JP3267938B2 - プローバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ上に形成さ
れた複数の半導体チップの電気的特性を測定するため
に、ウエハをステージに載置して、テスタに接続される
触針を各半導体チップの電極パッドに順次接触させるプ
ローバに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの製造では、ウエハ上に形
成された多数のチップが正常に動作するか検査すること
が行われる。これは、正常に動作しない不良チップを後
の組み立て工程から除くことによる生産性の向上と共
に、製造工程が正常であるかの検査結果を速やかにフィ
ードバックできるようにするために行われる。ウエハ上
に形成された半導体チップを検査する時には、プローバ
と呼ばれる装置にウエハをセットし、触針（ニードル）
をチップの電極パッドに接触させた上で、ＩＣテスタか
ら所定のニードルに電気信号を印加し、他のニードルに
出力された電気信号を検出する。また、このようにして
検査されたウエハは、ダイシング装置で切り離された
後、組み立てられる。

【０００３】図１は、ウエハ上に形成された半導体チッ
プを示す図である。図１に示すように、ウエハ１００に
は複数の半導体チップ１１０が格子状に形成される。各
半導体チップ１１０には、電極パッド１２０が形成され
ており、組み立て時にはこの電極パッド１２０とリード
フレームの端子がボンディングワイヤで接続される。半
導体チップの電気的な特性検査は、この電極パッド１２
０にニードルを接触させて行われる。

【０００４】図２は、一般的なウエハ検査装置の従来例
の概略構成を示す図である。図２において、参照番号１
はプローバを、２は載置されたウエハを保持するステー
ジを、３はプローブカードを、４はプローブカード３に
設けられたニードルを、５はプローブカード３を保持す
る部材を、６はテスタを、７は、テスタ７の回転軸を示
す。ステージ２は、移動機構により３次元方向に移動可
能であると共に、ウエハを吸着する機構が設けられてい
る。ニードル４は検査する半導体チップの電極パッドに
合わせて作られており、プローブカード３は検査する半
導体チップの電極パッドの配列が異なる毎に交換され
る。プローブカード３の上面にはニードル４に接続され
る電極が設けられており、検査時にはテスタ６が回転軸
７の回りを回転してプローブカードの電極に接触し、テ
スタ６の端子とニードル４が接続される。この状態で、
テスタ６から所定の信号を印加して半導体チップからの
出力信号を検出し、それが正常であるかを検査する。な
お、検査するウエハ１００は、ウエハカセットに複数枚
収容されて供給され、図示していない搬送アームでステ
ージ２に載置され、検査終了後再びウエハカセットに戻
されて回収される。また、ステージ２に載置されたウエ
ハ１００は、図示していない画像システムにより半導体
チップの電極とニードル４の位置関係が精密に位置決め
される。ここでは、このような機構は発明に直接関係し
ないので省略してある。

【０００５】ステージ２の移動機構は、水平面の２方向
であるＸ方向とＹ方向、上下方向であるＺ方向の３つの
１次元の移動機構を組み合わせて実現しており、Ｘ方向
の移動機構の上にＹ方向の移動機構を載せ、その上にＺ
方向の移動機構を載せている。図３は、ステージ２のＺ
方向の移動機構の基本構成を示す図である。参照番号１
２と１３で示す部材の間にボールベアリング１４が配置
され、ガイド機構を構成する。また、ボールねじ１５に
ねじ合わされるねじ部材１６は、部材１２に取り付けら
れており、パルスモータ１７でボールねじ１５を回転す
ることにより、部材１２がガイドに沿って移動する。ウ
エハを載置する載物台１１は部材１２に取り付けられて
いるので、パルスモータ１７を駆動することにより、ガ
イドに沿って上下方向に移動する。なお、図３では、部
材１２の内部にボールねじ１５を設けたが、ボールねじ
１５により移動方向に付勢される部分をガイドと離れた
部分に設ける場合もあり、その位置関係については各種
の変形例が可能である。ボールねじ１５により載物台１
１を移動方向に付勢する構成部分を、ここではアクチュ
エータと呼ぶことにする。図３に示すように、従来のス
テージのＺ方向の移動機構は、１個のガイドと１個のア
クチュエータを有している。

【０００６】検査を行う場合には、検査する半導体チッ
プの電極がニードル４の真下に位置するようにステージ
を移動した上で、ステージを上昇させて半導体チップの
電極とニードル４を接触させる。検査が終了するとステ
ージを下降させた上で、次に検査する半導体チップにつ
いて同様の動作を行う。１枚のウエハには多数の半導体
チップが形成されており、これらすべてについて上記の
動作を繰り返すため、１枚のウエハの検査に長い時間が
かかる。

