JP2737744B2 - Wafer probing equipment - Google Patents

Wafer probing equipment

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JP2737744B2
JP2737744B2 JP9640796A JP9640796A JP2737744B2 JP 2737744 B2 JP2737744 B2 JP 2737744B2 JP 9640796 A JP9640796 A JP 9640796A JP 9640796 A JP9640796 A JP 9640796A JP 2737744 B2 JP2737744 B2 JP 2737744B2
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wafer
probe
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probing
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勝久 大川
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日本電気株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はウエハプロービング
装置に関し、特に、半導体LSIチップをウエハ状態で
電気検査をする際に使うプロービング用の端子が形成さ
れたプローブウエハを被検査ウエハ上に正確にアライメ
ントし、プロービングを行なうウエハプロービング装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer probing apparatus and, more particularly, to accurately align a probe wafer having probing terminals formed thereon for use in performing electrical inspection of a semiconductor LSI chip in a wafer state on a wafer to be inspected. And a wafer probing apparatus for performing probing.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のウエハプロービング装置について
図面を参照して詳細に説明する。
2. Description of the Related Art A conventional wafer probing apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
【0003】図2は、従来の第一の例を示す側面図であ
る。図2に示す第一のウエハプロービング装置は、半導
体ウエハ18を検査するための検査ステージ11と、検
査ステージ11の周囲に設置されたプローブカード自動
位置合わせ機構12と、プローブカード自動位置合わせ
機構12の構成要素であり、表面に数本等間隔で平行に
幅を持った導電線(a〜c)が形成された絶縁性のゴム
13と、前記のおのおのの導電線(a〜c)に接続され
ており、独立して各導電線(a〜c)に電気信号が送信
可能な電源14と、検査ステージ11の上方に位置する
プローブカード15と、プローブカード15が装着され
ているインサートリング16と、プローブカード15に
対してほぼ垂直に装着されているプローブ針17と、を
含んで構成される(例えば、特開平1−265175号
公報)。
FIG. 2 is a side view showing a first conventional example. The first wafer probing apparatus shown in FIG. 2 includes an inspection stage 11 for inspecting a semiconductor wafer 18, an automatic probe card alignment mechanism 12 installed around the inspection stage 11, and an automatic probe card alignment mechanism 12 Is connected to an insulating rubber 13 having a plurality of conductive wires (a to c) formed on its surface in parallel at equal intervals and having a width, and to the respective conductive wires (a to c). And a power supply 14 capable of independently transmitting an electric signal to each of the conductive lines (a to c), a probe card 15 located above the inspection stage 11, and an insert ring 16 on which the probe card 15 is mounted. And a probe needle 17 mounted substantially perpendicularly to the probe card 15 (for example, JP-A-1-265175).
【0004】検査ステージ11は、図示しない各モータ
に結合されていて、X・Y・Z方向、およびZ軸を中心
としたθ回転が可能とされており、検査ステージ11の
半導体ウエハ18の載置面は、真空装置に接続されてい
て、半導体ウエハ18を真空吸着可能とされている。さ
らに、検査ステージ11上に載置した半導体ウエハ18
を正確に位置決めするために、あらかじめ定められた位
置に、CCDカメラを使ったパターン認識装置又はレー
ザを用いた認識機構が設置されている。
The inspection stage 11 is coupled to each motor (not shown), and can rotate θ around the X, Y, and Z directions and the Z axis. The mounting surface is connected to a vacuum device so that the semiconductor wafer 18 can be vacuum-sucked. Further, the semiconductor wafer 18 placed on the inspection stage 11
In order to accurately position the pattern, a pattern recognition device using a CCD camera or a recognition mechanism using a laser is installed at a predetermined position.
【0005】プローブカード15は、例えば絶縁性の合
成樹脂で形成された絶縁基板に、各々絶縁状態でプリン
ト配線されたもの、即ち、プリント基板と呼ばれている
ものである。上記プリント配線は、一端を被検査体検査
装置であるテスタに接続する端子と、もう一端をプロー
ブ端子例えばプローブ針17と接続するごとく配線構成
されている。
The probe card 15 is one in which printed wiring is provided on an insulating substrate made of, for example, an insulating synthetic resin in an insulated state, that is, what is called a printed substrate. The printed wiring is configured such that one end is connected to a tester, which is a device under test, and the other end is connected to a probe terminal, for example, a probe needle 17.
【0006】プローブカード自動位置合わせ機構12
は、図3に示すように、絶縁性のゴム13に幅例えば1
5μmの導電線(a〜c)例えば15μmピッチで例え
ば3本形成されている。上記のように設置したプローブ
カード15により、半導体ウエハ18の検査を実行する
際、ICチップに形成された電極パッド配列パターン
と、プローブカード15に装着された各プローブ針17
を接触させるために予め正確な位置合わせを実行する。
この位置合わせについて説明する。
A probe card automatic positioning mechanism 12
As shown in FIG. 3, the insulating rubber 13 has a width of, for example, 1
For example, three conductive lines (a to c) of 5 μm are formed at a pitch of 15 μm, for example. When the inspection of the semiconductor wafer 18 is performed by the probe card 15 installed as described above, the electrode pad arrangement pattern formed on the IC chip and the probe needles 17 mounted on the probe card 15 are used.
Is performed in advance in order to make the contact.
This alignment will be described.
