JP3270421B2 - Single wafer type semiconductor IC wafer direct current temperature test equipment - Google Patents

Single wafer type semiconductor IC wafer direct current temperature test equipment

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JP3270421B2
JP3270421B2 JP14054199A JP14054199A JP3270421B2 JP 3270421 B2 JP3270421 B2 JP 3270421B2 JP 14054199 A JP14054199 A JP 14054199A JP 14054199 A JP14054199 A JP 14054199A JP 3270421 B2 JP3270421 B2 JP 3270421B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体ICの信頼性判定
に必要な、高温通電放置試験等のICのライフ判定に不
可欠な、通電温度試験装置、特にウエハ・ダイレクト・
コンタクトに有用な装置で、安価に、且つ間違いの無い
試験を行えるようにする物である。本発明は半導体IC
等の小型素子の特性検査、信頼性判定に必要な、高温通
電放置試験等のICのライフ判定等に不可欠な、通電温
度試験装置、特にウエハダイレクトに有用な物で、ピン
ピッチが極端に小さい、例えば100μm以下を可能に
し、且つ安価に、誤動作の無い試験を行うものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energization temperature test apparatus, especially a wafer direct test, which is indispensable for determining the life of an IC such as a high-temperature energization test required for reliability evaluation of a semiconductor IC.
This is a device that is useful for contacts and that can perform inexpensive and error-free testing. The present invention is a semiconductor IC
Insulation temperature test equipment, especially useful for wafer direct, which is indispensable for determining the life of ICs, such as high-temperature energization tests, necessary for characteristic inspection and reliability judgment of small devices such as For example, the test is performed at a low cost without causing a malfunction by making the thickness 100 μm or less.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の個別部品の通電高温放置試験装置
は、複数のソケット・ボードに搭載した被試験素子を大
型恒温槽に多数入れ、通電放置するのが一般であり、そ
の延長の技術、方法で考えた半導体ICウエハ直接通電
高温放置試験装置が開発されている。その為ウエハの大
口径化と共に温度膨張に関わる補正、ミクロン単位の位
置合わせ等を大きな温度変化の下に行うには、装置が複
雑になり価格も高く、実用化にはまだ通電高温放置試験
の経済性等解決すべき多くの課題が残っている。特に通
電試験で重要なプローブ・ピンとプローブ・ピン・モジ
ュールは、検査対象が小さくなるほど作が困難、且つ
対温度変化で、その対象被検査ウエハとの位置合わせが
大きく影響する。従来の通電高温放置試験装置等に使う
プローブ・ピン・モジュールは、モジュール本体の温度
膨張係数を、検査対象、例えばシリコン・ウエハの温度
膨張係数に合わせる事でその問題を解決しているために
材料の選定に制限があり、加工も難しく、ウエハ通電時
の自己発熱と温度雰囲気制御の難しさ、ランニング・コ
ストの問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a high-temperature storage test apparatus for individual components is generally placed in a large-sized constant-temperature chamber with a large number of devices to be tested mounted on a plurality of socket boards and left for a long time. A semiconductor IC wafer direct energization high-temperature storage test apparatus has been developed based on the method. For this reason, in order to increase the diameter of the wafer and to correct for temperature expansion, align the micron unit, etc. under a large temperature change, the equipment becomes complicated and the price is high. There remain many issues to be solved, such as economics. Particularly important probe pin and the probe pin module power-on test, difficult manufacturing operation as the inspection target decreases, and against temperature variations, alignment between the object to be inspected wafer is greatly affected. The probe pin module used in conventional high-temperature high-temperature storage test equipment solves this problem by matching the thermal expansion coefficient of the module body with the thermal expansion coefficient of the inspection target, for example, a silicon wafer. There is a limitation on the selection of the wafer, processing is difficult, and there are problems of self-heating when the wafer is energized, difficulty in controlling the temperature atmosphere, and running costs.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
ウエハを切断せずに複数個の機能素子をそのまま直接通
電温度試験をする装置を多数のプローバ・ピンで構成す
る場合、大きな温度変化のもと、均一且つ、確実なピン
コンタクト圧、ウエハへのウエハプローバピンの位置合
わせを正確に維持し、単位面積当たりに微小なプローブ
・ピン配列とその引き出し線の処理等々を、簡易・小型
・安価に実施できるようにする事である。特に、これら
を温度膨張係数が決められた材料で実施しようとすれ
ば、材料は限られたものとなり、特にシリコン・ウエハ
の温度膨張係数に合わせた素材は、加工も容易でなく高
価な物になる。本発明は素材の温度膨張係数に関係無く
自由にプローブ・ピン・モジュールとして最適な安価で
加工し易い素材を使い、日常の通電高温放置試験を低コ
ストに実施できるようにする手段を与えるものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus for directly conducting a current-carrying temperature test on a plurality of functional elements without cutting the wafer, in which a large number of prober pins are used. In this way, uniform and reliable pin contact pressure, accurate alignment of wafer prober pins to the wafer, and small probe / pin arrangement per unit area and processing of their lead lines are simple and compact. -It should be able to be implemented at low cost. In particular, if these are to be carried out with a material having a predetermined coefficient of thermal expansion, the material will be limited, and in particular, a material suitable for the coefficient of thermal expansion of a silicon wafer will be difficult to process and expensive. Become. The present invention provides a means for freely performing a daily energized high-temperature storage test at a low cost, using an inexpensive and easy-to-process material that is optimally used as a probe pin module regardless of the thermal expansion coefficient of the material. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決する為の手段】請求項の発明は、相互位
置合わせ後、仮止めした、切断前の半導体ICウエハと
ウエハ・プローブ・ピン・モジュールとを受容するチャ
ンバーと、半導体ICウエハとウエハ・プローブ・ピン
・モジュールとを接触方向に加圧する加圧手段と、上記
半導体ICウエハを所定温度に加熱/冷却制御する加熱
/冷却手段と、上記半導体ICウエハとウエハ・プロー
ブ・ピン・モジュールとの相互位置合わせ方向の熱膨張
量の差を検出する検出手段と、上記検出手段の出力に基
づいて上記熱膨張量の差がなくなるように上記ウエハ・
プローバ・ピン・モジュールを加熱/冷却制御する直接
加熱/冷却制御手段とを具備する枚葉式の半導体ICウ
エハ直接通電温度試験装置である。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor IC wafer, comprising: a chamber for receiving a semiconductor IC wafer and a wafer probe pin module which are temporarily fixed after alignment and are not yet cut; Pressing means for pressing the wafer probe pin module in a contact direction, heating / cooling means for heating / cooling the semiconductor IC wafer to a predetermined temperature, and a semiconductor IC wafer and a wafer probe pin module Detecting means for detecting a difference in the amount of thermal expansion in the direction of mutual alignment with the wafer and the wafer so as to eliminate the difference in the amount of thermal expansion based on the output of the detecting means.
This is a single-wafer type semiconductor IC wafer direct current temperature test apparatus including direct heating / cooling control means for heating / cooling control of the prober pin module.

