JP3103958B2 - 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】本発明はプローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ウエハプロセスが終了してウエハ内にＩＣチップが完成
した後、電極パターンのショート、オープンやＩＣチッ
プの入出力特性などを調べるためにプローブテストと呼
ばれる電気的測定が行われ、半導体ウエハ（以下「ウエ
ハ」という。）の状態でＩＣチップの良否が判別され
る。その後ウエハはＩＣチップに分断され、良品のＩＣ
チップについてパッケージングされてから例えば所定の
プローブテストを行って最終製品の良否が判定される。

【０００３】このプローブ装置においては、従来図７に
示すように例えばＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動可能なウエ
ハ載置台１の上方側に、ウエハＷ内のＩＣチップの電極
パッド配列に対応して配列されたプローブ針１１を備え
たプローブカード１２を配置し、ウエハ載置台１を移動
させてウエハＷ内のＩＣチップの電極パッドとプローブ
針１１とを位置合わせした後プローブ針１１と電極パッ
ドとを接触させ、電極パッドをプローブ針１１とポゴピ
ン１３などを含むコンタクトリング１４とを介してテス
トヘッド１５に電気的に接触させ、例えばＩＣの使用速
度に対応する高周波を用いて電気的測定を行ってＩＣチ
ップの良否を判定するようにしている。ところで正確な
電気的測定を行うためには、プローブ針を電極パッドに
確実に接触させなければならず、このため予めプローブ
針に対してウエハのＩＣチップの電極パッドを正確に位
置合わせすることが必要である。従って例えばテストヘ
ッド１５から離れた位置にウエハパターン検出用の光学
ユニット１６を設置し、Ｘ、Ｙ軸を移動することによ
り、その下方側にウエハを位置させて、光学ユニット１
６を介して電極パッドを覗きながらウエハ載置台１の位
置を調整して、例えばウエハのＸ、Ｙ、θ方向の位置合
わせを行っていた。

【０００４】またＩＣチップを過酷条件において不良品
を予め検出するバーンインテストは通常チップをパッケ
ージングした後行われていたが、最近においてウエハの
状態で行うことが検討されており、この場合にはウエハ
載置台の中に温調器が内蔵され、これによりウエハは例
えば−４０〜＋１５０℃程度の範囲で温度調整されて測
定が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで半導体デバイ
スは、チップサイズの微小化、回路の高集積化、処理速
度の高速化が進みつつあり、また多数のチップが形成さ
れたウエハのサイズが大口径に向かっていることなどか
ら、プローブ装置においては種々の不都合が生じつつあ
る。例えばウエハのサイズが大口径化することにより、
ウエハの位置合わせエリアなども含めてウエハ載置台に
ついて広い移動スペースが必要であり、このため高温／
低温時の測定が周辺雰囲気温度に左右されてしまうし、
更にウエハ載置台の移動によりパーティクルが発生しや
すい。そしてスーパーコンピュータ用のＬＳ１では動作
速度が例えば数十〜数百ＭＨｚと非常に早いが、このよ
うに動作速度が高速化してくると測定時の信号パルスの
周波数が高くなるため、外部からの電気ノイズの影響を
受けやすくなる。コンタクトリング１４のポゴピン１３
などは同軸ケーブルを用いて電気ノイズの影響を抑える
ようにしているが、ポゴピン１３の両端部やプローブ針
１１などは電気的な遮蔽構造を採れない。従って以上の
ようなことからチップの電気的測定が不安定になるとい
う問題がある。更にまたチップが微細化し、回路が高集
積化すると、電極パッド数が増えると共にパッドのサイ
ズが微小化しかつその間隔も狭くなり、このためプロー
ブ針の針立てが限界に近づいているという問題もある。

【０００６】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、外部の電気ノイズの影響を
避けることができ、更にまた周囲の温度に左右されず、
安定した電気的測定を行うことができるプローブ装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被検
査体載置台上に載置された被検査体の電極パッドにプロ
ーブカードの接触子を接触させ、この接触子を介してテ
スタにより被検査体の電気的測定を行うプローブ装置に
おいて、前記被検査体載置台及びプローブカードを、電
磁遮蔽機能を備えた容器内に密封すると共に、この容器
の外部と被検査体載置台との間で被検査体を搬送するよ
うに当該容器に開閉自在な搬送口を形成し、前記プロー
ブカードの基板を可撓性の材質により構成すると共に、
プローブカードにおける接触子とは反対側の面と容器の
内面との間にダンパ室をなす空間を形成し、このダンパ
室内に流体を注入してこの流体の圧力によりプローブカ
ードを被検査体側に押圧することを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、被検査体載置台上に載
置された被検査体の電極パッドにプローブカードの接触
子を接触させ、この接触子を介してテスタにより被検査
体の電気的測定を行うプローブ装置において、 前記被検
査体載置台及びプローブカードを、電磁遮蔽機能を備え
た容器内に密封すると共に、この容器の外部と被検査体
載置台との間で被検査体を搬送するように当該容器に開
閉自在な搬送口を形成し、 前記容器は、プローブカード
が一体的に固定されたカバー部と被検査体載置台が一体
的に固定されたベース部とが分割可能にして構成され、
被検査体の電極パッドの画像と接触子の画像とを伝送す
る光学系ユニットを、容器の分割時における被検査体載
置台と接触子との間に進退自在に設けたことを特徴とす
る。