【0007】予め、プローブカード15に装着された各
プローブ針17に各々識別番号を付けるとともに、各配
列位置を図示しない制御部に記憶しておく。又、その中
のプローブ針から複数例えば2本のプローブ針17を基
準プローブ針17a、17bと記憶する。ここで、この
基準となるプローブ針17a、17bの決定は、通常I
Cチップの電極パッドの配列が、ICチップの周縁付近
や内部において縦横に規則的に形成されている部分があ
る、この縦又は横に同列又は同行の電極パッドに対応す
る最遠となる2本のプローブ針17a、17bを基準と
しておく。上記のような記憶はオペレータがマニュアル
入力しても良いし、プローブカード15自体に設けられ
た記憶機構例えばメモリーICから読み出しても良い。
このような状態で自動位置合わせを実行する。
An identification number is assigned to each probe needle 17 attached to the probe card 15 in advance, and each array position is stored in a control unit (not shown). Further, a plurality of, for example, two probe needles 17 from among the probe needles therein are stored as reference probe needles 17a and 17b. Here, the determination of the probe needles 17a and 17b as the reference is usually performed by I
The arrangement of the electrode pads of the C chip has portions regularly and horizontally formed near and inside the periphery of the IC chip. The two furthest electrodes corresponding to the vertically or horizontally arranged electrode pads in the same row or row. The probe needles 17a and 17b are used as a reference. The above storage may be manually input by an operator, or may be read from a storage mechanism provided in the probe card 15 itself, for example, a memory IC.
Automatic positioning is performed in such a state.
【0008】まず、プローブカード15の各プローブ針
17が設けられている位置の下方向に、検査ステージ1
1を移動してプローブカード自動位置合わせ機構12を
設置する(A)。この設置は、ある程度位置合わせされ
た状態でプローブカード15がインサートリング16に
設置されるので、容易に行なうことが可能である。次に
検査ステージ11を上昇することにより、各プローブ針
17をプローブカード自動位置合わせ機構12の導電線
(a〜c)が形成された絶縁性のゴム13に接続させる
(B)。次に、電源14から導電線(a〜c)のうち中
心線である導電線bに電気信号を送信する(C)。この
ことにより、導電線bに接触しているプローブ針17か
らテスタ(図示せず)に信号が送られ、テスタにより、
どのプローブ針17が導電線bに接触しているか確認さ
れる(D)。この接触しているプローブ針17が上記で
記憶した基準となる第一の基準プローブ針17aか判断
する(E)。この判断により、接触しているプローブ針
17が第一の基準プローブ針17aでない場合、その接
触しているプローブ針17と第一の基準プローブ針17
aとの距離を計算し、その距離分だけ検査ステージ11
を下降後移動する(F)。そして、上記(B〜E)の動
作を第一の基準プローブ針17aが導電線bに接触する
まで繰り返す。次に、第一の基準プローブ針17aが導
電線bに接触した後、導電線a〜cから電気信号を各々
単独で送信する(G)。そして、テスタにより、第一の
基準プローブ針17aが導電線a〜cに接触しているか
判断する(H)。ここで、導電線a、cのどちらかにに
接触していない場合、検査ステージ11を下降後接触し
ていない導電線aまたはc方向に微移動する(I)。そ
して、検査ステージ11を上昇し(J)上記(G,H)
の動作を、第一の基準プローブ針17aが導電線a、c
の両方に接触するまで繰り返す。即ち、プローブ針17
の先端の直径は例えば50μmなので、ピッチ15μm
幅15μmの導電線a〜cに全て接触させることによ
り、高精度に位置決めを行なうものである。次に、第二
の基準プローブ針17bは、上記第一の基準プローブ針
17aが接触している各導電線a〜cの延長上で、この
各導電線a〜cに接触状態にある。つまり、上記第一の
基準プローブ針17aが位置合わせされた状態で、、各
導電線a〜cに電源14から電気信号を送信し、テスタ
によりどの導電線(a〜c)に第二の基準プローブ針1
7bが接触しているか判断する。
First, the inspection stage 1 is moved downward from the position where each probe needle 17 of the probe card 15 is provided.
1 and the probe card automatic positioning mechanism 12 is installed (A). This installation can be easily performed because the probe card 15 is installed on the insert ring 16 in a state where it is aligned to some extent. Next, by raising the inspection stage 11, each probe needle 17 is connected to the insulating rubber 13 of the probe card automatic positioning mechanism 12 on which the conductive wires (a to c) are formed (B). Next, an electric signal is transmitted from the power supply 14 to the conductive line b which is the center line among the conductive lines (a to c) (C). As a result, a signal is sent from the probe needle 17 in contact with the conductive wire b to a tester (not shown), and the tester
It is confirmed which probe needle 17 is in contact with the conductive wire b (D). It is determined whether the contacted probe needle 17 is the first reference probe needle 17a serving as the reference stored above (E). According to this determination, if the contacting probe needle 17 is not the first reference probe needle 17a, the contacting probe needle 17 and the first reference probe needle 17a are not.
The distance to the inspection stage 11 is calculated by that distance.
And then move (F). Then, the above operations (B to E) are repeated until the first reference probe needle 17a comes into contact with the conductive wire b. Next, after the first reference probe needle 17a comes into contact with the conductive line b, an electric signal is independently transmitted from each of the conductive lines a to c (G). Then, the tester determines whether the first reference probe needle 17a is in contact with the conductive wires a to c (H). Here, when the conductive stage is not in contact with one of the conductive lines a and c, the inspection stage 11 is moved down and then slightly moved in the direction of the conductive line a or c which is not in contact (I). Then, the inspection stage 11 is raised (J) and the above (G, H)
Operation of the first reference probe needle 17a is changed to the conductive lines a and c.