【0005】請求項の発明は、上記半導体ICウエハ
とウエハ・プローブ・ピン・モジュールの双方の上記相
互位置合わせ方向の一端を固定端として同じ基準面に押
し当てる押当て手段を備え、上記検出手段が、上記固定
端と反対側の自由端において上記半導体ICウエハとウ
エハ・プローブ・ピン・モジュールのそれぞれの位置変
化を検出する位置検出手段と、各位置検出手段の出力の
差を検出する差検出手段とを備え、上記ウエハ・プロー
バ・ピン・モジュールを加熱/冷却制御する直接加熱/
冷却制御手段が上記差検出手段の出力により負帰還制御
する制御ループを具備する請求項に記載の枚葉式の半
導体ICウエハ直接通電温度試験装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressing means for pressing the one end of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module in the mutual alignment direction as a fixed end against the same reference plane, Means for detecting a change in the position of each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module at a free end opposite to the fixed end; and a difference for detecting a difference between outputs of the position detection means. Direct heating / cooling control for heating / cooling the wafer prober pin module, comprising:
2. A single-wafer semiconductor IC wafer direct current temperature test apparatus according to claim 1 , wherein the cooling control means includes a control loop for performing negative feedback control based on the output of the difference detection means.

【0006】請求項の発明は、上記半導体ICウエハ
とウエハ・プローブ・ピン・モジュールのそれぞれの位
置変化を検出する位置検出手段が、上記半導体ICウエ
ハとウエハ・プローブ・ピン・モジュールのそれぞれの
上記自由端に接続された同一材質のピストンを具備し、
上記差検出手段が、基準端と測定入力端をと有する差動
トランスで構成され、上記ピストンの一方を上記差検出
手段の基準端に接続し、他方のピストンを上記差検出手
段の測定入力端に接続することを特徴とする請求項2に
記載の試験装置である。
According to a third aspect of the present invention, a position detecting means for detecting a change in the position of each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module is provided for each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module. Comprising a piston of the same material connected to the free end,
The difference detection means is constituted by a differential transformer having a reference end and a measurement input end, one of the pistons is connected to a reference end of the difference detection means, and the other piston is connected to a measurement input end of the difference detection means. 3. The method according to claim 2, wherein
It is a test device of the description .

【0007】請求項の発明は、上記各ピストンと上記
差検出手段の基準端および測定入力端との間に、てこに
よる変位増幅機構を介在させたことを特徴とする請求項
に記載の試験装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, a displacement amplification mechanism using a lever is interposed between each of the pistons and a reference end and a measurement input end of the difference detecting means.
3. The test apparatus according to item 3 .

【0008】[0008]

【作用】被検査ウエハを検査温度に設定し、ウエハ・プ
ローブ・ピン・モジュールの熱膨脹量がウエハのそれと
同じになるように個別に温度制御する。如何なる設定温
度でもウエハと材質の異なるプローブ・ピン・モジュー
ルの位置ずれをなくすことができ、作業能率がよく信頼
性の高い高温通電放置試験を、低コストで構成でき、ま
た低ランニング・コストで稼動することができる。特に
チップサイズ封止半導体ICの生産コスト低減と信頼性
向上に大きな改善を見込める。
The wafer to be inspected is set at the inspection temperature, and the temperature is individually controlled so that the thermal expansion of the wafer probe pin module becomes the same as that of the wafer. Eliminates misalignment of probe pins and modules made of different materials from wafers at any set temperature, enables highly efficient and reliable high-temperature energization test at low cost, and operates at low running cost can do. In particular, significant improvements can be expected in reducing the production cost and improving the reliability of the chip size sealed semiconductor IC.