【０００９】本発明では、被検査体の温度を調整するた
めの温度調整手段を備える構成としていもよいし、また
接触子を、被検査体の全てのチップの電極パッドに一括
して夫々接触するように当該全ての電極パッドに対応し
て配列されたバンプにより構成してもよい。

【００１０】

【作用】容器の搬送口を開いてここから被検査体を被検
査体載置台に搬入し、例えば被検査体載置台に内蔵され
ている温度調整手段により被検査体の温度を所定温度に
調整した状態で接触子と被検査体の電極パッドとを接触
させて電気的測定を行う。このとき被検査体及びプロー
ブカードは容器により密封されているためその温度は周
囲の温度の影響が少なくて安定すると共に、外部の電気
ノイズからも遮蔽され、従って電気的測定が安定する。

【００１１】そして被検査体の電極パッドに一括して接
触するようにプローブカード側にバンプを設ければ、被
検査体載置台のＸ、Ｙ、θ方向の移動量は位置合わせに
必要な量で済むので容器を小さくすることができる。こ
の場合プローブカードを可撓性の基板で構成しバンプと
反対側の空間に流体を注入してプローブカードを被検査
体側に押圧すれば流体の圧力により押圧力を調整できる
ので圧力調整が簡単である。

【００１２】更に容器をカバー部とベース部とに分割可
能に構成し、その間に光学系ユニットを進入させて接触
子及び被検査体の電極パッドの画像を取り込むようにす
れば高い精度で位置合わせが実現できる。

【００１３】

【実施例】図１及び図２は夫々本発明の実施例を示す縦
断側面図及び概観斜視図である。図中２は例えばアルミ
ニウム製の偏平な円筒状の容器であり、この容器２は上
側のカバー部２１と下側のベース部２２とに分割できる
ように構成されると共に例えばベース部２２が接地され
ることにより、電磁遮蔽機能が付与されている。なお容
器２に電磁遮蔽機能を付与するためには、容器２から後
述のケーブル５２を介してテストヘッド側で接地するな
どしてもよい。前記容器２の内部空間には、ウエハ載置
台３が配設されおり、このウエハ載置台３は、容器２の
下部外側に設けられた駆動機構３１によって、例えば
Ｘ、Ｙ、θ（鉛直軸のまわり）方向に微量に駆動され
る。更に前記ウエハ載置台３内には、抵抗発熱体やペル
チュ素子などの加熱手段と冷媒流路などの冷却手段とを
組み合わせて、例えばウエハＷを約−４０〜１５０℃の
温度範囲に調整できる温度調整手段３２が内蔵されると
共に、図２に示す搬送アーム３３に対するウエハＷの受
け渡し時にウエハＷを載置面から浮上させるための昇降
ピン３４が貫通して設けられている。

【００１４】前記カバー部２１の下面全体には、つまり
当該カバー部２１の肉厚な周壁部及び開口面に亘ってフ
レキシブルな多層配線基板４例えばポリイミドよりなる
基板が、カバー部２１内の空間Ｓ１を密閉するように貼
設されている。この多層配線基板４の下面側には、ウエ
ハＷの全てのチップの電極パッドに夫々一括して接触す
るように当該全ての電極パッドに対応して接触子例えば
導電性突起であるバンプ４１が配列されている。なお前
記多層配線基板４については、導電路である配線層が多
数積層されると共に多層配線層の上下両面及び配線層間
には接地電位の接地層が介在して構成されている。また
前記バンプ４１の材質としては、例えば１８金、白金、
ロジウム、タングステンあるいはニッケル合金などを用
いることができる。

