JP3016961B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣチップなどの電気
的特性を検査するプローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプローブ装置、例えば半導体ウ
エハのプローブ装置は、ウエハをダイシングする前に、
ウエハ状態でウエハ上のＩＣチップの回路機能などの電
気的特性を測定する目的で使用されている。この場合、
ＩＣチップは半導体ウエハ上で基盤の目状に配置されて
いるため、各ＩＣチップを二次元平面上でステップ的に
走査しながらプロービング測定する必要があり、この走
査のために非常に高精度のＸＹテーブルを使用しなけれ
ばならない。またこのようなプロービング測定を行なう
場合、ファインアライメントつまりウエハの正確なアラ
イメント、不良チップへのマーキング、インスぺクショ
ンつまりパッド上の針あとの検査などの処理も同時に行
なうことが要求される。このような処理を行なうために
従来は図５に示すような装置が使用されていた。この装
置は、基台３００、Ｘテーブル３１０、Ｙテーブル３２
０、ファインアライメントユニット３３０、プロービン
グユニット３４０、マーキングユニット３５０より構成
される。この装置でウエハ３６０のプロービング測定を
行なう場合、まずファインアライメントユニット３３０
で位置合わせを行ない、プロービングユニット３４０で
プロービング測定を行ない、マーキングユニット３５０
で不良チップにマーキングを行ない、最後にファインア
ライメントユニット３３０でインスペクションを行ない
処理を終了する。そして、ファインアライメント、不良
チップへのマーキング、インスペクションの処理におい
ても、プロービング処理と同様に、ウエハ上に基盤の目
状に配置されたＩＣチップを走査する必要があるため、
図５に示すように高精度なＸＹテーブルを全てのユニッ
ト下で共用する構成をとっていた。従って、基台３００
は、Ｙ方向に長大化することになり、近年のウエハの大
口径化により、その傾向はさらに強まった。

【０００３】ところで、近年のＬＳＩの高集積化によ
り、ＬＳＩチップ内のコア部の面積は縮小化する一方、
処理信号の複雑化により入出力信号の数は増加してい
る。この結果、ＬＳＩチップ内の入出力部、つまりパッ
ド部の面積により、チップ全体の小面積化が図れないと
いう事態が生じるようになった。従って、サブミクロン
プロセスにおいては、従来１００μｍ角であったパッド
サイズも６０μｍ角になりつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハのプロー
ブ装置では、ＸＹテーブルの移動精度を、規格範囲内例
えば８μｍ以下におさえることが最も重要な技術的課題
となっている。そしてこの規格値は、前述したパッドサ
イズの小口径化により、さらに厳しいものが要求されつ
つある。この一方、ウエハの大口径化により、従来の装
置ではＹ方向への長大化の傾向はさらに強まっている。
そしてこのＹ方向への長大化はＹ方向での基台の剛性の
低化、Ｙテーブル駆動用のボールネジの加工精度の悪
化、ボールネジの累積誤差の増大、基台上のＹテーブル
の姿勢誤差の増大を生み、これにより、ＸＹテーブルの
移動精度が悪化することとなった。そして、移動精度の
悪化を防止することにより前述した規格値を満たすため
には、誤差の補正を行なう装置が必要となるが、Ｙ方向
への長大化により、その補正装置、補正方法が煩雑化、
複雑化していた。さらに、従来のプローブ装置には、単
位面積当りのコストが高いクリーンルーム内での占有面
積を増大させてしまうという欠点があった。

