JP3363037B2 - 検査装置 - 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、例えば、メモリ、
ＣＰＵなどの半導体素子の電気特性評価を行う検査装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の検査装置の一例として、半導体素
子の電気特性評価を行うプローブを備えたプローブ検査
装置に関する以下の公知技術がある。 特開平４−２９７８７９号公報 この公知技術は、配線手段を形成したフレキシブル配線
基板とともにプローブを挟むようにフィルムを配置し、
このフィルムにプローブが挿入されるガイド部分を設け
る。そして、これらフレキシブル配線基板・プローブ・
フィルムの積層構造体を、クランピングプレートにより
プローブ取付体の下面に対して押し付けることにより、
組み立ての簡素化及び信号伝達特性の向上を図るもので
ある。 特開平５−１５７７９０号公報 この公知技術は、プローブ下方に配置された透明ガラス
平板を介し下方から画像認識することにより、プローブ
カードの測定針の高さばらつき、接触抵抗及び針先座標
パターンを迅速かつ高精度に行うものである。 特開平７−３７９４６号公報 この公知技術は、第１の画像入力手段でプローブカード
上の針位置合わせ用のマークを認識し、第２の画像入力
手段でウエハのチップ基準マークを認識することによ
り、プローブカードの針とウエハ上に形成されたチップ
上のパッド位置を自動的に位置合わせすることを可能と
するものである。 特開平７−１１０３６４号公報 この公知技術は、ウエハを載置する載置台にカメラを取
り付け、載置台を駆動してカメラでプローブカードの測
定針を下から捕らえることにより、測定針と被測定体と
を容易に位置合わせ可能とするものである。 特開平７−２９７２４１号公報 この公知技術は、Ｘ，Ｙステージ上に第１撮像手段と進
退自在なターゲットを設け、プローブカードとウエハ載
置台との間に第２撮像手段を設けることにより、プロー
ブ装置のプローブと被検査体の電極パッドとを正確に接
触させて高精度な電気的測定を行うものである。 特開平８−３７２１１号公報 この公知技術は、プローブ下方に配置されたウエハステ
ージの小窓より下方からカメラで撮影して画像認識する
ことにより、プローブ針の位置合わせの精度向上及び作
業効率の向上を図り、かつプローブカードの変形・劣化
の検知を行うものである。 【０００３】しかしながら、上記公知技術〜は、い
ずれもプローブに備えられた接触針によって測定を行う
ものであることから接触針の空間的な配置に限界があ
り、近年の半導体素子の高密度化及び総数の増大による
一括処理の要請に対応できなくなっている。またプロー
ブの製造にあたっては接触針を１本１本手作業で配置す
る必要があることから、コストダウンを困難とする要因
となっている。 【０００４】そこで、このような要請に応じる形で、近
年、いわゆる薄膜プローブといわれるものが提唱されて
いる。これに関する公知技術としては、例えば、以下の
ものがある。 特開平５−２４３３４４号公報 この公知技術の薄膜プローブシステムは、円盤状配線基
板の中央に接触端子を配列したフィルムを取り付け、こ
のフィルムを加圧して接触をとる構成である。このと
き、フィルムは４角、あるいは円形状であり、フィルム
周囲には電極が配列されている。この電極は配線基板上
の電極と向かい合わせた後、押さえ板の加圧によって接
触、電気的接続がとられる。接触端子を有するフィルム
中央部は加圧部材に張り付けられており、この加圧部材
は自己レベリングピボットを介して上部加圧部材に連結
される。上部加圧部材は円盤にスプリングで支持されて
いる。上部加圧部材から下部加圧部材への圧力伝達はピ
ボットを介する。なお、これと同タイプのプローブは、
特開平７−２８３２８０号公報にも開示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術の薄膜プローブにおいては、新たに、以下の課
題が生じる。すなわち一般に、プローブ検査装置におい
ては、まず検査前に接触端子先端と被測定体の電極との
微動位置合わせ作業を行った後、上部加圧部材を押圧し
て接触端子と電極との電気的接続を確保して検査を開始
する。この位置合わせ作業は、接触端子先端と被検査体
上の多数の微細バンプ（電極）との位置ずれが生じない
