JP4794256B2 - プローバ、プローブ接触方法及びそのためのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタに接続するプローバ、プローブ接触方法及びそのためのプログラムに関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを利用して行われる。プローバは、ウエハをステージに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

図１は、プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するシステムの基本構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハステージ１８と、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ１９と、側板２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、図示していない支持手段により基台１１に支持されたウエハアライメントカメラ２３と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２４と、カードホルダ２４に取り付けられるプローブカード２５と、ステージ移動制御部２７と、を有する。プローブカード２５には、カンチレバー式のプローブ２６が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハステージ１８を３軸方向及びＺ軸を中心として回転する移動・回転機構を構成し、ステージ移動制御部２７により制御される。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２５は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２６を有し、検査するデバイスに応じて交換される。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２５には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

検査を行う場合には、針位置合わせカメラ１９がプローブ２６の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、針位置合わせカメラ１９でプローブ２６の先端位置を検出する。このプローブ２６の先端位置の検出は、プローブカードを交換した時にはかならず行う必要があり、プローブカードを交換しない時でも所定個数のチップを測定するごとに適宜行われる。次に、ウエハステージ１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ２３の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウエハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。１チップのすべての電極パッドの位置を検出する必要はなく、いくつかの電極パッドの位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのチップの電極パッドを検出する必要はなく、いくつかのチップの電極パッドの位置が検出される。

図２は、電極パッドをプローブ２６に接触させる動作を説明するための図である。プローブ２６の位置及びウエハＷの位置を検出した後、チップの電極パッドの配列方向がプローブ２６の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウエハステージ１８を回転する。そして、ウエハＷの検査するチップの電極パッドがプローブ２６の下に位置するように移動した後、ウエハステージ１８を上昇させて、電極パッドをプローブ２６に接触させる。

カンチレバー式のプローブ２６に電極パッドを接触させる時には、電極パッドの表面がプローブ２６の先端部に接触する高さ位置（接触開始位置）から、更に所定量高い位置（移動終了位置）まで電極パッドを上昇させる。接触開始位置は針位置合わせカメラ１９で検出される。移動終了位置は、プローブ２６と電極パッドの間で確実な電気的接触を実現する接触圧が得られるようなカンチレバー式のプローブ２６の撓み量が得られるプローブの先端部の変位量を、接触開始位置に加えた高さ位置である。実際には、プローブ２６の本数は、例えば数百本であり、すべてのプローブ２６と電極パッドの間で確実な電気的接触が実現されるように移動終了位置が設定される。

プローバなどの半導体製造装置では高スループットが求められており、上記のようなプローブ２６に電極パッドを接触させる動作も高速に行えることが要求される。そのため、ウエハＷのチップの電極パッドをプローブ２６の下に位置させた後ウエハステージ１８を上昇させる時の速度も高速であり、移動終了位置で正確に停止するようにステージ移動制御部２７が制御している。

特開２００４−０３９７５２号公報（全体）

近年、半導体装置（デバイス）は、益々微細化されており、それに伴って電極パッドのサイズが小さくなると共に、電極パッド自体も急激に薄膜化が図られている。また、電極パッドの材料も硬度の低いものが使用されるようになってきた。更に、半導体デバイスの多層化が進められており、電極パッドの下に電気回路が形成されるようになってきた。

従来の電極パッドであれば、上記の方法でプローブを電極パッドに接触させても正常な接触が確立できていたが、上記のような電極パッドの薄膜化、低硬度材料の使用などのために、従来の方法でプローブを電極パッドに接触させると、プローブの先端部が電極パッド膜を突き抜けて正常な接触が確立できないという問題が生じている。また、電極パッドの下に電気回路が形成されている場合、プローブの先端部が電極パッド膜を突き抜けると、電極パッドの下の電気回路が損傷して正常に動作しないという問題も生じる。