【0009】[0009]

【実施例】以下、添付図に従って一実施例を説明する。
バンプ又はボンド・パッド1aを有する被検査ウエハ1
と、被検査ウエハに通電する為にスプリングの利いたプ
ローブピン2aを搭載したウエハ・ダイレクト・コンタ
クト用、プローブ・ピン・モジュール2とを、アライナ
17を使い位置合わせし、それらを例えばエアーチャッ
クで一時的に保持し、位置合わせ後エアーチャックと共
にクランプ4aで仮止めする。この位置合わせ可能な機
構と仮止め機構を有するチャックホールダ4を被検査対
象ウエハの種類毎に又必要処理量に応じて準備する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Inspection wafer 1 having bump or bond pad 1a
And the probe pin module 2 for wafer direct contact mounted with a spring-loaded probe pin 2a for energizing the wafer to be inspected, are aligned using the aligner 17, and are aligned with, for example, an air chuck. It is temporarily held, and after positioning, it is temporarily fixed together with the air chuck by the clamp 4a. A chuck holder 4 having a mechanism capable of positioning and a temporary fixing mechanism is prepared for each type of wafer to be inspected and according to a required processing amount.

【0010】通電放置試験用のチャンバー6は、図4に
も示すように検査ウエハの試験温度設定用の加熱ブロッ
ク3a及びプローブ・ピン・モジュール用の加熱ブロッ
ク3bと、これらの加熱ブロックを個別に温度制御でき
る温度制御機11a、11b(加熱/冷却手段)と、被
検査ウエハ1とプローブ・ピン・モジュール2の全ての
プローブピン2aとを確実に接触させる為のプレス7
(加圧手段)を備える。外部から被検査ウエハ1へプロ
ーブ・ピン・モジュール2を経て必要な電源・信号を電
源・信号源8から供給して試験を実施出来るようにす
る。
As shown in FIG. 4, a heating block 3a for setting a test temperature of an inspection wafer and a heating block 3b for a probe pin module, and a heating block 3b for the probe pin module are separately provided as shown in FIG. Temperature controllers 11a and 11b (heating / cooling means) capable of controlling the temperature, and a press 7 for surely bringing the wafer 1 to be inspected into contact with all the probe pins 2a of the probe pin module 2.
(Pressurizing means). A necessary power supply / signal is supplied from the power supply / signal source 8 to the wafer 1 to be inspected from the outside via the probe pin module 2 so that the test can be performed.

【0011】チャックホールダ4には被検査ウエハ1と
プローブ・ピン・モジュール2の温度膨張による寸法・
位置変化量を検出するのに必要な、被検査ウエハ1とプ
ローブ・ピン・モジュール2との夫々の一方を固定する
ストッパーゲージ12を設け、夫々のもう一方の自由端
には検出接触端13をスプリングで接触出来るようにし
ておく。さらに図5に示すように、検出接触端13に続
く検出ピストン14とこれらによる寸法・位置誤差検出
量を電気量に変換する作動トランス等の位置検出器15
を設け、それら電気的変換された寸法・位置誤差検出量
の差を検出増幅する寸法誤差検出増幅回路9の出力を使
ってプローブ・ピン・モジュール用加熱ブロック3bの
温度制御をできる様にしておく。寸法・位置誤差検出量
は必要に応じて梃子の応用による機械的増幅機構16を
用いさらに高い精度であらゆる温度環境下での試験を可
能にする。
The dimensions of the chuck holder 4 due to the temperature expansion of the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2
A stopper gauge 12 for fixing one of the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 necessary for detecting the amount of positional change is provided, and a detection contact end 13 is provided at the other free end. Make contact with spring. Further, as shown in FIG. 5, a detection piston 14 following the detection contact end 13 and a position detector 15 such as an operation transformer for converting a size / position error detection amount by these into an electric quantity.
So that the temperature of the probe pin module heating block 3b can be controlled using the output of the dimensional error detection amplifier circuit 9 for detecting and amplifying the difference between the electrically converted dimensional and positional error detection amounts. . The dimension / position error detection amount enables a test under any temperature environment with higher accuracy using a mechanical amplification mechanism 16 by leverage as required.

【0012】図1にて、本発明の主旨を説明する。ま
ず、被検査ウエハ1のバンプ又はボンドパッド1aのパ
ターンに合わせたプローブピン2aを配列したウエハプ
ローバ2をアライナ17使い位置合わせし、図1
(A)の様に互いに被検査ウエハ1と、ウエハプローバ
2のプローブピン2aとを接触させ、その状態で、図1
(B)の様にチャックホールダ4に付属したクランプ4
aで仮止めし、その後バーンインチェンバー6内にチャ
ックホルダー4を入れ加熱/冷却通電放置試験ができる
ようにする。このチャックホルダを用いたバーンイン試
験装置の例は、松下通信工業、東京エレクトロン等に有
り、日経マイクロデバイス、1999年2月号等にその
報告が見られる。
Referring to FIG. 1, the gist of the present invention will be described. First, the wafer prober 2 having the probe pins 2a arranged in accordance with the pattern of the bumps or bond pads 1a of the wafer 1 to be inspected is aligned using the aligner 17 as shown in FIG.
1A, the wafer 1 to be inspected and the probe pins 2a of the wafer prober 2 are brought into contact with each other.
(B) clamp was attached to the chuck holder 4 as of 4
Then, the chuck holder 4 is placed in the burn-in chamber 6 so that a heating / cooling energization leaving test can be performed. Examples of burn-in test equipment using this chuck holder are found in Matsushita Communication Industrial, Tokyo Electron, and the like, and reports can be found in Nikkei Micro Devices, February 1999, etc.