ように、高精度にかつ短時間に行われることが望まし
い。ここで、公知技術〜のような接触針を備えたプ
ローブにおいては、その構造上、プローブの上方から直
接観察しながら接触端子（すなわち接触針）と電極との
位置合わせ作業を行うことが可能である。例えば、公知
技術の構成では、位置合わせ作業時にプローブ取付体
の中央に開いた開口部を介しプローブ上方から接触針越
しに観察しつつ作業を行えるので、もし位置ずれが少し
でも生じれば上方からはっきりと認識でき、また接触針
の電極へのあたり状態も概ね認識できるので、結果的と
して、高精度かつ短時間な位置合わせが可能である。な
お、公知技術〜ではいずれも、あらかじめ接触端子
の位置及びバンプ（電極）の配置を初めに画像認識して
それぞれデータとして記憶した後、両者を載せた微動台
を動かして位置合わせするという構成になっており、位
置合わせ作業時に接触端子及び電極の配置を直接観察し
ながら行うという構成になっていないが、構造的には、
プローブ上方から接触針越しに観察（若しくは画像認
識）するように変形することは可能である。 【０００６】しかしながら、上記公知技術の薄膜プロ
ーブでは、接触端子を配列したフィルムを薄膜状に設け
る構成であることから、プローブ上方から直接観察しな
がら位置合わせを行うことはできない。したがって、例
えば公知技術〜と類似するような方法であらかじめ
接触端子（すなわちフィルムに形成された突起）及びバ
ンプ（電極）の配置をそれぞれ画像認識してデータとし
て記憶した後、それら２つのデータを基にして間接的に
位置合わせを行うこととなるので、高精度な位置合わせ
を短時間で行うのが困難である。 【０００７】 【０００８】本発明の目的は、薄膜プローブ上方からの
直接観察を可能とすることで、高精度かつ短時間の位置
合わせ作業を容易に行える検査装置を提供することであ
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、薄膜をエッチングして形成され検
査対象と接触する複数の接触端子と、これら複数の接触
端子が下側に設けられた支持手段と、各接触端子から引
き出される配線手段と、前記支持手段と前記検査対象と
を相対的に移動させ、該接触端子を該検査対象に接触さ
せる駆動手段と、前記接触端子が前記検査対象に接触し
たときに前記配線手段を介して前記検査対象と電気信号
を授受する信号処理手段とを有し、前記検査対象の電気
特性を検査する検査装置において、前記支持手段は、両
端のうち少なくとも一方が加振手段に支持された梁部材
を備えていると共に、前記支持手段のうち、少なくとも
前記接触端子の上方に位置する部分は透過性部材で構成
されており、かつ、この透過性部材の上方に、該透過性
部材を介して前記検査対象を直視可能な観察手段を設け
たことを特徴とする検査装置が提供される。これによ
り、位置合わせ作業時に、透過性部材を介し観察手段で
薄膜プローブ上方からの直接観察を行うことができる。
よって例えば位置ずれが少しでも生じれば上方からそれ
をはっきりと認識でき、また、接触端子の検査対象への
あたり状態も概ね認識できるので、結果的として、高精
度かつ短時間な位置合わせが容易に可能となる。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】また、一般に、接触端子先端が検査対象の
例えばバンプ表面に押しつけられた時には、通常アルミ
薄膜であるパッド表面に形成されている酸化膜を効果的
に破り、十分な電気的接触を達成する必要がある。この
ためには先端を微動させ、いわゆる“こする”摩擦動作
を行う必要性が高い。そこで、接触端子を振動させよう
とする場合に、従来のように円盤状の支持部材の下側に
接触端子を設ける場合に比し、本発明では支持部材の一
部を梁構造とすることで加振手段の加振時に共振させや
すくなり、接触端子による検査対象の接触・摩擦を容易
に行うことができる。また、梁構造の採用によって加圧
時の衝撃を梁自体の曲がり変形によって吸収・緩和する
効果もある。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しつつ説明する。本実施形態は、本発明を、半導
体素子の電気特性評価を行うプローブを備えた検査装置
に適用した場合の実施形態である。 【００１８】本実施形態による検査装置の全体構造を表