【０００５】そこで本発明の目的とするところは、サブ
ミクロン時代におけるパッドサイズ、ウエハの大口径化
に対応しつつ、前述の規格範囲内でのプロービングの移
動精度を補正するための装置を煩雑化させることなく達
成することができる、小型で高速なプローブ装置を提供
することとにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るプローブ装置は、被測定体内の被測定素子に接触す
ることにより電気的プロービング測定を行うための多数
のコンタクト用端子を備えたプローブカードと、前記電
気的プロービング測定前に被測定体の位置調整を行なう
ための撮像手段と、電気的プロービング測定及び位置調
整を行う際に、被測定体を二次元平面で走査するための
二次元走査手段と、被測定体内の全ての被測定素子に電
気的プロービング測定を行なうために必要なプロービン
グエリアと対向するエリアと、電気的プロービング測定
時に前記撮像手段が他の部材と干渉しない不干渉エリア
との間で、前記撮像手段を移動させる手段と、電気的プ
ロービング測定の結果、不良と判定された被測定体内の
不良素子に、前記二次元走査手段を用いてマーキングす
るためのマーカ手段と、前記プロービングエリアと、前
記不干渉エリアとの間で、前記マーカ手段を移動させる
手段と、を有することを特徴とする。請求項２に記載の
発明に係るプローブ装置は、請求項１において、前記撮
像手段及び前記マーカ手段のいずれか一方又は双方が前
記プロービングエリア内に配置される位置が、前記プロ
ーブカードのほぼ中心と対向する位置であることを特徴
とする。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、プローブカー
ドに対して、被測定体内の全ての被測定素子の測定を行
うために、被測定体を二次元走査手段によってプロービ
ングエリア内で移動させる。撮像手段を用いるときは、
この撮像手段を不干渉エリアよりプロービングエリアと
対向するエリアに移動させた後に、同様に二次元走査手
段によって被測定体を移動操作する。このため、被測定
体の位置調整のための走査エリアと、電気的プロービン
グ測定のための走査エリアとが重複又は一致することに
より、装置の小型化及び走査移動精度の大幅な向上を図
ることができる。また、マーカ手段を用いる時は、プロ
ービング測定後に、マーカ手段を不干渉エリアとプロー
ビングエリアとの間で相対移動させる。このため、マー
キングのための走査エリアと、電気的プロービング測定
のための走査エリアとが重複又は一致することにより、
さらなる装置の小型化及び走査移動精度の大幅な向上を
図ることができる。 請求項２に記載の発明によれば、プ
ローブカードのほぼ中心と対向する位置に、撮像手段及
びマーカ手段の配置位置が設定されるので、マーキング
するために必要な二次元走査手段の動作エリア又は位置
調整を行うために必要な二次元走査手段の動作エリア
と、プロービングエリアとをほぼ同一とすることがで
き、二次元走査手段に要求される移動ストロークを最小
とすることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明に係るプローブ装置の一実施例に
ついて、図面を参照して具体的に説明する。

【０００９】まず、本実施例の構成についてのべる。

【００１０】図１は本実施例の断面図であり、図２はこ
れを立体的に表したものである。ただし図２にはヘッド
プレート１６，マーキングブリッジ６０，ガイド軸６
４，支柱６６は図示されていない。

【００１１】プローブカード１０にはプローブ針１２が
設けられている。このプローブカード１０により、被測
定体例えばウエハ２２を測定する場合、プローブ針１２
をウエハ２２上のＩＣチップのボンディングパッドに接
触させることにより、ウエハ状態でのＩＣチップの電気
的な測定が可能となる。このプローブカード１０はイン
サートリング１４に着脱自在になるように嵌め込まれ、
インサートリング１４はヘッドプレート１６に固定され
る。

【００１２】プローブカード１０の下方には、基台７０
が設けられ、この上にＹテーブル４０、Ｘテーブル３０
及び載置台２０が順次積層配置される。この載置台２０
には、プローブカード１０の被測定体である例えばウエ
ハ２２が載置されている。載置台２０は、Ｘテーブル３
０に固定される。載置台２０は、このＸテーブル３０
と、その下部に設けられたＹテーブル４０およびＺ方向
駆動機構（図示せず）により、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞ
れ独立に移動可能となる。この場合におけるＸテーブル
３０，Ｙデーブル４０の駆動機構を図３に示す。まず、
図３においてＸテーブル３０をＸ方向に移動させる場合
について説明する。

【００１３】Ｙデーブル４０上にはモータ３２が設けら
れている。このモータ３２にはボールネジ３４が連結さ
れ、ボールネジ３４はモータ３２により回転駆動され
る。そして、ボールネジ３４は螺合するナット（図示せ
ず）を有するＸテーブル３０に連結されているため、モ
ータ３２の回転駆動がＸ方向への直線駆動に変換され
る。これによりＸテーブル３０とともに載置台２０が、
Ｙテーブル４０上に設けられたリニアガイド３６に沿っ
てＸ方向に移動可能となる。