【０００７】近年、生産性の向上のため、検査のスルー
プットの向上が要求されており、そのための方策とし
て、複数の半導体チップを同時に検査するマルチプロー
ビングと呼ばれる方法が取られている。図４はこのマル
チプロービングを説明する図で、ニードル４を４ａと４
ｂの２組設け、隣接する２個の半導体チップ１１０ａと
１１０ｂの電極パッドに同時に接触する。図では２個の
半導体チップを同時に検査するように示してあるが、よ
り多数の半導体チップが同時に検査される場合もある。
また、チップの高機能化も図られており、チップ１個当
りの電極パッドの個数が非常に多いものもある。そのた
め、ニードルの本数は非常に大きくなっており、また配
列されたニードルの端から端までの長さも長くなってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図５は、ニードル４の
電極パッド１２０への接触状態を示す図である。図５の
（１）に示すように、ニードル４の先端は曲げられてお
り、この先端部が電極パッド１２０に接触する。ニード
ル４は細い金属製で弾性があり、ステージに載置された
ウエハ１００を押し当てることによりある程度の接触圧
で接触するようにしている。そのため、上記のようにニ
ードルの本数が増加すると、全体ではステージ２に非常
に大きな力がかかることになる。この力がステージ２の
中心付近にかかる場合には特に問題ないが、ステージ２
の周辺部にかかると、ステージ２やガイドのたわみのた
め、ステージの上面が傾く。ステージの上面が傾くと、
すなわちウエハ面とニードル４が平行でなくなり、角度
θをなす。

【０００９】そのため、図５の（２）に示すように、す
べてのニードルが均一の接触圧で接触しなくなるという
問題が生じる。図ではニードル４に対してウエハ１００
が大きく傾いており、図の右側では接触しているが、左
側では接触しておらず、これでは測定は行えない。図示
のように大きく傾かない場合でも、ある程度傾けば左右
のニードルの接触圧に差が生じる。すべてのニードルが
所定の接触圧の範囲内であればよいが、大きすぎる場合
には、電極パッドを損傷するといった問題が生じ、小さ
い場合には接触抵抗が大きくなり、正常な検査が行えな
いという問題が生じる。この問題は、ニードルの本数が
大きくなって、両端のニードル間の距離が大きくなると
より顕著になる。

【００１０】ステージ２は、３軸方向の移動に加えて、
上面を回転するための回転機構も有している。そのた
め、ニードルとの接触圧がステージ２の上面の周辺部に
かかった場合には、ひずみは複雑な形で現れるが、模式
的には、図５の（３）に示すように、中心線の下方の回
転中心Ｏを中心として回転し、その回転量はモーメント
によって決定されると考えられる。このような回転が生
じると、図５の（３）に示すように、ニードルがステー
ジ上面のＡの位置で接触するように移動した上で、ステ
ージを上昇させた場合、この回転によりステージ上面の
Ａの位置はＡ’の位置に変化してしまい、接触位置は図
示の分だけずれることになる。このようなずれがある
と、ニードルが電極パッドの外で半導体チップに接触
し、半導体チップを損傷するといった問題が生じる。

【００１１】更に、従来例においては、測定しようとす
る半導体チップがニードルの下に位置するように相対移
動させてからウエハを所定位置まで上昇させてニードル
を半導体チップの電極パッドに接触させているだけで、
ニードルの接触圧については特に制御していなかった。
ニードルには弾性があるので、これでも接触圧は所望の
範囲であった。しかし、上記のようなたわみが生じる場
合には、ウエハをニードルに対して所定位置まで上昇さ
せても、実際の接触圧は接触位置により変化し、接触圧
が所望の範囲に入るとは限らない。

【００１２】上記のような問題を防止するため、ステー
ジの剛性を高めるなどの対策がとられている。しかし、
ニードル数が益々増加しているため全体の接触圧が大き
くなっている上、ウエハの大口径化が進められているた
め、ステージが非常の大型化し、重量も増加する。これ
では、プローバが大型で非常に重いものになり、コスト
も増加するという問題を生じる。