Repeat until both touch. That is, the probe needle 17
The diameter of the tip is, for example, 50 μm, so the pitch is 15 μm.
Positioning is performed with high accuracy by bringing all of the conductive lines a to c having a width of 15 μm into contact with each other. Next, the second reference probe needle 17b is in contact with each of the conductive lines a to c over the extension of each of the conductive lines a to c with which the first reference probe needle 17a is in contact. That is, in a state where the first reference probe needle 17a is aligned, an electric signal is transmitted from the power supply 14 to each of the conductive lines a to c, and the second reference to which conductive line (a to c) is performed by the tester. Probe needle 1
It is determined whether 7b is in contact.
【0009】このことにより、図4に示すように第二の
基準プローブ針17bが各導電線(a〜c)のいずれか
もしくは複数に接触していない場合、検査ステージ11
の移動およびプローブカード15のθ回転により、上記
第一および第二の基準プローブ針17a、17bを参照
してプローブカード15のθ方向のズレを補正する。
又、第二の基準プローブ針17bが各導電線(a〜c)
と接触している場合、プローブカード15の設置にθ方
向のズレがないと判断し、この状態の検査ステージ11
の位置を第一の基準位置として記憶する(K)。次に、
検査ステージ11を90度回転し、所定量だけ移動し
て、プローブ針17群の下方に、導電線(a〜c)が上
記位置合わせとは直角をなすように設定する(L)。そ
して、検査ステージ11を上昇することにより(M)、
いずれかのプローブ針17と導電線bとを接触状態とし
て、電源14から導電線bに電気信号を送信する。この
ことにより、導電線bに接触しているプローブ針17か
らテスタに信号が送られ、テスタによりどのプローブ針
17が導電線bに接触しているか確認する。そして、そ
のプローブ針17が導電線aおよびcと接触するように
検査ステージ11を微移動して、導電線(a〜c)に接
触した状態の検査ステージ11の位置を第二の基準位置
と記憶するとともに、この接触しているプローブ針17
を第三の基準プローブ針17cとして記憶する。上記し
た第一、第二、第三の基準プローブ針17と第一および
第二の基準位置との関係からある位置における検査ステ
ージ11の中心に対して、どの位置にプローブ針が配列
されているか認識できる。
As a result, as shown in FIG. 4, when the second reference probe needle 17b is not in contact with one or more of the conductive lines (a to c), the inspection stage 11
And the θ rotation of the probe card 15, the deviation of the probe card 15 in the θ direction is corrected with reference to the first and second reference probe needles 17 a and 17 b.
The second reference probe needle 17b is connected to each of the conductive wires (a to c).
When it is in contact with the inspection stage 11, it is determined that there is no deviation in the θ
Is stored as the first reference position (K). next,
The inspection stage 11 is rotated by 90 degrees, moved by a predetermined amount, and set below the group of the probe needles 17 so that the conductive lines (a to c) are perpendicular to the above-mentioned alignment (L). Then, by raising the inspection stage 11 (M),
An electric signal is transmitted from the power supply 14 to the conductive line b with any one of the probe needles 17 in contact with the conductive line b. As a result, a signal is sent from the probe needle 17 in contact with the conductive wire b to the tester, and the tester checks which probe needle 17 is in contact with the conductive wire b. Then, the inspection stage 11 is slightly moved so that the probe needle 17 comes into contact with the conductive lines a and c, and the position of the inspection stage 11 in contact with the conductive lines (a to c) is defined as a second reference position. The stored probe needle 17
Is stored as the third reference probe needle 17c. From the relationship between the first, second, and third reference probe needles 17 and the first and second reference positions, the position where the probe needles are arranged with respect to the center of the inspection stage 11 at a certain position. Can be recognized.
【0010】そして、検査すべき半導体ウエハ18を検
査ステージ11に載置し、CCDカメラ又はレーザ等で
検査ステージ11のX・Y方向と半導体ウエハ18に形
成されたスクライズライン等との方向を位置合わせする
と同時に、半導体ウエハ18の中心と検査ステージ11
との中心との位置関係を認識し、又、半導体ウエハ18
の中心からどの位置にICチップが形成されているかも
認識する。そして、上記したように、プローブ針17配
列と検査ステージ11の中心と半導体ウエハ18の中
心、半導体ウエハ18とICチップの形成位置の各位置
関係から、プローブ針17配列とICチップが位置合わ
せが可能であり、ゆえに各プローブ針17をICチップ
の電極にパッドに自動的に位置合わせ可能となる。
Then, the semiconductor wafer 18 to be inspected is placed on the inspection stage 11, and the X and Y directions of the inspection stage 11 and the directions of the slicing lines and the like formed on the semiconductor wafer 18 are adjusted by a CCD camera or a laser. At the same time, the center of the semiconductor wafer 18 and the inspection stage 11 are aligned.
Of the semiconductor wafer 18
From the center of the IC chip is also recognized. Then, as described above, the alignment of the probe needles 17 and the IC chip is determined based on the positional relationship between the array of the probe needles 17, the center of the inspection stage 11, the center of the semiconductor wafer 18, and the formation positions of the semiconductor wafer 18 and the IC chips. It is possible, so that each probe needle 17 can be automatically positioned on the pad of the electrode of the IC chip.