【００１４】Ｙテーブル４０をＹ方向に移動させる場合
も全く同様の方法による。つまりモーター４２の回転駆
動が、ボールネジ４４及びＹテーブル４０に設けられた
螺合するナットにより、Ｙ方向の直線駆動に変換され
る。これによりＹテーブル４０とともに、Ｘテーブル３
０及び載置台２０が、基台７０上に設けられたリニアガ
イド４６に沿ってＹ方向に移動可能となる。

【００１５】Ｙテーブルの下方には基台７０が設けられ
ている。この基台７０には支柱５６が固定され、支柱５
６にはガイド軸５４が固定されている。アライメントブ
リッジ５０は、このガイド軸５４に沿って、ウエハ２２
の上方領域にて図１の矢印Ａの方向に出入り自在になる
ように設けられている。これによりアライメントブリッ
ジ５０は、プローブカード１０によるウエハ２２の測定
時には、他の部材と干渉しないエリア（以下不干渉エリ
アと呼ぶ）に退避可能となる。アライメントブリッジ５
０の先端にはウエハ２２の例えばファインアライメント
及びインスペクションを行なうための撮像装置例えばＣ
ＣＤ５２が設けられている。この場合、図には示してい
ないが、アライメントブリッジ５０には高倍率、低倍率
の２つのＣＣＤが設けられている。

【００１６】基台７０の支柱５６の他方側には支柱６６
が固定されている。支柱６６にはガイド軸６４が設けら
れ、マーキングブリッジ６０は、このガイド軸６４に沿
って、ウエハ２２の上方領域にて図１の矢印Ｂの方向に
出入り自在になるように設けられている。これによりマ
ーキングブリッジ６０は、プローブカード１０によるウ
エハ２２の測定時には、前記の不干渉エリアに退避可能
となる。マーキングブリッジ６０の先端には、不良ＩＣ
チップにマーキングを行うもの例えばスクラッチマーカ
６２が取付けられ、スクラッチマーカ６２にはスクラッ
チ針６４が設けられている。このスクラッチ針６４によ
り不良ＩＣチップを機械的に傷つけることにより、マー
キングを行うことができる。．次に本実施例の動作につ
いて説明する。

【００１７】本実施例でウエハのプロービング検査を行
う場合、次の手順、つまりウエハのロード、プリアリメ
ント、ファインアライメント、プロービング、不良チッ
プのマーキング、インスペックション、ウエハのアンロ
ードという手順で行われる。

【００１８】まずウエハ２２が搬送アーム（図示せず）
によりウエハカセット（図示せず）よりロードされ、プ
リアライメントステージ（図示せず）に搬出される。こ
のプリアライメントステージでは例えばオリエンテーシ
ョンフラットの位置合わせにより、ウエハ２２のプリア
ライメントが行われる。次に搬送アームによりウエハ２
２はプリアライメントステージより載置台２０に搬出さ
れ、ここで、ウエハ２２のファインアライメントが行わ
れる。ファインアライメントではウエハのセンター出
し、ウエハの直交軸合わせ、ウエハの厚み検査が行われ
るが、以下これについて説明する。

【００１９】ファインアライメントを行う場合、まず、
アライメントブリッジ５０がリニアガイド５４に沿って
移動し、ＣＣＤ５２が好ましくはプローブカード１０の
ほぼ中心と対向する直下にくるように設定される。この
ように設定すれば、ウエハ２２上の全てのＩＣチップを
プロービング測定するのに必要なＸＹテーブルの動作エ
リア（以下プロービングエリアと呼ぶ）と、ファインア
ライメントを行なうために必要なＸＹテーブルの動作エ
リアをほぼ同一とすることができる。従ってこれによ
り、ＸＹテーブルに要求される移動ストロークを最少に
することが可能になり、装置の小型化、また後述する移
動精度の高精度化を図ることができる。