【0013】チェンバー6内では、チャックホールダ4
で仮止めされたままの被検査ウエハ1とプローブピンモ
ジュール2とを上下から加熱ブロック3a、3bで挟み
込み、さらにその上から、全てのプローブピン2aが完
全に被試験ウエハに接触するよう、プレス7で押し付け
る。全てのプローブピン2aと被検査ウエハ1のバンプ
又はボンドパッド1aが接触した後、電源・信号源8か
ら必要電源及び信号を印加し加熱/冷却通電放置試験を
行えるようにする。
In the chamber 6, the chuck holder 4 is provided.
The wafer to be inspected 1 and the probe pin module 2 which are temporarily fixed are sandwiched between the heating blocks 3a and 3b from above and below, and further pressed from above so that all the probe pins 2a are completely in contact with the wafer to be tested. Press with 7. After all the probe pins 2a have come into contact with the bumps or bond pads 1a of the wafer 1 to be inspected, necessary power and signals are applied from the power / signal source 8 so that a heating / cooling energization test can be performed.

【0014】図2にて、本発明に基づく、作業手順を説
明する。まず、被検査ウエハ1と、プローブピンモジュ
ール2を、アライナ17にセットし、被検査ウエハ1の
バンプ又はボンドパッド5にプローバピン2aを正確に
位置合わせした後、チャックホールダ4を使い、接触さ
せ被検査ウエハ1とウエハプローバ2共々仮止め迄す
る。アライナにて位置合わせする方法としては良く知ら
れているようにプローブピンモジュールに設けた位置合
わせ用の小穴を通し、レンズで下の被検査ウエハを狙い
位置を合わせ込む。
Referring to FIG. 2, an operation procedure according to the present invention will be described. First, the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 are set on the aligner 17, and the prober pins 2a are accurately aligned with the bumps or bond pads 5 of the wafer 1 to be inspected. The inspection wafer 1 and the wafer prober 2 are both temporarily fixed. As is well known as a method of aligning with the aligner, a small hole for alignment provided in the probe pin module is passed, and the target position of the wafer to be inspected below is adjusted with the lens.

【0015】その後アライナ17からウエハ1とプロー
ブピンモジュール2共々をクランプ4aで仮止めしたチ
ャックホールダ4を取り出し、ウエハ1とプローブピン
モジュール2を、チャックホールダ4共々チャンバー6
内の加熱ブロック3に乗せ、チャンバー6に装備してい
るプレス7で、ウエハ側加熱ブロック3a共々適正圧に
なるまでプローバピン2aをウエハ1に押し付けると共
に上下から加熱ブロック3a、3bで加熱し所定の温度
にしながら必要電源・信号を電源・信号源8から通電供
給し、加熱通電放置作業をする。
Thereafter, the chuck holder 4 in which the wafer 1 and the probe pin module 2 are temporarily fixed by the clamp 4a is taken out from the aligner 17, and the wafer 1 and the probe pin module 2 are removed from the chamber 6 together with the chuck holder 4.
The prober pin 2a is pressed against the wafer 1 by a press 7 provided in the chamber 6 until both the wafer-side heating blocks 3a are at an appropriate pressure, and is heated from above and below by the heating blocks 3a and 3b. The required power and signal are supplied from the power and signal source 8 while maintaining the temperature, and the heating and energizing operation is performed.

【0016】この場合必要に応じて、加熱ブロックを複
数スプリング又は椀形ローラーで支えて、さらに平面性
を持たせる事、さらにはチャンバー6を密閉し経済的な
窒素ガス雰囲気での試験も可能になる。
In this case, if necessary, the heating block can be supported by a plurality of springs or bowl-shaped rollers to make it even more planar, and the chamber 6 can be closed and an economic test in a nitrogen gas atmosphere can be performed. Become.

【0017】加熱通電放置試験が終われば、チャンバー
6から、被検査ウエハ1と、プローブピンモジュール2
をチャックホールダ4共々、取り出し、ウエハ1とプロ
ーブピンモジュール2をチャックホールダ4から取り外
す。検査を終えたウエハは、次工程へ、一方プローブピ
ンモジュール2とチャックホールダ4は元に戻し、新し
いウエハをセッティングし次の通電放置試験の準備をす
る。
When the heating and energization standing test is completed, the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2
The wafer 1 and the probe pin module 2 are removed from the chuck holder 4 together with the chuck holder 4. After the inspection, the wafer is returned to the next step. On the other hand, the probe pin module 2 and the chuck holder 4 are returned to the original state, a new wafer is set, and the next energization test is prepared.

【0018】以上述べた加熱通電放置試験を実行する
と、当然、室温での被検査ウエハ1と、プローブピンモ
ジュール2との位置合わせによるウエハ1とプローバピ
ン2aとの接触は被検査ウエハ1の温度変化と共にずれ
て行く。特に被検査ウエハ1と、プローブピンモジュー
ル2との温度膨張係数が異なる場合そのずれは顕著に現
れる。このずれを補正する機構を図4に示す如くチャッ
クホールダ4に持たせる。
When the above-described heating and energization standing test is performed, the contact between the wafer 1 and the prober pins 2a due to the alignment between the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 at room temperature naturally changes the temperature of the wafer 1 to be inspected. Go with it. In particular, when the temperature expansion coefficient of the wafer 1 to be inspected is different from that of the probe pin module 2, the difference is remarkable. A mechanism for correcting this displacement is provided in the chuck holder 4 as shown in FIG.