【0011】図5は、従来の第二の例を示す断面図であ
る。図5に示すウエハプロービング装置は、複数のプロ
ーブ針を備えたテストプローブ装置の各プローブ針の先
端を、ウエハの表面側に配列された複数のパッドに接触
させる半導体素子検査方法において、上記ウエハを透過
可能な検出用電磁波を上記ウエハの裏面側から照射する
と共に、上記ウエハを載置するチャック台においては、
少なくとも上記プローブ針の配置面積に相当する部分を
上記電磁波が透過可能に構成しておき、上記電磁波のウ
エハ表面近傍での反射波によって上記ウエハの裏面側か
ら上記各パッドと各プローブ針先端との位置を把握し、
これにより両者の位置合わせを行うことを特徴とする
(例えば、特開平5−142296号公報)。
FIG. 5 is a sectional view showing a second conventional example. The wafer probing apparatus shown in FIG. 5 is a semiconductor device inspection method in which the tip of each probe needle of a test probe apparatus having a plurality of probe needles is brought into contact with a plurality of pads arranged on the front side of the wafer. Along with irradiating a transmittable electromagnetic wave for detection from the back side of the wafer, the chuck table on which the wafer is mounted,
At least a portion corresponding to the arrangement area of the probe needles is configured to be able to transmit the electromagnetic wave, and the reflection of the electromagnetic wave near the wafer surface causes the respective pads and the tip of the probe needles from the back surface side of the wafer. Know the position,
In this manner, the two are aligned (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-142296).
【0012】チャック台20には、真空吸着法にてシリ
コンウエハ19が吸着、保持されている。そしてウエハ
19の上方の位置には、複数のプローブ針22を備えた
テストプローブ装置23が配置されている。またチャッ
ク台20及びチャック台20を垂直軸芯回りに回転する
ための回転機構21の軸芯部には、透孔24が形成され
ており、その下方の位置に、ウエハ表面近傍での反射赤
外光によってダミーチップ33内のパッドとプローブ針
22先端との位置を検出する位置検出手段として赤外線
TVカメラ25を配置している。赤外線TVカメラ25
は、赤外用レンズ26を備えるものである。赤外線TV
カメラ25に近接した位置には、透孔24を通してウエ
ハ19の裏面側に赤外線を照射するための赤外光ランプ
27(電磁波照射手段)が配置されている。赤外線TV
カメラ25は、Xステージ28、Yステージ29によ
り、XY移動可能であり、図示しないがZ方向にも移動
可能にされているものとする。チャック台20は、Xス
テージ30、Yステージ31、Zステージ32により、
XYZ移動可能である。
A silicon wafer 19 is sucked and held on the chuck table 20 by a vacuum suction method. At a position above the wafer 19, a test probe device 23 having a plurality of probe needles 22 is arranged. Further, a through hole 24 is formed in the axis of the chuck table 20 and a rotation mechanism 21 for rotating the chuck table 20 about a vertical axis. An infrared TV camera 25 is disposed as position detection means for detecting the position between the pad in the dummy chip 33 and the tip of the probe needle 22 by external light. Infrared TV camera 25
Is provided with an infrared lens 26. Infrared TV
At a position close to the camera 25, an infrared light lamp 27 (electromagnetic wave irradiation means) for irradiating infrared light to the back surface side of the wafer 19 through the through hole 24 is arranged. Infrared TV
The camera 25 can be moved XY by an X stage 28 and a Y stage 29, and can be moved in the Z direction (not shown). The chuck table 20 is formed by an X stage 30, a Y stage 31, and a Z stage 32.
XYZ movement is possible.
【0013】ウエハ19には、その中央部にダミーチッ
プ33が形成されており、通常のチップ34上のパッド
と同様なアルミニウムによって形成したマーカを有す
る。このダミーチップ33は、通常のチップ34のよう
な配線は施されない。
A dummy chip 33 is formed in the center of the wafer 19, and has a marker formed of aluminum like a pad on a normal chip 34. This dummy chip 33 is not provided with wiring like a normal chip 34.
【0014】上記のような装置、及びウエハ19を用い
て、チップ21上のパッドとプローブ針22との位置合
わせを行う手順について説明する。まず、ウエハ19
を、チャック台20に装着する。その際、ダミーチップ
33をチャック台20の透孔24の部分に位置させる。
次いで赤外線ランプ27によってウエハ19をその裏面
から観察する。このときウエハ19は、赤外透過率が良
好なものである一方、アルミニウムのマーカは赤外光を
透過しないので、その表面に設けたマーカを、その裏面
側から観察することが可能である。そしてこの状態で、
テストプローブ装置23の直下にダミーチップ33が位
置するようにチャック台20を移動させ、次いでテスト
プローブ装置23を徐々に下降させて、各プローブ針2
2の先端がチップ表面のわずかに上方に位置するか又は
チップ表面に接触する状態にする。このとき、赤外線T
Vカメラ25においては、その光学系の焦点深度を充分
に浅くしておくことで、上記プローブ針22は、その先
端又はその先端部近傍のみが観察される。そして上記赤
外線TVカメラ25により観察し、ステージを動かし
て、プローブ針22の先端をマーカの位置に一致させる
ことで両者の位置合わせを行う。この後、チップ34の
配列ピッチだけXY方向にチャック台20を、順次移動
させ、ウエハ19上の全てのチップ34の検査を行う。
A procedure for aligning the pads on the chip 21 with the probe needles 22 using the above-described apparatus and the wafer 19 will be described. First, the wafer 19
Is mounted on the chuck base 20. At this time, the dummy chip 33 is positioned at the through hole 24 of the chuck base 20.