【００１５】前記多層配線基板４の周縁部（カバー部２
１の肉厚周壁部に対応する個所）の下面には、夫々前記
バンプに対応して信号入力／出力用のバンプ４２が配列
されており、このバンプ４２及び前記バンプ４１は、多
層配線基板４内の配線層により互に電気的に接続されて
いる。これら多層配線基板４及びバンプ４１、４２はこ
の実施例ではプローブカード４０を構成するものであ
る。

【００１６】前記ベース部２２の肉厚な周壁部におけ
る、信号入力／出力用のバンプ４２に対応する部位に
は、バンプ４２に夫々対応する導電路よりなる電極部５
が上下方向に貫通して設けられると共に、ベース部２２
の上面における電極部５の配置領域にはバンプ４２が収
まるように凹部５１が形成されている。また電極部５の
下端には、ケーブル５２の一端に設けられたコネクタ５
３が接続されており、ケーブル５２の他端はテストヘッ
ド５４に接続されている。従ってプローブカード４０の
接触子であるバンプ４１は、多層配線基板４→バンプ４
２→電極部５→コネクタ５３→ケーブル５２の経路でテ
ストヘッド５４に接続されることとなる。

【００１７】前記カバー部２１には、その周壁部を貫通
して内部空間５１に開口し、夫々バルブＶ１、Ｖ２を備
えた流体供給路６及び流体排出路６１が接続されてい
る。ただしこれら管路は、流体供給路６側に代表して示
すようにケース部２１の周壁部内に形成された通路６ａ
及び接続ポート６ｂ並びにパイプ６ｃなどから構成され
る。流体供給路６の供給端側には、流体例えば気体や液
体などの流体圧送源６０、及び流体を所定の温度に調整
するための温度調整部（図示せず）などが設けられてい
る。また流体供給路６には、圧力計６２が取り付けら
れ、その圧力信号にもとづいて流体圧送源６０を制御す
ることにより内部空間Ｓ１内の流体の圧力を調整するよ
うになっている。即ち内部空間Ｓ１はダンパ室をなすも
のであり、前記流体によりフレキシブルな多層配線基板
４を押圧してバンプ４１をウエハＷに確実に接触させる
役割を持っている。

【００１８】また前記ベース部２２には、その壁部を貫
通してプローブカード４０の下部側の空間に開口し、夫
々バルブＶ３、Ｖ４を備えた気体供給管２３及び排気管
２４が設けられており、これらを通じてこの空間には例
えば温度調整用の空気あるいは不活性ガスなどの気体が
通流する。そして前記容器２を上下に即ちカバー部２１
とベース部２２とに分割するために分割機構が設けられ
ており、この分割機構は、例えば図２に示すようにカバ
ー部２１を昇降させる昇降部７１、及びカバー部２１を
微量にθ方向に回動させる回動部７２などを備えてい
る。この回動部７２は、例えばプローブカード４０を交
換したときに新たなプローブカード４０の周方向の位置
合わせを行うために用いることができる。なおこの例で
は容器２を分割したときの分割開口部がウエハＷの搬送
口をなしている。

【００１９】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず図２に示す昇降機構７１によりカバー部２１を上昇さ
せてベース部２２から分離しておき、搬送アーム３３か
らウエハＷを昇降ピン３４を介してウエハ載置台３に受
け渡す。次いでカバー部２１を降下させ、図１に示すよ
うに基板４を介してカバー部２１及びベース部２２の周
縁部分を重ね合わせてウエハ載置台３及びプローブカー
ド４を容器２内に密閉する。

【００２０】そして例えば予め温度調整手段３２により
ウエハ載置台３２によりウエハ載置台３を加熱し、これ
によりウエハＷを例えば１２０℃に昇温すると共に、流
体供給路６により所定の温度及び所定の圧力に調整され
た流体例えば気体を内部空間（ダンパ室）Ｓ１に注入し
てプローブカード４０を押圧する。これによってプロー
ブカード４０に配列されたバンプ４１はウエハＷの全て
のチップの電極パッドに押圧された状態で一括して接触
する。またこの例ではウエハ載置台３が配置されている
空間にも気体供給管２３及び排気管２４により所定の温
度に調整された気体が通流され、こうしてウエハＷの温
度をより一層安定化させている。

【００２１】ここでバンプ４１とウエハＷ側の電極パッ
ドとを接触させる前に位置合わせが行われるが、この位
置合わせは後で詳述するように容器２を開いているとき
にカバー部２１とベース部２２との間にプローブカード
４０側とウエハＷ側の画像を同時に捉えることのできる
光学系ユニットを用いてもよいし、あるいはカバー部２
１の上壁にカメラを付設しかつ基板４の一部を透明体に
より形成してバンプ４１と電極パッドとの画像を同時に
捉えるようにしてもよい。そしてプローブカード４０と
ウエハＷとの位置ずれ量を把握した後駆動機構３１によ
りウエハ載置台３をＸ、Ｙ、θ方向に移動させて位置合
わせが行われる。