本発明はことのような問題を解決するもので、プローブの電極パッドの接触による傷（接触痕）が電極パッド内に収まるようにすることを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバ、プローブを電極に接触させるプローブ接触方法及びそのためのプログラムは、ウエハステージを、複数の異なる速度で移動させるようにする。

すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、前記半導体装置の電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、ウエハを保持するウエハステージと、前記ウエハステージを移動する移動機構と、前記移動機構を制御する移動制御部と、を備え、前記制御部は、前記半導体装置の電極を前記プローブに接触させる時には、前記半導体装置の電極が前記プローブの直下に位置するように移動した後、前記電極が前記プローブに接触するように前記ウエハステージを前記プローブに対して移動終了位置まで第１の方向に移動させるように前記移動機構を制御するプローバにおいて、前記制御部は、前記ウエハステージの前記第１の方向の移動を、任意の速度で移動させるように前記移動機構を制御可能であることを特徴とする。

上記のように、従来のプローバでは、ウエハの電極パッドをプローブの下に位置させた後ウエハステージを上昇させる時の速度は高速である。そのため、移動終了位置で停止するとしても、接触開始位置でプローバに電極パッドが最初に接触する時の相対速度は高速であり、電極パッドは高速でプローブに衝突する。これが、プローブの先端部が電極パッド膜を突き抜ける原因である。そこで、本発明のプローバでは、ウエハステージの第１の方向（Ｚ方向）の移動を、任意の速度で移動させるように制御可能とし、プローバに電極パッドが接触する時の相対速度を遅くできるようにする。

しかし、ウエハステージのＺ方向の移動を低速にするとスループットが低下するという問題が生じる。そこで、ウエハステージをプローブに対して、移動終了位置の前の低速移動開始位置までは高速に移動させ、低速移動開始位置から移動終了位置までは低速で移動させるようにして、スループットの低下を最小限に抑える。その時、低速移動開始位置で一旦停止させ、その後移動終了位置まで低速で移動させるようにすることが望ましい。

なお、プローブの先端部の高さ位置は針位置合わせカメラによりあらかじめ測定されているので、電極が最初にプローブに接触する接触開始位置はあらかじめ判明している。そこで、ウエハステージを、低速移動開始位置と移動終了位置の間の接触開始位置で一旦停止させるようにすることにより、電極が最初にプローブに接触する時の衝突速度を非常に低速にすることができる。

更に、電極がプローブに接触した後は、電極がプローブに接触したままウエハステージが上昇するので衝突することはない。そこで、接触開始位置から移動終了位置までの移動速度を、低速移動開始位置から前記接触開始位置までの移動速度より速くしても問題は生ぜず、スループットが向上する。

しかし、電極パッドのプローブとの衝突速度が低下すると、接触痕は浅くなり、電極パッドの損傷は低減されるが、接触痕が浅くなった分電気的な接触抵抗値が十分に低下せず、良好な導通が得られないという問題を生じる可能性がある。そこで、電極パッドがプローブに接触する接触開始位置から移動終了位置までの移動の間に、一旦逆方向に移動した後再び移動終了位置に向かって移動するようにして、接触痕を深くすること無しに接触具合を改善して、より良好な導通が得られるようにすることが望ましい。

低速移動開始位置、移動終了位置、各位置間の移動速度などは、半導体装置（デバイス）の仕様に応じて、適宜設定できるようにすることが望ましく、これはソフトウエア設定値を設けることにより、容易に実現できる。

なお、ここでは、プローブが設けられたプローブカードが固定で、ウエハステージに保持されたウエハが移動するとしたが、ウエハステージに保持されたウエハが固定されており、プローブが設けられたプローブカードが移動する場合にも本発明は適用可能であり、移動は相対的な移動を意味するものとする。

本発明によれば、電極パッドが薄く低硬度の材料で作られており、電極パッドの下に回路が設けられている場合でも、電極パッドをプローブに接触させる時にプローブが電極パッドを突き抜けて回路を損傷することがなくなり、検査時の不良チップの発生を低減して歩留まりを向上できる。