【００２０】次にウエハ２２の中心出しが行われる。ウ
エハ２２の中心出しは低倍率ＣＣＤ５２により行なわれ
る。まずＸテーブル３０により載置台２０上のウエハ２
２がＸ方向に移動し、低倍率ＣＣＤ５２の走査線とウエ
ハ２２との左右のエッジの交点の座標が２点測定され
る。次にＹテーブル４０によりＹ方向に載置台２０上の
ウエハ２２が移動し、その後上記と同様に走査線とウエ
ハエッジとの交点の座標を２点測定する。このようにし
て測定した４点の座標よりウエハの中心座標Ｃ₂を測定
し、これと載置台２０の既知の中心座標Ｃ₁ より、ウエ
ハ中心の載置台中心からのずれ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜を測定
し、中心出しを行う。

【００２１】次に高倍率ＣＣＤ５２を使用して、ウエハ
の直交軸合わせがおこなわれる。直交軸合わせは、例え
ば高倍率ＣＣＤ５２によりＩＣチップ内のパッドを結ん
だラインを測定し、このラインと装置のＹ軸を一致させ
ることにより行う。最後にＺ方向の補正を行うべくウエ
ハの厚みの測定を行う。厚みの測定は、例えば静電セン
サ（図示せず）により例えばウエハ２２上の５点を測定
することにより行う。

【００２２】以上でファインアライメントを終了し、ア
ライメントブリッジ５０は、不干渉エリアに退避する。
その後プローブカード１０によりウエハ２２上のＩＣチ
ップの電気的測定が行なわれる。この際載置台２０は、
Ｘテーブル３０、Ｙテーブル４０及びＺ方向駆動機構
（図示せず）により、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動され、これ
によりウエハ上のＩＣチップを順次測定することができ
る。従ってこれらの部材の動作を妨害しないように、ア
ライメントブリッジ５０は前述したように不干渉エリア
に退避する必要がある。

【００２３】このプローピングによる測定が終了する
と、マーキングブリッジ６０がガイド軸６４に沿って移
動し、スクラッチマーカ６２が好ましくはプローブカー
ド１０のほぼ中心と対向する直下にくるように設定され
る。このように設定することにより、前述したようにプ
ロービングエリアと、マーキングするために必要なＸＹ
テーブルの動作エリアをほぼ同一とすることができ、Ｘ
Ｙテーブルに要求される移動ストロークを最少にするこ
とが可能となる。次に上記のプローピング測定により不
良とされたチップはこのスクラッチマーカ６２によりマ
ーキングされる。

【００２４】マーキングが終了すると、マーキングブリ
ッジ６０は前述の不干渉エリアに退避する。その後、再
びアライメントブリッジ５０が移動して、高精度ＣＣＤ
５２がウエハ２２上に設定され、インスペクションが行
われる。このインスペクションにおいては、例えばＩＣ
チップのパッド上の針あとが規格範囲内にあるかどうか
を検査する。このインスペクションが終了するとウエハ
２２は搬送アームによりもとのウエハカセットに戻さ
れ、動作が終了する。

【００２５】以上述べたように本実施例によれば、１つ
のステージ上、つまりプローブカード１０の下方で、プ
ロービング、ファインアライメント、不良チップへのマ
ーキング、インスペクションなどの処理を全て一括して
行うことができる。そしてこのように処理ステージを一
極化することにより大きな利点が生じる。これについて
以下述べる。

【００２６】従来のプローブ装置では、ファインアライ
メント、インスペクションのためのステージ及び不良チ
ップのマーキングのためのステージをプロービング処理
のためのステージとは別に設けていた。この場合におい
て、各ステージにおいてＸテーブル３０、Ｙテーブル４
０を共用させるため、Ｙ方向での移動ストロークを大き
くする必要が生じ、これにより基台及びＹテーブルをＹ
方向に長大化させる必要が生じた。特に近年のウエハの
大口径化により、長大化の傾向はさらに強まってきた。
ところでプローブ装置においては、ＸＹテーブルの移動
精度を規格範囲内例えば８μｍ以内におさめることが大
きな技術的課題となっている。特にＩＣの高集積化によ
り、チップあたりの入出力パッド数は増える一方、チッ
プ面積を小面積化する必要があるため、従来１００μｍ
角であったパッドサイズも６０μｍ角になりつつある。
これにより、プロービング時のＸＹ方向の移動精度をよ
り高いものにすることが要求されつつある。しかし従来
のプローブ装置では、前述したようにＹ方向の長さが物
理的に大きいため、移動精度が悪化し、またこれを補正
するための装置が煩雑化していた。これについて以下述
べる。