す側面図を図１に、図１からプローブカセット１００を
取り外した状態の要部拡大上面図及び側面図を図２
（ａ）（ｂ）に示す。図１及び図２（ａ）（ｂ）におい
て、検査装置は、シリコンウエハ１７の電気特性を検査
するものであり、薄膜に公知のエッチングを施して形成
され、検査対象であるシリコンウエハ１７と接触する複
数の接触端子１と、台座１８に一端を支持される片持ち
梁である梁支持体９と、この梁支持体９に着脱可能に取
り付けられ、主として透過性部材で構成された（後述）
プローブカセット１００と、接触端子１がシリコンウエ
ハ１７に接触したときにシリコンウエハ１７と電気信号
を授受する制御処理装置２１と、プローブカセット１０
０の上方に設けられたビデオカメラ１６と、シリコンウ
エハ１７を載置するとともに、梁支持体９に対してシリ
コンウエハ１７を相対的に移動させ、接触端子１をシリ
コンウエハ７に接触させる微動台２４とを有する。 【００１９】プローブカセット１００の詳細構造を表す
側面図を図３に、斜視図を図４に示す。図３及び図４に
おいて、プローブカセット１００は、接触端子１が下端
に固定されたポリイミド製の透過性の（＝透明若しくは
半透明の）絶縁シート２と、この絶縁シート２を下端に
固定した透明なガラスプレート３と、セラミック材料か
ら構成されガラスプレート３を内部に固定したセラミッ
ク枠５とを備えている。 【００２０】なお、絶縁シート２には、配線２２及び接
触端子１を除いた領域に複数個の貫通穴２３が形成され
ている（図３参照）。このようなプローブカセット１０
０の組立手順は以下のようである。すなわち、まず接触
端子１となる材料Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅなどのメタルを、例
えば厚さ２５μｍのポリイミド製シート２に透明な接着
層４を介して接着する。その後、このシート２に接着さ
れたメタルをエッチングして円柱体（あるいは円柱体及
び直方体）を残し、接触端子１を形成する。次いで、接
触端子１に繋がる配線２２をスパッタメッキ等によって
シート２状に形成し、配線２２の端部にパッド（図示せ
ず）を形成する。なおこのとき、端子配列はチップのバ
ンプ配列に対応させて作製し、チップが正方形に近い場
合には、一回のテスティングで１個、あるいは４個、あ
るいは９個、……と検査できる端子配置をとる。また、
パッドはバンプの総数を４等分した数をプローブカセッ
ト１００の四角形辺に縁にそって配列し、パッド位置に
は接続を容易にするため予めスルーホール（図示せず）
を開け、Ｃｕメッキを施す。 【００２１】一方、セラミック枠５は、厚膜グリーンシ
ート外周側面に半円弧状溝６を板厚方向に配列して形成
した後、溝底凹部にタングステンペーストを塗って焼成
し構成する。そして、溝底のタングステン膜にはニッケ
ル又は金メッキが施されて、複数の電極７を形成してお
く。そして、このようなセラミック枠５の内部に、セラ
ミック系又はエポキシ系の接着剤８を用いてパイレック
スガラスプレート３を接着し固定する。その後、このセ
ラミック枠５に組み込まれたガラスプレート３に接触端
子１付きシート２を接着する。このとき、接着層４を構
成する接着剤としては透明なポリイミド系接着剤を用
い、接着層４を一様な厚さとし、ボイドを発生させずに
加圧・高温保持して硬化させる。次いで、はんだペース
ト（Ｐｂ：Ｓｎ／４０：６０）をセラミック枠５外壁の
電極７に塗布して加熱処理し、配線２２の端部に形成さ
れている（前述）シート２上のパッドと接続をとり、完
成する。 【００２２】図１及び図２（ａ）（ｂ）に戻り、梁支持
体９は、アルミニウム材若しくはＳＵＳ材料から構成さ
れており、横断面形状略四角形の段差つき開口部１０が
形成されている。開口部１０の上部には、観察倍率（あ
るいは解像度）を上げるために、レンズ２０が設けられ
ている。また開口部１０の内壁には電気絶縁材料１２が
塗布されている。また梁支持体９の下面には、配線基板
１３が接合されて取り付けられており、この配線基板１
３には梁支持体９の開口部１０に合わせた開口部（図示
せず）が設けられている。このような梁支持体９の開口
部１０にプローブカセット１００がはめ込まれる。この
はめ込み部分の詳細構造を表す側断面図を図５に示す。 【００２３】図５において、梁支持体９の開口部１０近
