ３において、該メモリ81からの情報および該一方
のイメージセンサ61からのデータにもとづく該CPU7から
の指令によって該チャックドライバのＸおよびＹ方向へ
の移動を制御し、これによって該ターゲット窓13と該タ
ーゲット針23（以下これらをまとめてターゲット１とい
う）の該X,Y方向のアラインメントを実施し、これらの
位置関係を一旦上記第３図（ｂ）に示されるような適正
な位置関係となるようにする。次いでステップ４におい
て、該メモリ81からの情報および該他方のイメージセン
サ62からのデータにもとづく該CPU7からの指令によって
再びチャックドライバのＸおよびＹ方向への移動を制御
し、これによって該ターゲット窓13′と該ターゲット針
23′（以下これらをまとめてターゲット２という）の該
X,Y方向のアラインメントを実施し、これらの位置関係
を上記第３図（ｂ）に示されるような適正な位置関係と
なるようにする。なお、このアラインメントを実施する
ための該チャックドライバの移動に応じて上記ターゲッ
ト窓13とターゲット針23（すなわちターゲット１）の位
置関係は再びずれた状態となり、このときの該チャック
ドライバの該ＸおよびＹ方向への移動量は、上記ステッ
プ３においてターゲット窓13とターゲット針23（すなわ
ちターゲット１）がアラインメントされた位置を原点と
してみた場合の、該ターゲット窓13′とターゲット針2
3′（すなわちターゲット２）の位置ずれの量に対応す
る。

そしてステップ５において、上記ステップ４において
該ターゲット２のアラインメントを実施した際の該チャ
ックドライバのＸおよびＹ方向への移動量から、該ター
ゲット1,2間、すなわち被測定チップとプローブカード
との間のθずれ（カードθのずれ）を該CPU7において算
出し、ステップ６において該θずれが許容範囲内にある
か否かを判定する。

そして該θずれが許容範囲内にない場合はステップ７
において上記算出されたθずれの値に応じて上記カード
θを補正する。

一方、該θずれが許容範囲内であれば、以後はX,Y方
向の微調整を行うためにステップ８とステップ９におい
て再び上記ステップ３とステップ４と同様に、ターゲッ
ト１およびターゲット２のX,Y方向のアラインメントを
実施する。この場合、当然該ターゲット１と２の各位置
関係はともに許容範囲に入っている筈であり、ステップ
10でそのことが確認されれば、ステップ11で該プローブ
カードの位置合せ作業は終了し、一方、仮に該ステップ
10で上記ターゲット１と２の各位置関係の少くとも一方
が所定の許容範囲に入っていなければ、上記カードθの
ずれの算出などに誤りがあったものとして、ステップ12
においてエラー表示ないし該位置合せ作業の停止がなさ
れる。

なお上記ステップ７でカードθについて所定の補正が
なされた場合にも、更に微調整を行い、また最終の適正
位置を確認する意味で再びステップ３に戻り、それ以降
のステップが繰返し実行される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チップとプローブカードとの位置合
せを、例えばチップ対角線上に設けられた１対のターゲ
ット窓とそれに対応するプローブカード上のターゲット
針との位置合せによって実行することができ、その際パ
ターン認識による自動位置合せが容易に利用できるた
め、該プローブカードの位置合せを高精度で高速に、か
つ自動的に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は、本発明に適用される被測定チ
ップの構成を例示する図、 第２図（ａ），（ｂ）は、本発明に適用されるプローブ
カードの構成の１例を上記被測定チップにあてはめた状
態で示す図、 第３図（ａ），（ｂ）は、被測定チップ側のターゲット
窓とプローブカード側のターゲット針との位置関係（重
なりの度合）に伴うコントラストの変化を説明する図、 第４図は、本発明によってプローブカードの位置合せを
行う装置の全体構成を例示する図、 第５図は、第４図の装置を用いてプローブカードの位置
合せを実行する手順をフローチャートで示す図、 第６図は、従来技術によるプローバの概略構成を示す図
である。 （符号の説明） 11……ウェーハ、 11′……ウェーハ上の被測定チップ、 12……ボンディングパッド、 13,13′……ターゲット窓、 21……プローブカード、22……プローブ針、 23,23′……ターゲット針、 27……カードθドライバ、 31……テスタヘッド、４……プローバ筐体、 51……チャック、 52……チャックドライバ、 61,62……イメージセンサ、 63,64……イメージセンサドライバ、 ７……CPU、81……メモリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウェーハのチップ上に、その周辺部
   がその中心部と反射能を異にするような１対のターゲッ
   ト窓が配置され、かつ該チップ上の各パッドに対応する
   プローブ針を有するプローブカード上には、該１対のタ
   ーゲット窓とそれぞれ対応させて、該ターゲット窓の周
   辺部と同等の反射能を有しかつ該ターゲット窓の中心部
   と相似の形状に形成された１対のターゲット針が配置さ
   れ、該チップと該プローブカードとの位置合せを、該１
   対のターゲット窓とそれらに対応する該１対のターゲッ
   ト針との各位置関係を自動認識することにより達成する
   ことを特徴とするプローブカードの自動位置合せ方法。