【００２７】まず基台７０がＹ方向に長大化すると、基
台７０のＹ方向での剛性が弱くなり、自重で曲がるた
め、Ｙ方向での移動精度を悪化させてしまう。特に本装
置ではマイクロメートル単位の精度が要求されるため、
この影響は大きく、またこれを防ぐためには、基台７０
の剛性をかなり高める必要があり、これにより基台７０
の重量の大幅な増加、つまりコストアップにつながって
いた。

【００２８】また基台７０が長大化すると、基台７０及
びボールネジ４４の加工精度も悪化する。特にボールネ
ジ４４では、バックラシュによる精度誤差が、ボールネ
ジが長くなればなるほど累積し、これにより両端間でよ
り大きな累積的な誤差が生じる。このようにして生じた
累積誤差は補正することが可能だが、誤差が大きくなれ
ばなるほど、前述した規格値を達成するために、その補
正をするための装置が煩雑化されていた。さらに基台７
０が長大化すると、このような軸方向の誤差のみなら
ず、ヨーイング、ピッチングなどの姿勢誤差も補正する
必要が生じる。また熱膨張による変形も大きくなり、熱
対策も必要となる。これらにより補正装置がさらに複雑
化、煩雑化することになり、装置のコストアップ、大型
化という弊害も生じた。

【００２９】基台７０が長大化することは、装置の精度
のみならず、装置のスループットにも影響する。つまり
ボールネジ４４が長くなることにより、ボールネジ４４
の重量が増加し、ボールネジ４４の慣性モーメントが大
きくなる。従ってプローピング動作時の、Ｙテーブル４
０の停止速度が遅くなり、装置の高速動作が妨害され、
処理のスループットがおちることになる。

【００３０】以上述べた従来装置の問題点も本実施例に
より解決することができる。つまり本実施例のように、
プローピング、ファインアライメント、不良チップへの
マーキング、インスペクションなどの処理をプローブカ
ードの下方で、一極化して行うことにより、基台７０の
長大化を防ぐことが可能となり、これによりＸＹテーブ
ルの移動精度が大幅に改善する。そしてＬＳＩの高集積
化によりますます厳しくなるＸＹテーブルの許容移動精
度に対し、補正装置を煩雑化、複雑化させることなく、
対応できることになる。またボールネジ４４の重量を軽
減することでその慣性モーメントを減らすことができる
ため、装置の処理速度の高速化に対応が可能となり、さ
らに基台７０の小型化により装置の小型化にも対応でき
ることになる。

【００３１】次に本実施例の変形例について説明する。

【００３２】図４はこの変形例を上方より図示したもの
である。この変形例は図１のアライメントブリッジ５０
を図４のアライメントアーム１００に変形したものであ
る。このアライメントアーム１００はＺ方向で伸縮する
伸縮軸２００、昇降ブロック２１０、揺動可能なスイン
グアーム２２０、アライメントヘッド２３０、ＣＣＤ２
４０により構成される。昇降ブロック２１０は伸縮軸２
００に連結され、伸縮軸２００に沿ってＺ軸方向に上下
動可能となっている。昇降ブロック２１０には、スイン
グアーム２２０が連結され、スイングアーム２２０には
アライメントヘッド２３０が固定されている。アライメ
ントヘッド２３０には低倍率、高倍率のＣＣＤ２４０が
２つ設けられている。このアライメントアーム１００
は、ウエハ２２のプロービング測定を行う際には、図４
の実線で示されるように、Ｚ方向の上方領域でかつヘッ
ドプレート１６外側の不干渉エリアに退避している。そ
してウエハのファインアライメント、インスペクション
の処理を行う場合には、図４の点線で示されるようにア
ライメントヘッド２３０が、好ましくはプローブカード
１０の直下にくるように下降及び回転して設定され、こ
れらの処理が行なわれる。なお本変形例では伸縮軸２０
０を設けてアライメントヘッド２３０の上下動を可能と
させたが、必ずしもこの機能は必要ではなく、伸縮しな
い固定軸を使用することも可能である。