【0019】図3に上記の温度によるずれを補正する概
念を示す。2種類の基盤あるいはウエハ1を夫々独自の
温度制御機11aで加熱して行き、まず基準となる方の
基盤あるいは、ウエハ1aを、所定の目的温度にする。
次に温度変化に伴うその膨張による変化分を寸法位置誤
差検出器10で検出し、もう一方の追従させるべき基盤
あるいは、ウエハ1bの同様にして検出された、寸法位
置変化分との差を寸法誤差検出増幅器9で信号処理し、
その出力で、追従させるべき基盤あるいは、ウエハ1b
への温度制御機11bを作動させ、追従させるべき基盤
あるいは、ウエハ1bの寸法変化分が、1aのそれと同
じになるまで負帰還制御で基盤あるいは、ウエハ1bを
温度制御機11bで加熱、冷却する。
FIG. 3 shows the concept of correcting the above-mentioned shift due to temperature. The two types of substrates or wafers 1 are heated by their own temperature controllers 11a, respectively, and the reference substrate or wafer 1a is first brought to a predetermined target temperature.
Next, the change due to the expansion due to the temperature change is detected by the dimensional position error detector 10, and the difference between the dimensional position change detected in the same manner on the other substrate to be followed or the wafer 1 b is determined. The signal is processed by the error detection amplifier 9,
With the output, the substrate to be followed or the wafer 1b
The substrate or wafer 1b is heated and cooled by the temperature controller 11b by negative feedback control until the substrate to be followed or the dimensional change of the wafer 1b becomes the same as that of 1a. .

【0020】図4に上記考えを前述の加熱通電放置試験
装置に適用させた温度膨張補正方法の概念を示す。チャ
ックホールダ4に上下向かい合うようにセットした、被
検査ウエハ1とプローブピンモジュール2との上下か
ら、被検査ウエハ用加熱ブロック3aと、対応するプロ
ーブピンモジュール用加熱ブロック3bを当て、チャッ
クホールダ4を通して直接被検査ウエハ1とプローブピ
ンモジュール2とを加熱する。
FIG. 4 shows the concept of a temperature expansion correction method in which the above idea is applied to the above-described heating and energization test apparatus. The heating block 3a for the wafer to be inspected and the corresponding heating block 3b for the probe pin module are applied from above and below the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 set so as to face the chuck holder 4 vertically. The wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 are directly heated.

【0021】被検査ウエハ1とプローブピンモジュール
2とをチャックホールダ4の上下向かい合うようにセッ
トするとき、チャックホールダに付属させた、ストッパ
ーゲージ12に夫々の一端を密着させ、位置合わせ後さ
らにもう一方の端の寸法・位置を測定すると同時に寸法
差検出増幅回路9でそれらの差の検出増幅をする。なお
ストッパゲージ12は変位測定方向(X軸)にウエハ1
とプローブピンモジュール2の一端を固定するものであ
るが、Y軸方向にも同様なストッパゲージをもうけてウ
エハ1とプローブピンモジュール2のY軸方向の一端を
固定し、Y軸方向の温度膨張量補正をX軸方向と同じに
ようにする事で、精度の向上を図れる。
When the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 are set so as to face up and down the chuck holder 4, one end of each of them is brought into close contact with a stopper gauge 12 attached to the chuck holder, and the other end after alignment. The dimension difference detection amplifier circuit 9 detects and amplifies those differences at the same time as measuring the dimensions and positions of the ends. Note that the stopper gauge 12 moves the wafer 1 in the displacement measurement direction (X-axis).
And one end of the probe pin module 2 is fixed, but a similar stopper gauge is also provided in the Y-axis direction to fix one end of the wafer 1 and the probe pin module 2 in the Y-axis direction, thereby allowing temperature expansion in the Y-axis direction. By making the amount correction the same as in the X-axis direction, accuracy can be improved.

【0022】この状態でまず、ウエハ用加熱ブロック3
aで基準となる被検査ウエハ1を加熱し所定の温度例え
ば125℃にして行くと、被検査ウエハ1とプローブピ
ンモジュール2とにお互いの熱膨張及び温度の違いで、
寸法・位置に差が発生する。そこで寸法差検出増幅回路
9により検出増幅された、被検査ウエハ1とプローブピ
ンモジュール2との寸法・位置差出力をそれらの寸法・
位置差をゼロにするようプローブピンモジュール用加熱
ブロック3bの温度制御機5に負帰還制御する。
In this state, first, the wafer heating block 3
When the wafer 1 to be inspected as a reference is heated to a predetermined temperature, for example, 125 ° C., a difference between the thermal expansion and the temperature of the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 occurs.
Differences in dimensions and positions occur. Therefore, the size / position difference output between the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 detected and amplified by the size difference detection / amplification circuit 9 is converted to the size / position
Negative feedback control is performed on the temperature controller 5 of the probe pin module heating block 3b so that the position difference becomes zero.