【００２２】一方カバー部２１及びベース部２２を重ね
合わせると、プローブカード４０の周縁のバンプ４２と
電極部５とが接触するため、先述したようにウエハＷの
チツプの電極パッドは夫々バンプ４１を通じてテストヘ
ッド５４に電気的に接続され、この状態でテストヘッド
５４は所定のパルス信号をウエハＷのチップに与え、チ
ップ側からの出力パルス信号を取り込んでチップの良否
を判定する。その後ダンパ室Ｓ１内の例えば気体を流体
排出路６１により排出すると共にガス供給管２３からの
気体の供給を止め、カバー部２１を上昇させてウエハＷ
を搬送アーム３３に受け渡す。

【００２３】上述実施例によれば、容器２内はプローブ
カード４０及びウエハ載置台３を密封しているため、ウ
エハＷを高温あるいは低温の状態に調整してもウエハＷ
の温度が周囲温度の影響を受けにくいし、また容積が小
さいために温度上昇、下降速度が速い。そして容器２は
電磁遮蔽機能があるため外部の電気ノイズからも遮蔽さ
れ、従って安定した測定を行うことができる。

【００２４】更にバンプ４１によりウエハＷの全チップ
の電極パッドに一括して接触させるようにしているた
め、ウエハ載置台は例えば位置合わせに必要な量だけ移
動できねように構成すればよいので、装置全体が小型化
でき、また接触子をチップに順次接触させるステッピン
グ移動をしなくてよいので、スループットが向上する。
更にまたダンパ室Ｓ１内に流体例えば気体を注入してそ
の圧力により基板４を介してバンプ４１をウエハＷに押
圧しているため、押圧力の調整が容易であり、しかもこ
の流体を温度調整しているため、周囲温度の影響をより
一層受けにくくなる。

【００２５】以上において容器２としては、電磁遮蔽機
能を有するものであれば、アルミニウムに限らず他の金
属を用いて接地する構成のものであってもよいし、金属
に限らず導電性プラスチックや、絶縁体に金属箱を貼着
したものであってもよい。またウエハＷを容器２内に搬
入するためには、容器２を上下に分割せずに、例えば側
壁に、ゲートにより開閉されるウエハの搬入口を形成す
るようにしてもよい。そしてプローブカード４０を押圧
するためにはダンパ室Ｓ１内に流体を注入する代わり
に、ボールネジやスプリングなどの機械的手段を用いて
もよいし、ウエハＷの温度調整部については、容器２に
ヒータなどを組み込む構造としてもよい。

【００２６】なお本発明は、接触子としてプローブ針を
用いてもよいし、バンプやプローブ針を順次にバンプに
接触する装置に適用してもよく、更には被検査体に対し
て温度調整を行わないプローブ装置にも適用することが
できる。

【００２７】次に本発明の他の実施例について図３及び
図４を参照しながら説明すると、この実施例では、上下
に分割されたカバー部２１とベース部２２との間に、図
示しない例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向の駆動が可能な進退機構
により進退自在な位置合わせユニット８が設けられてい
る。この位置合わせユニット８は、カバー部２１とベー
ス部２２との間に密着して介在できるようにこれらに対
応した形状に構成された保持枠８１と、この保持枠８１
の左右両縁にてＸ方向に伸びるように配置されたＸガイ
ドレール８２、８２と、このＸガイドレール８２、８２
にガイドされ、Ｙ方向に伸びるＹガイドレール８３、８
３と、このＹガイドレール８３、８３に沿ってガイドさ
れ、関節アーム８４に取り付けられた光学系ユニットで
あるカメラユニット９とを有してなり、カメラユニット
９は、関節アーム８４によりＸ、Ｙ方向に移動する。

【００２８】前記カメラユニット９は、図５に示すよう
にバンプ４１に対する対物レンズ９１及び電極パッドＰ
に対する対物レンズ９２と、バンプ及び電極パッドＰの
像を結像するカメラ９３と、上側の対物レンズ９１より
の像をカメラ９３側に反射するハーフミラー９４と、下
側の対物レンズ９２から前記ハーフミラー９４の裏面側
までの光路を形成するハーフミラー９５及びプリズム９
６と、上側対物レンズ９１及び下側対物レンズ９２より
の光路を夫々独立して開閉するためのシャッタ９７、９
８とを有してなる。なお図３においては、図１で示した
ウエハ載置台３の駆動機構３１や流体供給路６の詳細部
分などは省略してある。