以下、本発明の実施例を説明する。本発明の実施例は、図１及び図２で説明した従来のプローバと同様な構成を有し、電極パッドをプローブに接触させる時のステージ移動制御部２７によるＺ軸方向の移動制御方法のみが異なるとする。また、ステージ移動制御部２７は、コンピュータにより実現され、上記の制御方法はコンピュータのプログラムを変更することにより実現される。従って、ここでは電極パッドをプローブに接触させる時のステージのＺ軸方向の移動制御についてのみ説明し、他の説明は省略する。

本発明の実施例では、ステージ移動制御部２７は、移動速度を５段階で制御できるようにし、加減速度も５段階に制御できるようにし、更に上昇移動から下降移動を行った後再び上昇移動を行うという反転動作も行えるようにしている。

図３の（Ａ）は、実施例において、電極パッドをプローブに接触させる時のステージのＺ軸方向の移動を説明する図である。図において、横軸はＺ方向の位置を示し、ゼロ（０）で示す位置が、針位置合わせカメラ１９により検出されたプローブ２６の先端部の高さ位置であり、ここでは接触開始位置と呼ぶ。そして、電極パッドは接触開始位置より５０μｍ高い移動終了位置（図では＋５０の位置）まで上昇して停止するものとする。接触開始位置より下側（図では負のＺ位置）では電極パッドはプローブに接触せず、この領域をクリアランス領域と呼び、接触開始位置より上側（図では正のＺ位置）では電極パッドはプローブに接触し、この領域をコンタクト領域と呼ぶ。実線は移動時の速度を示し、破線は各異動における最高移動速度を示しており、各領域においてこの最高移動速度を超えることがないように制御される。なお、実際に移動が制御されるのはウエハステージであり、上記の位置は、ウエハステージの上面の位置にウエハの厚さを加味して決定される。

図３の（Ａ）に示すように、接触開始位置から所定量下側の位置（−５０の位置）（低速移動開始位置）の下側の領域では最高移動速度は高いレベルに設定されており、低速移動開始位置の上側の領域では最高移動速度は低いレベルに設定されている。低速移動開始位置の下側の領域では、移動を開始すると高いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、低速移動開始位置で一度停止するように減速する。その後、低いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、接触開始位置で一度停止するように減速する。再び低いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、移動終了位置で停止するように減速する。

前述のように、プローブの先端部は接触開始位置付近に位置しているので、電極パッドがプローブに衝突する時の速度は低いレベルの最高移動速度以下であり、特に図３の（Ａ）では接触開始位置付近で一旦停止するように減速された後加速されるので、衝突速度は非常に小さい。従って、プローブの先端部が電極パッド膜を突き抜けることがなくなる。

電極パッドをプローブから離す時には、特に上記のような制御を行う必要はなく、高いレベルの最高移動速度で下側に移動させればよい。

図３の（Ｂ）は、上記の実施例の変形例を説明する図である。図示のように、図３の（Ｂ）の変形例は、低速移動開始位置で一度停止するまでの動作は図３の（Ａ）と同じである。低速移動開始位置で一度停止した後、低いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、接触開始位置で一度停止するように減速する。次に、前記の低いレベルの最高移動速度よりは高い中間レベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、移動終了位置で停止するように減速する。これにより、移動時間が若干ではあるが短縮され、スループットが向上する。

図３の（Ｂ）の変形例でも、接触開始位置付近で一旦停止するように減速された後加速されるので、衝突速度は非常に小さい。電極パッドがプローブに接触した後は、プローブに接触した状態で電極パッドが上昇するので衝突による衝撃はなく、移動速度が若干大きくても電極パッドへの衝撃は小さいので問題は生じない。