Next, the wafer 19 is observed from the back surface by the infrared lamp 27. At this time, the wafer 19 has good infrared transmittance, while the aluminum marker does not transmit infrared light, so that the marker provided on the front surface can be observed from the back surface side. And in this state,
The chuck table 20 is moved so that the dummy chip 33 is located immediately below the test probe device 23, and then the test probe device 23 is gradually lowered so that each probe needle 2
The tip 2 is positioned slightly above the chip surface or in contact with the chip surface. At this time, infrared T
In the V camera 25, the depth of focus of the optical system is made sufficiently shallow, so that only the tip of the probe needle 22 or the vicinity of the tip is observed. Then, observation is performed by the infrared TV camera 25, the stage is moved, and the tip of the probe needle 22 is made to coincide with the position of the marker. Thereafter, the chuck table 20 is sequentially moved in the XY directions by the arrangement pitch of the chips 34, and all the chips 34 on the wafer 19 are inspected.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第一の
ウエハプロービング装置は、プローブ針とプローブカー
ド自動位置合わせ機構上の導電線との間の電気的接触に
より求めたプローブ針配列と検査ステージの中心との位
置関係と、CCDカメラを使ったパターン認識装置又は
レーザを用いた認識機構により求めた検査ステージの中
心とウエハの中心、ウエハの中心とICチップの形成位
置の各位置関係からプローブ針配列とICチップの間の
位置合わせを行なうため、プローブ針と半導体ウエハに
形成されたICチップの電極パッドの位置関係を直接測
定しておらず、各位置関係により間接的に位置関係を求
めるため精度が各位置関係の精度の和となり精度が劣化
し、さらに微細化された半導体ウエハに適用するには精
度が不足するという問題点があった。
The above-mentioned first conventional wafer probing apparatus uses a probe needle arrangement determined by electrical contact between a probe needle and a conductive wire on a probe card automatic positioning mechanism and an inspection stage. From the positional relationship between the center of the test stage and the center of the inspection stage and the center of the wafer, and the positional relationship between the center of the wafer and the IC chip formation position determined by a pattern recognition device using a CCD camera or a recognition mechanism using a laser Since the alignment between the needle array and the IC chip is performed, the positional relationship between the probe needle and the electrode pad of the IC chip formed on the semiconductor wafer is not directly measured, but the positional relationship is obtained indirectly from each positional relationship. Therefore, the accuracy is the sum of the accuracy of each positional relationship, and the accuracy is degraded, and the accuracy is insufficient for application to further miniaturized semiconductor wafers. There is a problem.
【0016】上述した従来の第二のウエハプロービング
装置は、プローブ針の先端とウエハのマーカを同時に観
察する撮像光学系において、プローブ針の先端又は先端
近傍のみを観察するように、その光学系の焦点深度を充
分浅くする必要があり、あるいは、微細な半導体ウエハ
のパターン上のマーカをみれる様、その光学系を高倍率
にするため必然的に焦点深度が浅くなり、そのため各プ
ローブ針の先端をウエハ表面のわずか上方に位置させる
か、又はウエハ表面に接触させる必要がある。このた
め、プローブ針がウエハ表面上の電極パッド以外の部分
と又は接触しても良い部分以外の部分と、プローブ針と
ウエハ間距離が極めて狭いために、接触してしまう可能
性がある、又は接触することにより半導体回路を破壊し
てしまう恐れがあるという問題点があった。
In the above-described second conventional wafer probing apparatus, in an imaging optical system for simultaneously observing the tip of the probe needle and a marker on the wafer, the optical system is configured to observe only the tip of the probe needle or the vicinity thereof. It is necessary to make the depth of focus sufficiently shallow, or in order to see the marker on the pattern of a fine semiconductor wafer, the depth of focus becomes inevitably small to make the optical system high magnification. It must be located slightly above the wafer surface or contact the wafer surface. For this reason, the probe needle may be in contact with a part other than the electrode pad on the wafer surface or a part other than the part that may be in contact, because the distance between the probe needle and the wafer is extremely small, or There is a problem that the semiconductor circuit may be broken by the contact.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】第1の発明のウエハプロ
ービング装置は、シリコンを透過する波長域の赤外光で
被検査ウエハを照明する手段と、被検査ウエハのパター
ン面側にプロービング用の端子を配置したシリコンをベ
ースにしたプローブウエハと、前記プローブウエハを被
検査ウエハ面に対し垂直に移動させ、プローブウエハの
プロービング端子を被検査ウエハ面に接触させたり離し
たりするプローブウエハ退避手段と、シリコンを透過す
る赤外域の一波長において被検査ウエハのパターン面上
に焦点が合い、シリコンを透過する赤外域の別の一波長
で前記プローブウエハ退避手段により退避状態である前
記プローブウエハのプロービング端子に焦点が合う色収
差をもつ赤外光用対物レンズと、シリコンを透過する前
記赤外域の一波長のみを透過する第一のダイクロイック
フィルタと、シリコンを透過する前記赤外域の別の一波
長のみを透過する第二のダイクロイックフィルタと、前
記第一のダイクロイックフィルタと前記第二のダイクロ
イックフィルタを前記赤外光用対物レンズの光路中に交
互に出し入れする切り換え手段と、前記赤外光用対物レ
ンズからの赤外光光束を結像する結像レンズと、前記結
像レンズの結像面上に撮像面が位置する赤外カメラと、
被検査ウエハパターンと前記プローブウエハのプロービ
ング端子の像より双方のずれ量を算出しアライメントす
る手段と、を備えて構成される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a wafer probing apparatus for illuminating a wafer to be inspected with infrared light in a wavelength range that transmits silicon, and for probing on a pattern surface side of the wafer to be inspected. A silicon-based probe wafer having terminals arranged thereon, and a probe wafer retreat means for moving the probe wafer perpendicularly to the surface of the wafer to be inspected and bringing the probing terminals of the probe wafer into contact with or away from the surface of the wafer to be inspected; Probing the probe wafer which is focused on the pattern surface of the wafer to be inspected at one wavelength in the infrared region transmitting silicon and is retracted by the probe wafer retracting means at another wavelength in the infrared region transmitting silicon. An objective lens for infrared light having chromatic aberration that focuses on a terminal, and one wavelength of the infrared region transmitting through silicon A first dichroic filter that transmits only one wavelength, a second dichroic filter that transmits only another wavelength in the infrared region that transmits silicon, and the first dichroic filter and the second dichroic filter are connected to the red Switching means for alternately taking in and out of the optical path of the external light objective lens, an imaging lens for imaging an infrared light beam from the infrared light objective lens, and imaging on an imaging surface of the imaging lens An infrared camera on which the surface is located,
Means for calculating and aligning the amounts of displacement of both the wafer pattern to be inspected and the images of the probing terminals of the probe wafer.