【００１３】本発明は、このような問題点を解決するた
めのもので、載置したウエハに多数のニードルが接触す
る場合にもステージ上面の傾きを生じないプローバを簡
単な機構で実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明のプローバでは、ステージの載物台がガイド
に沿って上下方向に移動するように付勢するアクチュエ
ータを複数個設け、載物台の複数の箇所を付勢する。す
なわち、本発明のプローバは、複数の半導体チップが配
列されたウエハを載置して移動するステージと、各半導
体チップの電極パッドに接触する触針と備えるプローバ
であって、ステージは、ウエハを載置する載物台と、載
物台の上下の移動方向を規制するガイドと、１個のモー
タにより機械的に共通に駆動され、載物台の複数箇所を
付勢する複数のアクチュエータとを備え、載物台が複数
のアクチュエータにより上下方向に移動することを特徴
とする。

【００１５】本発明のプローバでは、複数のアクチュエ
ータが載物台の複数箇所を付勢するので、載物台に載置
されたウエハに触針（ニードル）を接触させて載物台に
圧力を加えた場合にも、発生するモーメントを小さくで
きる。例えば、３個のアクチュエータで載物台の周辺の
３箇所を付勢する場合、３箇所をむすぶ３角形の内側に
接触するのであれば、モーメントは生じない。この３角
形の外側に接触する場合には、接触位置と３角形のもっ
とも近い辺の距離に応じたモーメントが生じるが、この
距離は短いので、モーメントは小さくなる。

【００１６】

【００１７】アクチュエータは、例えば、ボールネジで
実現され、その場合には駆動源は、パルスモータやＡＣ
サーボモータ等が使用される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の参考例のプロー
バのステージのＺ方向の移動機構を示す図である。図６
において、参照番号２２と２３で示す部材の間にボール
（ローラ）ベアリング２４が配置され、ガイド機構を構
成する。載物台１１は部材２２に固定されており、ガイ
ド機構に沿って上下（Ｚ）方向に移動する。部材２２の
外筒面及び部材２３の内筒面は、直径及び直線性が非常
な高精度で作られており、高精度なボール（ローラ）ベ
アリング２４を配置することにより、高精度のガイド機
構が実現される。

【００１９】図６ではアクチュエータは２個だけ示され
ているが、実際には４個のアクチュエータが設けられて
いる。各アクチュエータは、載物台１１に固定された部
材３１ａ、３１ｂと、ボールねじ３２ａ、３２ｂと、部
材３１ａ、３１ｂに固定され、ボールねじ３２ａ、３２
ｂにねじ合わされるねじ部材３３ａ、３３ｂと、ボール
ねじ３２ａ、３２ｂを回転駆動するパルスモータ３５
ａ、３５ｂとを有する。部材３４ａ、３４ｂは、パルス
モータ３５ａ、３５ｂを保持するための部分で、Ｚ方向
の移動機構のベースに設けられる。各アクチュエータを
構成する部品は、同じものが使用され、対応する部品間
の誤差が非常に小さいものが選定されて使用される。駆
動信号発生回路３６は、プローバのＺ方向移動を指示す
る信号に基づいてパルス信号を発生してパルスモータ３
５ａ、３５ｂに印加する。図示のように、各パルスモー
タ３５ａ、３５ｂには同一のパルス信号が印加されるの
で、各アクチュエータは同一量だけ移動する。

【００２０】図７は、参考例のプローバのステージを上
方から見た図である。図示のように、円形の中心にガイ
ド機構が設けられ、円形の周辺の４分割した位置にアク
チュエータが設けられる。載物台１１は、アクチュエー
タにより４箇所で付勢されており、その部分では上下
（Ｚ）方向の位置はアクチュエータにより規定されるの
で、ニードルを押し当てる位置がこの４箇所を結ぶ４角
形の内側であれば、押し当てる力が分散してアクチュエ
ータにかかるので、図５の（３）に示したようなモーメ
ントは発生しない。従って、載物台１１は傾かないの
で、各ニードルは一様な力でウエハに接触する。図７か
らも明らかなように、載物台１１の上面の大部分は、こ
の４角形の内側にあり、ウエハは載物台１１の上面より
小さく、ウエハの周辺にはチップは形成されないので、
チップはほとんど４角形の内側に位置し、モーメントは
発生しない。

【００２１】ニードルを押し当てる位置がこの４角形の
外側であれば、４角形のもっとも近い辺をモーメント軸
として、ニードルを押し当てる位置からモーメント軸ま
での距離に応じたモーメントが発生する。しかし、ニー
ドルを押し当てる位置からモーメント軸までの距離は小
さいので、モーメントも小さく、載物台１１はほとんど
傾かない。