【００３３】なお本実施例は上記実施例に限定されるこ
となく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能
である。

【００３４】例えば本発明にかかる装置の被測定体は、
ウエハ２２に限られるものではなく、プロービングの必
要な他の被処理体例えばＬＣＤ基板等を被処理体とする
こともできる。また図１においては、アライメントブリ
ッジ５０、マーキングブリッジ６０を２つ設けている
が、このうちアライメントブリッジ５０のみを設けて実
施することも可能である。

【００３５】また、ＣＣＤ５２及びスクラッチマーカ６
２の設定位置は、プローブカードの直下に限らず、プロ
ーブエリア内ならばどの位置に設定してもよい。プロー
ブエリアと、ファイナライメント、マーキングに必要な
ＸＹテーブルの動作エリアに重複部分があれば、その重
複部においてＸＹテーブルの移動ストロークを減少させ
ることができるからである。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、撮像手段をプ
ロービングエリアと対向するエリアと、プロービング時
に他の部材と干渉しないエリアとに移動可能とすること
で、プロービンビング時と位置合わせ時とで、被測定体
の走査エリアを一致させ、あるいは重複させることがで
き、装置の小型化を図ると共に、移動ストロークを短縮
できるので走査時の移動精度を各段に向上できる。さら
に、マーカ手段を用いる際に、マーカ手段をプロービン
グエリアと不干渉エリアと間で相対移動させることで、
プロービンビング時とマーキング時とで、走査エリアを
一致又は重複でき、さらに移動ストロークを短縮して装
置の小型化を図ることができる。 請求項２の発明によれ
ば、マーキングするために必要な二次元走査手段の動作
エリア又は位置調整を行うために必要な二次元走査手段
の動作エリアと、プロービングエリアとをほぼ同一にで
き、二次元走査手段に要求される移動ストロークを最小
にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプローブ装置の概略説明図で
ある。

【図２】図１の装置の一部を省略した概略斜視図であ
る。

【図３】図１の装置の載置台より下方を示す平面図であ
る。

【図４】撮像手段を移動させる機構の変形例を説明する
ための平面図である。

【図５】従来のプローブ装置の載置台より下方を示す平
面図である。

【符号の説明】

１０ プローブカード ２０ 載置台 ２２ ウエハ ３０ Ｘテーブル ４０ Ｙテーブル ５０ アライメントブリッジ ５２ ＣＣＤ ５４ ガイド軸 ６０ マーキングブリッジ ６２ ストレッチマーカ ６４ ガイド軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/26 G01R 1/06 - 1/073 H01L 21/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体内の被測定素子に接触すること
   により電気的プロービング測定を行うための多数のコン
   タクト用端子を備えたプローブカードと、 前記電気的プロービング測定前に被測定体の位置調整を
   行なうための撮像手段と、 電気的プロービング測定及び位置調整を行う際に、被測
   定体を二次元平面で走査するための二次元走査手段と、 被測定体内の全ての被測定素子に電気的プロービング測
   定を行なうために必要なプロービングエリアと対向する
   エリアと、電気的プロービング測定時に前記撮像手段が
   他の部材と干渉しない不干渉エリアとの間で、前記撮像
   手段を移動させる手段と、電気的プロービング測定の結果、不良と判定された被測
   定体内の不良素子に、前記二次元走査手段を用いてマー
   キングするためのマーカ手段と、 前記プロービングエリアと、前記不干渉エリアとの間
   で、前記マーカ手段を移動させる手段と、 を有することを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記撮像手段及び前記マーカ手段のいずれか一方又は双
   方が前記プロービングエリア内に配置される位置が、前
   記プローブカードのほぼ中心と対向する位置であること
   を特徴とするプローブ装置。