【0018】第2の発明のウエハプロービング装置は、
第1の発明の前記照明する手段が複数の赤外線スペクト
ルを含有するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a wafer probing apparatus comprising:
The illuminating means of the first invention contains a plurality of infrared spectra.
【0019】第3の発明のウエハプロービング装置は、
第1の発明の前記赤外光用対物レンズの色収差が、前記
結像レンズを含んだものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a wafer probing apparatus comprising:
The chromatic aberration of the objective lens for infrared light of the first invention includes the imaging lens.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0021】図1は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。図1に示すウエハプロービング装置は、被検査ウエ
ハ10の裏面よりシリコンを透過する波長域の赤外光で
照明する赤外光照明装置1と、被検査ウエハ10のパタ
ーン面側にプロービング用の端子を配置したシリコンを
ベースにしたプローブウエハ2と、プローブウエハ2を
被検査ウエハ10の表面に対し垂直に移動させ、プロー
ブウエハ2のプロービング端子を被検査ウエハ10に接
触させたり離したりするプローブウエハ退避装置3と、
シリコンを透過する赤外域の一波長において被検査ウエ
ハ10のパターン面上に焦点が合い、シリコンを透過す
る赤外域の別の一波長でプローブウエハ退避装置3によ
り退避状態であるプローブウエハ2のプロービング端子
に焦点が合う色収差をもつ赤外対物レンズ4と、シリコ
ンを透過する前記赤外域の一波長のみを透過する第一の
ダイクロイックフィルタ5と、シリコンを透過する前記
赤外域の別の一波長のみを透過する第二のダイクロイッ
クフィルタ6と、第一のダイクロイックフィルタ5と第
二のダイクロイックフィルタ6を赤外対物レンズ4の光
路中に交互に出し入れする切り換え装置7と、赤外対物
レンズ4からの光束を結像する結像レンズ8と、結像レ
ンズ8の結像面上に撮像面が位置する赤外カメラ9と、
被検査ウエハ10のパターンとプローブウエハ2のプロ
ービング端子の像より双方のずれ量を算出しアライメン
トする手段91と、を含んで構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. The wafer probing device shown in FIG. 1 includes an infrared light illuminating device 1 that illuminates with infrared light in a wavelength range that transmits silicon from the back surface of a wafer 10 to be inspected, and a terminal for probing on the pattern surface side of the wafer 10 to be inspected. And a probe wafer that moves the probe wafer 2 perpendicularly to the surface of the wafer to be inspected 10 and moves the probing terminals of the probe wafer 2 into and out of contact with the wafer 10 to be inspected. Evacuation device 3,
Probing of the probe wafer 2 which is focused on the pattern surface of the inspection target wafer 10 at one wavelength in the infrared region transmitting silicon and is retracted by the probe wafer retracting device 3 at another wavelength in the infrared region transmitting silicon. An infrared objective lens 4 having chromatic aberration focused on the terminal, a first dichroic filter 5 transmitting only one wavelength in the infrared region transmitting through silicon, and only another wavelength in the infrared region transmitting through silicon A dichroic filter 6 that transmits light, a switching device 7 that alternately puts the first dichroic filter 5 and the second dichroic filter 6 into and out of the optical path of the infrared objective lens 4, An imaging lens 8 for forming an image of a light beam, an infrared camera 9 having an imaging surface on the imaging surface of the imaging lens 8,
Means 91 for calculating and aligning both amounts of displacement from the pattern of the wafer 10 to be inspected and the image of the probing terminals of the probe wafer 2 and performing alignment.
【0022】赤外光照明装置1にて被検査ウエハ10の
裏面よりシリコンを透過する波長域の赤外光で照明し、
被検査ウエハ10の表面よりプローブウエハを通して被
検査ウエハ10のパターンと退避状態のプローブウエハ
2のプロービング端子とをそれぞれ別の波長において同
時に焦点が合う様な色収差をもった赤外対物レンズ4に
より観察する。
The infrared light illuminating device 1 illuminates with infrared light in a wavelength range that transmits silicon from the back surface of the wafer 10 to be inspected,
The pattern of the wafer 10 to be inspected and the probing terminals of the probe wafer 2 in the retracted state are observed through the probe wafer from the surface of the wafer 10 to be inspected by the infrared objective lens 4 having a chromatic aberration such that the focus is simultaneously made at different wavelengths. I do.