傍には、バネ性を有するＦｅ−４２Ｎｉ合金からなる複
数のリードピン１４が配線基板１３から垂直に立てられ
ており、その配列間隔はセラミック枠５に作られた半円
弧状の溝６の間隔と同じとなっている。そしてこのリー
ドピン１４は、配線基板１３が梁支持体９に接合された
ときに、リードピン１４が梁支持体９の開口部１０内に
突き出た状態となっている。そして、プローブカセット
１００は、このようなリードピン１４の突き出した状態
で開口部１０内に挿入され、開口部１０内の段差１１に
ガラスプレート３が突き当てられ、段差１１とガラスプ
レート３との間が隙間なく合わされて、はめ込み設置さ
れている。このとき、各リードピン１４は、１対１に対
応しつつ溝６内の電極７に接触し、これにより、セラミ
ック枠５はリードピン１４のバネ力で押しつけられ、こ
の押圧力により配線基板１３と配線２２との電気的接続
が達成される。したがって、シリコンウエハ１７上の素
子に接触端子１が接触すると、シート２上のバンプ→配
線２２→電極７→リードピン１４→配線基板１３上の配
線→台座１８を介し、制御処理装置２１へ電気信号が導
かれる。 【００２４】再度図１及び図２（ａ）（ｂ）に戻り、ビ
デオカメラ１６は、プローブカセット１００及びレンズ
２０の上方に設置され、レンズ２０→プローブカセット
１００のガラスプレート３→接着層４→シート２（又は
貫通穴２３）を介し、シリコンウエハ１７（シリコンウ
エハ１７上に位置合わせマークを形成する場合、このマ
ークを含む）や接触端子１が直視可能となっている。こ
の観察画像は、制御処理装置２１において所定の画像処
理が施された後、図示しない画像表示装置に表示され
る。なお、ビデオカメラ１６によらず肉眼でも直視可能
であることはいうまでもない。また、台座１８は、梁支
持体９をｘ，ｙ，ｚ方向に加振可能な加振機構（図示せ
ず）を内部に備えている。そして通常、台座１８によっ
て、支持体９はシリコンウエハ１７に対応し水平になる
ように設置されるが、接触端子１に接触圧がかかったと
きに梁支持体９が撓み、接触にばらつきが生じて不均一
になる可能性がある場合等は、予め撓みを見込んで梁支
持体９を傾斜させて取り付けてもよい。また、制御処理
２１では、特に詳述しないが、画像処理に関する公知の
制御や、台座１８内にある加振機構の公知の加振制御が
行われる。これらの制御はオペレータによって適宜選択
・調整入力可能としてもよいし、少なくとも一部を自動
制御としてもよい。 【００２５】なお、上記構成において、絶縁シート２、
ガラスプレート３、接着層４、セラミック枠５、及び梁
支持体９が複数の接触端子１が下側に設けられた支持手
段を構成し、配線２２、電極７、リードピン１４、及び
配線基板１３が接触端子１から引き出される配線手段を
構成し、制御処理装置２１が接触端子１が検査対象に接
触したときに配線手段を介して検査対象と電気信号を授
受する信号処理手段を構成し、絶縁シート２、ガラスプ
レート３、及び接着層４が、支持手段のうち少なくとも
接触端子の上方に位置する部分を構成し、ビデオカメラ
１６が透過性部材を介して検査対象を直視可能な観察手
段を構成し、微動台２４が、支持手段と検査対象とを相
対的に移動させ、接触端子を検査対象に接触させる駆動
手段を構成する。 【００２６】そして、以上のような構成において、検査
前に、ビデオカメラ１６による画像認識を行いつつ、ま
ず微動台２４を駆動して接触端子１とウエハ１７との微
動位置合わせ作業を行い、その後、さらに微動台２４を
駆動して接触端子１先端とウエハ１７の電極とを接触さ
せ加圧する。この接触を確保した状態で台座１８内の加
振機構を作動させて梁支持体９を加振し、ウエハ１７上
の酸化膜を除去する。その後、ウエハ１７の電気特性評
価のための検査を行う。 【００２７】本実施形態によれば、位置合わせ作業時
に、ビデオカメラ１６でプローブ上方からの直接観察を
行うことができる。よって例えば位置ずれが少しでも生
じれば上方からそれをはっきりと認識でき、また、接触
端子１の検査対象へのあたり状態も概ね認識できるの
で、結果的として、高精度かつ短時間な位置合わせが容
易に可能となる。また、接続端子１を下部に備えたカセ
ットプローブ１００を梁構造で支持するので、従来のよ
うに円盤状の支持部材の下側に接触端子を設ける場合に
比し、加振時に共振させやすくなり、接触端子１による
ウエハ７の接触・摩擦を容易に行うことができる。更