【0023】図5にチャックホールダ4とチャンバー6
へのセッティング、寸法・位置差検出増幅の具体例を示
す。被検査ウエハ1とプローブピンモジュール2とをチ
ャックホールダ4の上下向かい合うようにセットすると
き、チャックホールダに付属させた、ストッパーゲージ
(上)12aに被検査ウエハ1を、またストッパーゲー
ジ(下)12bにプローブピンモジュール2を夫々の一
端を密着させ、お互いに位置合わせ後、仮止めした状態
でセッティングしたものをチャンバー6に入れプレス7
で押し付けた後、さらにもう一方の端夫々に接触検出端
13をスプリングの付いたピストン14でストッパーゲ
ージ12の方向に押し付けるように取り付ける。この2
本のピストン14は被検査ウエハ1とプローブピンモジ
ュール2との寸法・位置出力をチャンバーの外に引き出
し、安定した環境で、寸法・位置差検出及びその信号増
幅を行い、次いでこの増幅された出力信号を差動トラン
ス等位置信号変換器15で得た電気信号で、プローブ
ピンモジュール用加熱ブロック3bを負帰還制御し、被
検査ウエハ1とプローブピンモジュール2との寸法・位
置差をゼロにする。ここでは可変抵抗器、差動トランス
等に依る位置信号変換器15本体(基準端)を直接ピス
トン14の本体に、もう一方のピストン出力を差動トラ
ンス等位置信号変換器15の位置入力端に取り付け機械
的差動信号を得る方法と、ピストン出力の一方を支点、
他方を力点とした梃子を有する機械的増幅機構16を利
用し、増幅された差検出出力から差動トランス等位置信
号変換器15’で電気信号に変える方法とを同時に示し
ており、系の要求精度によりどちらかの信号を選べるよ
うにしている。なお機械的増幅機構16は、位置信号変
換器15’の本体(基準端)とウエハ1の側のピストン
14との間にも設けられる。
FIG. 5 shows the chuck holder 4 and the chamber 6.
The following shows specific examples of setting and amplification of the size / position difference detection. When the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 are set so as to face up and down the chuck holder 4, the wafer 1 to be inspected is attached to the stopper gauge (upper) 12a and the stopper gauge (lower) 12b attached to the chuck holder. One end of each probe pin module 2 is brought into close contact with each other, and after being aligned with each other, the provisionally fixed state is set in the chamber 6 and pressed.
After that, the contact detecting end 13 is attached to the other ends of the piston 14 with the spring 14 in the direction of the stopper gauge 12. This 2
The piston 14 pulls out the size / position output of the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 out of the chamber, detects the size / position difference and amplifies the signal in a stable environment, and then outputs the amplified output. The signal is subjected to negative feedback control of the probe pin module heating block 3b with an electric signal obtained by the position signal converter 15 such as a differential transformer, and the dimension / position difference between the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 is reduced to zero. I do. Here, a position signal converter 15 (reference end) using a variable resistor, a differential transformer or the like is directly connected to the main body of the piston 14, and the other piston output is connected to a position input terminal of the differential transformer equal position signal converter 15. How to get the mechanical differential signal attached, one of the piston output fulcrum,
A method of using a mechanical amplifying mechanism 16 having a lever with the other as a power point and converting an amplified difference detection output into an electric signal by a differential transformer equipositional signal converter 15 'is also shown. Either signal can be selected depending on the accuracy. Note that the mechanical amplification mechanism 16 is also provided between the main body (reference end) of the position signal converter 15 ′ and the piston 14 on the wafer 1 side.

【0024】図6に寸法・位置差検出と負帰還制御の電
気回路の具体例を示す。励起電源18により駆動される
ブリッジ回路19の差動出力を、一方は加熱前の初期の
ゼロ点補正用可変抵抗20を又、もう一方を前述の差動
トランス15を介して取り出し、夫々の出力を差動アン
プ21で増幅し、プローブピンモジュール用加熱ブロッ
ク3bへの負帰還制御に供する。
FIG. 6 shows a specific example of an electric circuit for detecting the size / position difference and performing negative feedback control. The differential output of the bridge circuit 19 which is driven by the excitation power source 18, one of the initial zero-point correction variable resistor 20 before heating also the other taken out through a differential transformer 15 described above, the respective output Is amplified by the differential amplifier 21 and used for negative feedback control to the probe pin module heating block 3b.

【0025】なお上述の実施例において、低温試験をす
る場合には加熱ブロック3a、3bは、ウエハ1および
プローブピンモジュール2を冷却する冷却ブロックであ
ってよい。またウエハ1用の加熱ブロック1aの代わり
にチェンバー内雰囲気の温度制御を行う雰囲気温度制御
系を用いることができる。この場合でもプローブピンモ
ジュール2の温度制御は、実施例と同様に雰囲気温度制
御系と独立した加熱ブロック3bのような直接過熱/冷
却温度制御装置を用い、チェンバー雰囲気とは別にプロ
ーブピンモジュール2の温度制御を行う。
In the above embodiment, when performing a low-temperature test, the heating blocks 3a and 3b may be cooling blocks for cooling the wafer 1 and the probe pin module 2. Further, instead of the heating block 1a for the wafer 1, an atmosphere temperature control system for controlling the temperature of the atmosphere in the chamber can be used. Also in this case, the temperature control of the probe pin module 2 is performed by using a direct overheating / cooling temperature control device such as a heating block 3b independent of the atmosphere temperature control system as in the embodiment, and the probe pin module 2 is controlled separately from the chamber atmosphere. Perform temperature control.