【0023】被検査ウエハ10のパターン面上に焦点が
あう光の波長のみ透過させる第一のダイクロイックフィ
ルタ5とプローブウエハ退避装置3により退避状態であ
るプローブウエハ2のプロービング端子に焦点が合う光
の波長のみ透過させる第二のダイクロイックフィルタ6
を切り換え装置7により切り換えて、被検査ウエハ10
のパターンと退避状態のプローブウエハ2のプロービン
グ端子双方を同一の光学系で観察することで正確な相対
位置を測定して、高精度なアライメントを実現する。
The first dichroic filter 5 that transmits only the wavelength of light focused on the pattern surface of the wafer 10 to be inspected and the light focused on the probing terminals of the probe wafer 2 in the retracted state by the probe wafer retracting device 3. Second dichroic filter 6 that transmits only wavelengths
Is switched by the switching device 7, and the inspection target wafer 10
By observing both the pattern and the probing terminal of the probe wafer 2 in the retracted state with the same optical system, an accurate relative position is measured, and highly accurate alignment is realized.
【0024】アライメントを取った後、プローブウエハ
退避装置3によりプローブウエハ2を被検査ウエハ10
上におろしプロービングを行なう。ここで被検査ウエハ
10のパターンと退避状態のプローブウエハ2のプロー
ビング端子の像は結像レンズ8により赤外カメラ9の撮
像面上に結像される。被検査ウエハ10のパターンと退
避状態のプローブウエハ2のプロービング端子それぞれ
の像は図示しない画像処理装置により処理され、相対位
置から位置ズレ量が算出される。この位置ズレ量を補正
するように被検査ウエハ10を保持する図示しない検査
ステージを駆動して被検査ウエハ10を動かしアライメ
ントを取る。
After the alignment, the probe wafer 2 is removed from the probe wafer 2 by the probe wafer retreating device 3.
Perform a grated probing. Here, the pattern of the inspection target wafer 10 and the image of the probing terminal of the probe wafer 2 in the retracted state are formed on the imaging surface of the infrared camera 9 by the imaging lens 8. The image of the pattern of the wafer 10 to be inspected and the image of the probing terminals of the probe wafer 2 in the retracted state are processed by an image processing device (not shown), and the positional deviation amount is calculated from the relative position. The inspection stage (not shown) that holds the inspection target wafer 10 is driven so as to correct the positional deviation amount, and the inspection target wafer 10 is moved to perform alignment.
【0025】赤外対物レンズ4の色収差は結像レンズ8
を含んだものであり、赤外カメラ9の撮像面にうつる結
像レンズ8により結像される像において、被検査ウエハ
10のパターン面上とプローブウエハ退避装置3により
退避状態であるプローブウエハ2のプロービング端子と
にそれぞれシリコンを透過する異なる2波長の赤外光で
同時に焦点が合うようにプローブウエハ退避装置3の退
避量を決め、あるいは、赤外対物レンズ4に色収差をも
たせている。
The chromatic aberration of the infrared objective lens 4 is
In the image formed by the imaging lens 8 moving on the imaging surface of the infrared camera 9, the probe wafer 2 in the retracted state by the probe wafer retracting device 3 on the pattern surface of the inspection target wafer 10. The retreating amount of the probe wafer retreating device 3 is determined so that the two different wavelengths of infrared light transmitting through the silicon are simultaneously focused on the probing terminal and the infrared objective lens 4 has chromatic aberration.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明のウエハプロービング装置は、色
収差をもたせた赤外対物レンズを用いて被検査ウエハの
パターンとプローブウエハのプロービング端子の双方を
同一の光学系により認識することにより、両者の位置ズ
レを直接測定できるため、高精度に測定でき、かつ非接
触であるため無用な被検査ウエハへの接触を減らすこと
ができる。すなわち、プローブ針をウエハから十分離し
た退避状態で、第1の波長の赤外光を照射してウエハの
位置を撮像し、第2の波長の赤外光を照射してプローブ
針の位置を撮像し、この両撮像データにもとづいて双方
のずれ量を計算してアライメントを行なうから、プロー
ブ針とウエハ間距離を十分にとれるので、プローブ針が
ウエハ表面上の電極パッド以外の部分または接触しても
よい部分以外の部分に接触して、半導体回路を破壊して
しまう恐れがないという効果がある。
The wafer probing apparatus of the present invention recognizes both the pattern of the wafer to be inspected and the probing terminals of the probe wafer by the same optical system by using an infrared objective lens having chromatic aberration, so that both of them can be recognized. Since the displacement can be measured directly, the measurement can be performed with high accuracy, and since it is non-contact, unnecessary contact with the wafer to be inspected can be reduced. That is, in the retracted state where the probe needle is sufficiently separated from the wafer, the position of the probe needle is imaged by irradiating infrared light of the first wavelength to image the position of the wafer and irradiating infrared light of the second wavelength. Since imaging is performed and alignment is performed by calculating the amount of deviation between the two based on the imaging data, a sufficient distance between the probe needle and the wafer can be secured. There is an effect that there is no possibility that the semiconductor circuit is destroyed by contacting a part other than the part which may be used.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】従来の第一の例を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a first conventional example.
【図3】図2に示したプローブカード自動位置合わせ機
構周辺を拡大した構成図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the configuration around a probe card automatic positioning mechanism shown in FIG. 2;
【図4】基準プローブ針17と各導電線(a〜c)の接
触状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a contact state between a reference probe needle 17 and each conductive wire (a to c).