【００２９】このような実施例では、ウエハＷをウエハ
載置台３に載置した後カバー部２１とベース部２２との
間に位置合わせユニット８を介在させてこれらを重ね合
わせて内部空間を密閉し、カメラユニット９を利用して
プローブカード４０とウエハＷとの位置合わせを行う。

【００３０】この位置合わせについては、例えばバンプ
４１及びパッドＰの画像を図６（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに低倍率、高倍率で順次取り込み、これら画像にもと
づいてオペレータが例えばウエハ載置台３を駆動するよ
うにしてもよいし、あるいはプローブカード４０及びウ
エハＷ側に例えば複数個所にクロスマークを付しておい
てこれらを用いるようにしてもよい。

【００３１】このように構成によれば、プローブカード
面及びウエハ面を同時にモニタし、リアルタイムに位置
合わせができるので、機械制御系の誤差の影響を受けず
に高精度な位置合わせが実現できる。またプローブカー
ド及びウエハＷを密閉した状態で位置合わせができるの
で高温あるいは低温状態でも高精度な位置合わせができ
る。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電磁遮蔽機能
を備えた容器内に被検査体載置台及びプローブカードを
密封しているため、外部の電気ノイズの影響を受けにく
く、安定した電気的測定を行うことができる。また容器
内にダンパ室を形成し、この中に流体を供給してプロー
ブカードを押圧しているので、圧力調整が簡単である。
請求項２の発明によれば、プローブカードと被検査体と
の間に介在できるように位置合わせユニットを設けて、
接触子と電極パッドとの画像を同時に取り込むことがで
きるように構成しているため、高精度の位置合わせを行
うことができる。そして請求項３の発明のように被検査
体の温度を調整する場合には周囲の温度の影響が少ない
し、更に請求項４の発明のように被検査体の全ての電極
パッドに一括して接触子を接触するように構成すれば被
検査体載置台の移動量が少なくて済むので容器を小さく
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施例の概観を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図５】カメラユニットを示す側面図である。

【図６】カメラユニットにおける画像を示す説明図であ
る。

【図７】従来のプローブ装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

２ 容器 ２１ カバー部 ２２ ベース部 ３ ウエハ載置台 ３２ 温度調整部 ４０ プローブカード ４１、４２ バンプ ５ 電極 ６ 流体供給路 ６１ 流体排出路 Ｓ１ ダンパ室（内部空間） ８ 位置合わせユニット

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体載置台上に載置された被検査体
   の電極パッドにプローブカードの接触子を接触させ、こ
   の接触子を介してテスタにより被検査体の電気的測定を
   行うプローブ装置において、 前記被検査体載置台及びプローブカードを、電磁遮蔽機
   能を備えた容器内に密封すると共に、この容器の外部と
   被検査体載置台との間で被検査体を搬送するように当該
   容器に開閉自在な搬送口を形成し、前記プローブカードの基板を可撓性の材質により構成す
   ると共に、プローブカードにおける接触子とは反対側の
   面と容器の内面との間にダンパ室をなす空間を形成し、
   このダンパ室内に流体を注入してこの流体の圧力により
   プローブカードを被検査体側に押圧する ことを特徴とす
   るプローブ装置。
2. 【請求項２】 被検査体載置台上に載置された被検査体
   の電極パッドにプローブカードの接触子を接触させ、こ
   の接触子を介してテスタにより被検査体の電気的測定を
   行うプローブ装置において、 前記被検査体載置台及びプローブカードを、電磁遮蔽機
   能を備えた容器内に密封すると共に、この容器の外部と
   被検査体載置台との間で被検査体を搬送するように当該
   容器に開閉自在な搬送口を形成し、前記容器は、プローブカードが一体的に固定されたカバ
   ー部と被検査体載置台が一体的に固定されたベース部と
   が分割可能にして構成され、被検査体の電極パッドの画
   像と接触子の画像とを伝送する光学系ユニットを、容器
   の分割時における被検査体載置台と接触子との間に進退
   自在に設けた ことを特徴とするプロ−ブ装置。
3. 【請求項３】 被検査体の温度を調整するための温度調
   整手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載
   のプローブ装置。
4. 【請求項４】 接触子を、被検査体の全てのチップの電
   極パッドに一括して夫々接触するように当該全ての電極
   パッドに対応して配列されたバンプにより構成したこと
   を特徴とする請求項１、２または３記載のプローブ装
   置。