【0026】また上述の実施例では、被検査ウエハ1と
プローブピンモジュール2との温度変化による寸法・位
置差をゼロにするようプローブピンモジュール用加熱ブ
ロック3bの温度制御機5に負帰還制御する構成である
が、温度に対応してウエハ1およびプローブピンモジュ
ール2の各々の熱膨張量を予め測定しておき、ウエハに
対する試験温度の設定を行ったときに夫々の熱膨張量が
等しくなるようにプローブピンモジュール2の加熱ブロ
ック3bに対して制御温度データを供給し、加熱ブロッ
ク3bではこの制御温度を目標とする温度制御加熱を行
うようにしてもよい。この場合には、ウエハ1とプロー
ブピンモジュール2との温度変化による寸法・位置差を
検出して差をゼロとするような負帰還制御ループは必要
ない。
Further, in the above-described embodiment, negative feedback control is performed to the temperature controller 5 of the probe pin module heating block 3b so that the size and position difference due to the temperature change between the wafer 1 to be inspected and the probe pin module 2 becomes zero. The configuration is such that the thermal expansion amount of each of the wafer 1 and the probe pin module 2 is measured in advance in accordance with the temperature, and when the test temperature is set for the wafer, the respective thermal expansion amounts become equal. The control temperature data may be supplied to the heating block 3b of the probe pin module 2, and the heating block 3b may perform the temperature controlled heating targeting the control temperature. In this case, there is no need for a negative feedback control loop that detects a size / position difference due to a temperature change between the wafer 1 and the probe pin module 2 and makes the difference zero.

【0027】[0027]

【発明の効果】請求項1の発明によると、ウエハとプロ
ーブピンモジュールの熱膨張量の差を検出して膨張量の
差がなくなるようにプローブピンモジュールの温度をウ
エハとは独立して制御したから、通電加熱試験に付きま
とう、温度変化による被検査ウエハとプローブピンモジ
ュールとの位置合わせで生じる接触不良問題が完全に
消され、極めて信頼の高いウエハ通電温度試験を行うこ
とができる。そして、簡便な、安定した信頼性ある通電
加熱試験が可能になり、大幅なコスト低減が見込める。
また、装置も小型簡便になり、ウエハの種類ごとに複数
のプローブピンモジュールとチャックホールダを準備す
れば、多品種少量生産であっても高精度で効率よい通電
放置試験が可能になり、数々の素子の信頼性試験が手軽
に行えるようになる。
According to the first aspect of the present invention, the wafer and the professional
Detects the difference in thermal expansion of
Raise the temperature of the probe pin module so that the difference disappears.
Since it is controlled independently of EHA, the problem of poor contact caused by the alignment between the wafer to be inspected and the probe pin module due to the temperature change, which accompanies the electric heating test, is completely eliminated, and the reliability is extremely high. Conduct wafer temperature test
Can be. In addition , a simple, stable and reliable electric heating test can be performed, and a significant cost reduction can be expected.
In addition, the equipment becomes smaller and simpler, and if multiple probe pin modules and chuck holders are prepared for each type of wafer, high-precision and efficient energization tests can be performed even in small-scale production of many types. The reliability test of the device can be easily performed.

【0028】請求項の発明によると、ウエハとプロー
ブピンモジュールとの熱膨張量の差をウエハとプローブ
ピンモジュールの各端の位置変位として検出し、位置変
位の差がなくなるようにプローブピンモジュールの温度
制御をウエハと独立して負帰還制御で行っているので、
温度変化による被検査ウエハとプローブピンモジュール
との位置合わせずれが全く生じなように、個別温度制御
を行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, the difference in the amount of thermal expansion between the wafer and the probe pin module is detected as the positional displacement of each end of the wafer and the probe pin module. Temperature control is performed by negative feedback control independently of the wafer.
Individual temperature control can be performed so that a positional shift between the wafer to be inspected and the probe pin module due to a temperature change does not occur at all.

【0029】請求項の発明によると、変位検出ピスト
ンに結合した差動トランスを差検出手段として使用して
いるので、簡単な構成で、高精度の検出、制御ができ
る。
According to the third aspect of the present invention, since the differential transformer coupled to the displacement detecting piston is used as the difference detecting means, highly accurate detection and control can be performed with a simple configuration.

【0030】請求項の発明によると、てこによる変位
増幅機構を利用しているので、高精度の熱膨張量検出お
よび位置ずれキャンセルの制御ができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the displacement amplifying mechanism using the lever is utilized, it is possible to control the thermal expansion amount detection and the positional deviation cancellation with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】FIG.

【A】本発明による、加熱通電放置試験実施状況断面
図。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state in which a heating and energization test is performed according to the present invention.

【図1】FIG.

【B】本発明による、加熱通電放置試験概念斜視図。FIG. 2B is a conceptual perspective view of a heating and energization standing test according to the present invention.

【図2】本方式による加熱通電放置試験の手順を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a procedure of a heating and energization standing test according to the present method.

【図3】温度膨張の補正概念を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a concept of correcting temperature expansion.

【図4】被検査ウエハとプローブピンモジュールの温度
膨張補正方法を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a method for correcting a temperature expansion of a wafer to be inspected and a probe pin module.

【図5】寸法・位置検出の具体例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a specific example of size / position detection.