【図5】従来の第二の例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a second conventional example.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 赤外光照明装置 2 プローブウエハ 3 プローブウエハ退避装置 4 赤外対物レンズ 5 第一のダイクロイックフィルタ 6 第二のダイクロイックフィルタ 7 切り換え装置 8 結像レンズ 9 赤外カメラ 10 被検査ウエハ 11 検査ステージ 12 プローブカード自動位置合わせ機構 13 絶縁性のゴム 14 電源 15 プローブカード 16 インサートリング 17 プローブ針 17a プローブ針 17b プローブ針 18 半導体ウエハ 19 ウエハ 20 チャック台 21 回転機構 22 プローブ針 23 テストプローブ装置 24 透孔 25 赤外線TVカメラ 26 赤外用レンズ 27 赤外光ランプ 28,29 赤外線TVカメラ25のXYステ
ージ 30,31,32 チャック台20のXYZステージ 33 ダミーチップ 34 チップ 91 ずれ量算出アライメント部
REFERENCE SIGNS LIST 1 infrared light illuminating device 2 probe wafer 3 probe wafer retracting device 4 infrared objective lens 5 first dichroic filter 6 second dichroic filter 7 switching device 8 imaging lens 9 infrared camera 10 wafer to be inspected 11 inspection stage 12 Probe card automatic alignment mechanism 13 Insulating rubber 14 Power supply 15 Probe card 16 Insert ring 17 Probe needle 17a Probe needle 17b Probe needle 18 Semiconductor wafer 19 Wafer 20 Chuck table 21 Rotation mechanism 22 Probe needle 23 Test probe device 24 Through hole 25 Infrared TV camera 26 Infrared lens 27 Infrared lamp 28, 29 XY stage 30, 31, 32 of infrared TV camera 25 XYZ stage of chuck base 20 33 Dummy chip 34 Chip 91 Calculation of displacement Output alignment unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G06T 1/00 G01R 31/28 K H01L 21/68 G06F 15/62 380 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G06T 1/00 G01R 31/28 K H01L 21/68 G06F 15/62 380

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】シリコンを透過する波長域の赤外光で被検
    査ウエハを照明する手段と、 被検査ウエハのパターン面側にプロービング用の端子を
    配置したシリコンをベースにしたプローブウエハと、 前記プローブウエハを被検査ウエハ面に対し垂直に移動
    させ、プローブウエハのプロービング端子を被検査ウエ
    ハ面に接触させたり離したりするプローブウエハ退避手
    段と、 シリコンを透過する赤外域の一波長において被検査ウエ
    ハのパターン面上に焦点が合い、シリコンを透過する赤
    外域の別の一波長で前記プローブウエハ退避手段により
    退避状態である前記プローブウエハのプロービング端子
    に焦点が合う色収差をもつ赤外光用対物レンズと、 シリコンを透過する前記赤外域の一波長のみを透過する
    第一のダイクロイックフィルタと、 シリコンを透過する前記赤外域の別の一波長のみを透過
    する第二のダイクロイックフィルタと、 前記第一のダイクロイックフィルタと前記第二のダイク
    ロイックフィルタを前記赤外光用対物レンズの光路中に
    交互に出し入れする切り換え手段と、 前記赤外光用対物レンズからの赤外光光束を結像する結
    像レンズと、 前記結像レンズの結像面上に撮像面が位置する赤外カメ
    ラと、 被検査ウエハパターンと前記プローブウエハのプロービ
    ング端子の像より双方のずれ量を算出しアライメントす
    る手段と、を備えることを特徴とするウエハプロービン
    グ装置。
    A means for illuminating a wafer to be inspected with infrared light in a wavelength range that transmits silicon; a probe wafer based on silicon having probing terminals arranged on a pattern surface side of the wafer to be inspected; A probe wafer retreating means for moving the probe wafer perpendicular to the surface of the wafer to be inspected and bringing the probe terminals of the probe wafer into and out of contact with the surface of the wafer to be inspected, and a wafer to be inspected at one wavelength in an infrared region transmitting silicon. An infrared light objective lens having chromatic aberration that is focused on the pattern surface of the probe wafer and is focused on the probing terminal of the probe wafer retracted by the probe wafer retracting unit at another wavelength in the infrared region transmitting through silicon. A first dichroic filter that transmits only one wavelength in the infrared region that transmits silicon; A second dichroic filter that transmits only another wavelength in the infrared region that transmits the infrared light, and the first dichroic filter and the second dichroic filter are alternately arranged in the optical path of the infrared light objective lens. Switching means for taking in and out; an imaging lens for imaging an infrared light beam from the infrared light objective lens; an infrared camera having an imaging surface positioned on an imaging surface of the imaging lens; Means for calculating and aligning a shift amount between the wafer pattern and an image of a probing terminal of the probe wafer and performing alignment.
  2. 【請求項2】 前記照明する手段が複数の赤外線スペク
    トルを含有する請求項1記載のウエハプロービング装
    置。
    2. The wafer probing apparatus according to claim 1, wherein said illuminating means includes a plurality of infrared spectra.
  3. 【請求項3】 前記赤外光用対物レンズの色収差が、前
    記結像レンズを含んだものである請求項1記載のウエハ
    プロービング装置。
    3. The wafer probing apparatus according to claim 1, wherein the chromatic aberration of the objective lens for infrared light includes the imaging lens.
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