図４は、上記の実施例の更に別の変形例を説明する図である。図示のように、図４の変形例は、低速移動開始位置で一度停止するまでの動作は図３の（Ａ）と同じである。低速移動開始位置で一度停止した後、低いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、接触開始位置の前で一度停止するように減速する。次に、下降する方向に移動するように、低いレベルの逆方向の最高移動速度まで増速し、少し後に一度停止するように減速する。そして、再び上昇するように、低いレベルの最高移動速度まで増速し、その最高移動速度を維持した後、接触開始位置の前で一度停止するように減速する。これにより、スループットは低下するが、衝突は小さな速度で１回行われるだけなので、電極パッドを損傷することなく、プローブと電極パッドの間の良好な導通が得られる。

図４の変形例では、逆方向の移動を１回だけ行う例を示したが、２回以上行うようにしてもよい。

なお、電極パッドがプローブに衝突する時の速度が低くなることにより、電極パッドの損傷だけでなく、プローブへのダメージも低減されるので、プローブの寿命が長くなるという利点もある。

本発明は、プローバであればどのような形のものにも適用可能であり、例えばカンチレバ式のプローブの代わりにスプリングプローブを使用したプローブカードを使用する場合でも同様の効果が得られる。

プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するシステムの基本構成を示す図である。 電極パッドをプローブに接触させる動作を説明する図である。 実施例において、電極パッドをプローブに接触させる時のステージのＺ軸方向の移動を説明する図である。 実施例において、電極パッドをプローブに接触させる時のステージのＺ軸方向の移動を説明する図である。

符号の説明

１８ ウエハステージ
１９ 針位置合わせカメラ
２３ ウエハアライメントカメラ
２５ プローブカード
２６ プローブ

Claims (2)

1. ウエハ上に形成された半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
   前記半導体装置の電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、
   ウエハを保持するウエハステージと、
   前記ウエハステージを移動する移動機構と、
   前記移動機構を制御する移動制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記半導体装置の電極を前記プローブに接触させる時には、前記半導体装置の電極が前記プローブの直下に位置するように移動した後、前記電極が前記プローブに接触するように前記ウエハステージを前記プローブに対して移動終了位置まで第１の方向に移動させるように前記移動機構を制御するプローバにおいて、
   前記制御部は、前記ウエハステージの前記第１の方向の移動を、任意の速度で移動させるように前記移動機構を制御可能であり、
   前記制御部は、前記ウエハステージを前記プローブに対して、前記移動終了位置の前の低速移動開始位置までは高速に移動させ、前記低速移動開始位置から前記移動終了位置までは低速で移動させるように、前記移動機構を制御し、
   前記制御部は、前記ウエハステージを前記低速移動開始位置で一旦停止させ、その後前記移動終了位置まで低速で移動させるように、前記移動機構を制御し、
   前記制御部は、前記ウエハステージを、前記低速移動開始位置と前記移動終了位置の間の接触開始位置で一旦停止させるように、前記移動機構を制御し、
   前記制御部は、前記接触開始位置から前記移動終了位置までの間で、一旦逆方向に移動した後再び前記移動終了位置に向かって移動するように、前記移動機構を制御することを特徴とするプローバ。
2. プローバのプローブを、ウエハ上に形成された半導体装置の電極に接触させるプローブ接触方法であって、
   前記半導体装置の電極が前記プローブの直下に位置するように移動した後、前記電極が前記プローブに接触するように前記ウエハステージを前記プローブに対して移動終了位置まで第１の方向に移動させる時に、
   前記ウエハステージの前記第１の方向の移動を、任意の速度で移動させることが可能であり、
   前記ウエハステージを前記プローブに対して、前記移動終了位置の前の低速移動開始位置までは高速に移動させ、前記低速移動開始位置から前記移動終了位置までは低速で移動させ、
   前記ウエハステージを前記低速移動開始位置で一旦停止させ、その後前記移動終了位置まで低速で移動させ、
   前記ウエハステージを、前記低速移動開始位置と前記移動終了位置の間の接触開始位置で一旦停止させ、
   前記接触開始位置から前記移動終了位置までの間で、一旦逆方向に移動した後再び前記移動終了位置に向かって移動することを特徴とする方法。

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