【図6】ブリッジを使った温度負帰還制御の例を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing an example of temperature negative feedback control using a bridge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被試験ウエハ 1a バンプ又はボンド・パッド 2 ウエハ・プローブ・ピン・モジュール 2a プローブ・ピン 3 加熱ブロック 3a ウエハ側加熱ブロック 3b プローブ・ピン・モジュール側加熱ブロック 4 チャック・ホールダ 4a クランプ 5 温度制御機 6 チャンバー 7 プレス 8 電源・信号源 9 寸法差検出増幅回路 10 寸法・位置誤差検出 11 温度制御機 12 ストッパーゲージ 12a ストッパーゲージ(上) 12b ストッパーゲージ(下) 13 検出接触端 14 検出ピストン 15 差動トランス等位置信号変換器 16 てこを利用した変位増幅機構 17 アライナ 18 励起電源 19 ブリッジ回路 20 ゼロ点調整用可変抵抗器 21 差動アンプ Reference Signs List 1 wafer under test 1a bump or bond pad 2 wafer probe pin module 2a probe pin 3 heating block 3a wafer side heating block 3b probe pin module side heating block 4 chuck holder 4a clamp 5 temperature controller 6 Chamber 7 Press 8 Power supply / signal source 9 Dimension difference detection amplifier circuit 10 Dimension / position error detection 11 Temperature controller 12 Stopper gauge 12a Stopper gauge (upper) 12b Stopper gauge (lower) 13 Detecting contact end 14 Detecting piston 15 Differential transformer Equiposition signal converter 16 Displacement amplification mechanism using lever 17 Aligner 18 Excitation power supply 19 Bridge circuit 20 Variable resistor for zero adjustment 21 Differential amplifier

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 相互位置合わせ後、仮止めした、切断前
の半導体ICウエハとウエハ・プローブ・ピン・モジュ
ールとを受容するチャンバーと、半導体ICウエハとウ
エハ・プローブ・ピン・モジュールとを接触方向に加圧
する加圧手段と、上記半導体ICウエハを所定温度に加
熱/冷却制御する加熱/冷却手段と、上記半導体ICウ
エハとウエハ・プローブ・ピン・モジュールとの相互位
置合わせ方向の熱膨張量の差を検出する検出手段と、上
記検出手段の出力に基づいて上記熱膨張量の差がなくな
るように上記ウエハ・プローバ・ピン・モジュールを加
熱/冷却制御する直接加熱/冷却制御手段とを具備す
葉式の半導体ICウエハ直接通電温度試験装置。
1. A chamber for receiving a pre-cut semiconductor IC wafer and a wafer probe pin module temporarily fixed after mutual alignment, and a contact direction between the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module. Pressure means for pressurizing the semiconductor IC wafer, heating / cooling means for controlling heating / cooling of the semiconductor IC wafer to a predetermined temperature, and a thermal expansion amount in a direction of mutual alignment between the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module. Detecting means for detecting the difference; and direct heating / cooling control means for controlling heating / cooling of the wafer prober pin module based on the output of the detecting means so as to eliminate the difference in the amount of thermal expansion. To
Single wafer type semiconductor IC wafer direct current temperature tester.
【請求項2】 上記半導体ICウエハとウエハ・プロー
ブ・ピン・モジュールの双方の上記相互位置合わせ方向
の一端を固定端として夫々の基準面に押し当てる押当て
手段を備え、上記検出手段が、上記固定端と反対側の自
由端において上記半導体ICウエハとウエハ・プローブ
・ピン・モジュールのそれぞれの位置変化を検出する位
置検出手段と、各位置検出手段の出力の差を検出する差
検出手段とを備え、上記ウエハ・プローバ・ピン・モジ
ュールを加熱/冷却制御する直接加熱/冷却制御手段が
上記差検出手段の出力により負帰還制御する制御ループ
を具備する請求項に記載の枚葉式の半導体ICウエハ
直接通電温度試験装置。
2. A pressing means for pressing one end of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module in the mutual alignment direction as a fixed end against respective reference planes, and wherein the detecting means comprises: Position detecting means for detecting a change in the position of each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module at a free end opposite to the fixed end, and difference detecting means for detecting a difference between outputs of the position detecting means. 2. The single-wafer semiconductor according to claim 1 , wherein said direct heating / cooling control means for heating / cooling control of said wafer prober pin module has a control loop for performing negative feedback control based on an output of said difference detecting means. IC wafer direct current temperature tester.
【請求項3】 上記半導体ICウエハとウエハ・プロー
ブ・ピン・モジュールのそれぞれの位置変化を検出する
位置検出手段が、上記半導体ICウエハとウエハ・プロ
ーブ・ピン・モジュールのそれぞれの上記自由端に接続
された同一材質のピストンを具備し、上記差検出手段
が、基準端と測定入力端をと有する差動トランスで構成
され、上記ピストンの一方を上記差検出手段の基準端に
接続し、他方のピストンを上記差検出手段の測定入力端
に接続することを特徴とする請求項2に記載の試験装
置。
3. A position detecting means for detecting a change in the position of each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module is connected to the free end of each of the semiconductor IC wafer and the wafer probe pin module. A differential transformer having a reference end and a measurement input end, one of the pistons being connected to the reference end of the difference detection means, and the other being 3. The test device according to claim 2, wherein a piston is connected to a measurement input terminal of the difference detecting means.
【請求項4】 上記各ピストンと上記差検出手段の基準
端および測定入力端との間に、てこによる変位増幅機構
を介在させたことを特徴とする請求項に記載の試験装
置。
4. The test apparatus according to claim 3 , wherein a displacement amplification mechanism using a lever is interposed between each of the pistons and a reference end and a measurement input end of the difference detection means.
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