に、梁構造の採用によって加圧時の衝撃を梁支持体９自
体の曲がり変形によって吸収・緩和する効果もある。 【００２８】なお、上記実施形態においては、セラミッ
ク材料からなるセラミック枠５を用いたが、これに限ら
れず、例えば樹脂枠を使う場合もある。すなわちこの場
合樹脂をモールドして枠を作ることとなるが、この場合
には、リードフレームを埋め込み、切断により溝底にリ
ードを残して電極を形成する。この場合も同様の効果を
得る。また、上記実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で変形が可能である。以下、そのような変形例を
説明する。 （１）衝撃緩和用弾性体を設ける例 すなわち、上記実施形態の図５に対応する図６に示すよ
うに、梁支持体９へのカセットプローブ１００のはめ込
み位置における、ガラスプレート３及びセラミック枠５
の上面と梁支持体９の段差部１１との間に弾性体２１５
を設けるものである。これにより、検査前に接触端子１
をウエハ７のバンプに接触させるときの衝撃を緩和させ
ることができる。またこの場合、同様の目的で、絶縁シ
ート２とガラスプレート３との間に弾性体を設ける場合
のように、弾性及びシート・プレートとの接着性の両方
を同時に満足する必要がないので、簡易かつ安価な構造
で衝撃吸収を実現することができる。 【００２９】（２）梁支持体を両持ち梁とする例 すなわち、上記実施形態の梁支持体９のうち、台座１８
で支持されていない他端を所定の固定部材に固定するも
のである。この場合、梁支持体９の両端が支持されるこ
とから、加圧時及び加振時に梁支持体９を対称に変形・
振動させることができる効果がある 【００３０】 【発明の効果】本発明によれば、位置合わせ作業時に、
透過性部材を介し観察手段で薄膜プローブ上方からの直
接観察を行うことができる。よって、高精度かつ短時間
な位置合わせが容易に可能となるので、検査の信頼性を
向上できる。 【００３１】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態による検査装置の全体構造
を表す側面図である。 【図２】図１からプローブカセットを取り外した状態の
要部拡大上面図及び側面図である。 【図３】プローブカセットの詳細構造を表す側面図であ
る。 【図４】プローブカセットの詳細構造を表す斜視図であ
る。 【図５】プローブカセットはめ込み部分の詳細構造を表
す側断面図である。 【図６】衝撃緩和用弾性体を設ける変形例を表す側断面
図である。 【符号の説明】 １ 接触端子 ２ 絶縁シート ３ ガラスプレート ４ 接着層 ８ 接着剤 ９ 梁支持体（梁部材） １０ 開口部 １ ６ ビデオカメラ（観察手段） １７ シリコンウエハ（検査対象） １８ 台座（加振手段） ２１ 制御処理装置（信号処理手段） ２ ４ 微動台（駆動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有賀 昭彦 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社 日立製作所 半導体事業部 内 (56)参考文献 特開 平６−230030（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−74219（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】薄膜をエッチングして形成され検査対象と
   接触する複数の接触端子と、 これら複数の接触端子が下側に設けられた支持手段と、 各接触端子から引き出される配線手段と、 前記支持手段と前記検査対象とを相対的に移動させ、該
   接触端子を該検査対象に接触させる駆動手段と、 前記接触端子が前記検査対象に接触したときに前記配線
   手段を介して前記検査対象と電気信号を授受する信号処
   理手段とを有し、 前記検査対象の電気特性を検査する検査装置において、前記支持手段は、両端のうち少なくとも一方が加振手段
   に支持された梁部材を備えていると共に、 前記支持手段のうち、少なくとも前記接触端子の上方に
   位置する部分は透過性部材で構成されており、かつ、 この透過性部材の上方に、該透過性部材を介して前記検
   査対象を直視可能な観察手段を設けたことを特徴とする
   検査装置。