【００２２】アクチュエータの個数を増加させるほどモ
ーメントの発生しない範囲が広がるが、アクチュエータ
の個数が増加するとその分コストやスペースが増加する
ので、これとのトレードオフの関係にある。載物台１１
に対するウエハの大きさなどが関係するが、アクチュエ
ータが３個の場合でも、アクチュエータが載物台１１を
付勢する３箇所を結ぶ３角形内にほとんどのチップが入
り、入らないチップの３角形の辺からの距離は小さいの
で、アクチュエータは最低でも３個以上であることが望
ましい。また、上記のように、アクチュエータが４個で
あれば、ほとんどのチップが４角形内に入るので、４個
あれば十分であり、ほとんどの場合５個以上のアクチュ
エータを設ける必要はない。但し全体のサイズが制限さ
れている様な場合、５個以上のアクチュエータが有効な
場合もある。

【００２３】図８は、本発明の実施例のプローバのステ
ージのＺ方向の移動機構を示す図である。参考例では各
アクチュエータ毎にパルスモータ３５ａ、３５ｂを設け
たが、実施例では、共通に１個のパルスモータ４４を設
け、プーリ４２、４１ａ、４１ｂ及びタイミングベルト
４５を介して、各アクチュエータのボールねじ３２ａ、
３２ｂを一緒に駆動する点が異なる。他の部分は参考例
と同じである。参照番号４３は、パルスモータ４４の保
持部材である。

【００２４】実施例では、１個のパルスモータ４４によ
り各アクチュエータのボールねじ３２ａ、３２ｂが駆動
されるので、各ボールねじ３２ａ、３２ｂは同じように
回転する。従って、各アクチュエータの移動量は同一で
ある。

【００２５】もちろん、レーザ干渉計以外のリニアスケ
ールや他のセンサ等も使用できる。以上、本発明の実施
例について説明したが、実施例の構成を示す図では、各
アクチュエータは従来例と同じような大きさであるよう
に示したが、本発明では複数のアクチュエータが使用さ
れるので、各アクチュエータの駆動力は、１個のアクチ
ュエータのみを使用する場合に比べて小さくすることが
でき、その分小型で低コストにできる。また、本発明に
よれば、ステージの剛性をあまり高くする必要がないた
め、載物台などを小型で軽量のものにできる。従って、
この点からもアクチュエータを小さくできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ニードルを接触させた場合にも載物面の傾きを生じない
小型で軽量のステージを低コストで実現できる。これに
より、プローバ全体の小型化、軽量化及び低コスト化が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウエハ上の半導体チップの配列と、半導
体チップの電極パッドを示す図である。

【図２】従来のプローバの基本的な構成を示す図であ
る。

【図３】従来のプローバのステージのＺ方向の移動機構
の基本構成を示す図である。

【図４】マルチプロービングにおける触針（ニードル）
の配置例を示す図である。

【図５】ニードルのウエハへの接触状況と、傾いた場合
の問題点を説明する図である。

【図６】本発明の参考例のプローバのステージのＺ方向
の移動機構を示す図である。

【図７】参考例のステージの上側から見た図である。

【図８】本発明の実施例のプローバのステージのＺ方向
の移動機構を示す図である。

【符号の説明】

１…プローバ ２…ステージ ３…プローブカード ４…触針（ニードル） ５…プローブカード取付け部材 ６…テスタ １１…載物台 ２２、２３…ガイド部材 ２４…ボールベアリング ３１ａ、３１ｂ…アクチュエータ部材 ３２ａ、３２ｂ…ボールねじ ３３ａ、３３ｂ…ねじ ３５ａ、３５ｂ、４４…パルスモータ ３６…駆動信号発生回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−117229（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−21166（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−177039（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212448（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−150081（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−273458（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−321099（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−144892（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−207047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−125033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108209（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−166903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体チップ（１１０）が配列さ
   れたウエハ（１００）を載置して移動するステージ
   （２）と、 各半導体チップ（１１０）の電極パッド（１２０）に接
   触する触針（４）と備えるプローバであって、 前記ステージ（２）は、 前記ウエハ（１００）を載置する載物台（１１）と、 該載物台（１１）の上下の移動方向を規制するガイド
   （２２、２３、２４）と、 １個のモータ（４４）により機械的に共通に駆動され、
   前記載物台（１１）の複数箇所を付勢する複数のアクチ
   ュエータとを備え、前記載物台（１１）が前記複数のア
   クチュエータにより上下方向に移動することを特徴とす
   るプローバ。