JP4817830B2 - 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ウエハテスト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、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、図示していない支柱に設けら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軸の回りに回転する移動・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。この接触開始位置から移動終了位置までの移動量をオーバードライブ量と呼んでいる。

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、ウエハテストシステムではプローブと電極パッドとの１回の接触で複数個のチップを同時に検査することにより検査のスループットを向上することが行われている。複数個のチップを同時に検査する処理をマルチプロービングと呼んでいる。

図３の（Ａ）は、ウエハＷ上におけるチップ４１の配列例を示し、図３の（Ｂ）は、マルチプロービングにおいて同時に検査されるチップの配列例を示す図である。図３の（Ａ）に示すように、円形のウエハＷの上に長方形（又は正方形）のチップ４１が配列されている。図３の（Ｂ）に示すように、マルチプロービングでは、各行の連続して配置された１１個のチップ４１を、１行おきに５行分まとめて検査する。言い換えれば、５５個のチップが同時に検査される。ここでは、同時に検査されるチップの範囲をマルチプロービング範囲と称する。

このようなマルチプロービングを行うために、プローブカード２５には、各チップの電極パッドに対応してプローブ２６が設けられる。近年、同時に検査されるチップの個数は、増大する傾向にあり、例えば、同時に５０以上のチップを検査することも行われている。その場合、各チップが５０個の電極パッドを有する場合には、プローブカード２５には、５０×５５＝２７５０本のプローブが設けられることになる。

図３では、１行おきに５行分のチップを同時に検査するが、同時に検査するチップの配列は各種の変形例があり、例えば、連続した複数行のチップを同時に検査する場合もある。

上記のように、電極パッドにプローブを接触させる時には、接触開始位置から移動終了位置までオーバードライブ量だけ移動している。このオーバードライブ量分の移動によりプローブが撓んで、プローブは所定の接触圧で電極パッドに接触する。例えば、１本のプローブの所望の接触圧が５ｇとすると、プローブが２５００本ある場合には、プローブカード２５は、全体で１２．５ｋｇの上方への圧力を中央の部分に受けることになる。プローブカードは、配線パターンを有する多層のエポキシ樹脂などで作られており、中央の部分で大きな圧力を受けると撓んで上方へ変形する。このようなプローブカードの変形は、オーバードライブ量を実質的に減少させることになり、接触圧を低下させる。そのため、プローブカードの変形による接触圧の低下分を見込んでオーバードライブ量を設定している。このオーバードライブ量の設定は、例えば、実際のプローブカードを使用して実験的に行っており、プローブカードのすべてのプローブをウエハに接触させ、所望の接触圧に対応するプローブの撓み量が得られるように設定している。

特開２００４−０３９７５２号公報（全体）

図３の（Ａ）に示すように、ウエハＷは円形であり、各チップ４１は長方形（又は正方形）であるため、各行に配列されるチップ数は異なる。また、チップの配列の行数と列数は、マルチプロービングで同時に検査されるチップ配列の行数と列数の整数倍であるとは限らない。そのため、ウエハＷの中心付近に配置されたチップを測定する時には、マルチプロービング範囲内のすべてのチップを同時に検査することになり、プローブカード２５のすべてのプローブ２６が電極パッドに接触するが、ウエハＷの周辺に配置されたチップを測定する時には、マルチプロービング範囲内の一部のチップが存在しないことになり、電極パッドに接触しないプローブ２６が発生する。

接触するプローブの本数が変化すると、それに応じてプローブカード全体で受ける接触圧の合計が変化し、それに応じてプローブカードの撓み量も変化する。そのため、上記のように、プローブカードのすべてのプローブが接触するものとして、オーバードライブ量を設定していると、電極パッドに接触しないプローブの本数に応じて、実際の接触圧が変化することになる。しかし、これまでこのような接触圧の変化については、影響が小さいとして特に考慮されていなかった。

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、電極パッドも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、接触圧の許容範囲が大きく、接触圧が多少ばらつい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るようになってきた。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。

そこで、プローブカードを変形の少ない材料で製作することにより、接触プローブ数の差による変形量の差を低減することが行われているが、実際には現在使用されている以上のよい材料がなく、十分な効果が得られていない。また、プローブカードに補強板を設けて接触プローブ数の差による変形量の差を低減することが行われているが、プローブカード及びプローブカードを固定するヘッドステージの補強も構造上限界であり、同様に十分な効果が得られていない。

本発明はことのような問題を解決するもので、マルチプロービングにおいて、プローブと電極パッドを常に所望の接触圧で接触でき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、接触開始位置から移動終了位置までの移動量、すなわちオーバードライブ量を、接触するプローブの本数（接触しないプローブの本数）に応じて変化させる。

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、前記移動制御部は、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、前記プローブカードは、複数の前記半導体装置を同時に検査するために、複数の半導体装置の電極に接触する複数組のプローブを備え、
前記移動制御部は、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とする。

また、本発明のプローブ接触方法は、プローバのプローブカードに設けられたプローブを、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を保持する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、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とする。

また、本発明のプログラムは、プローバを制御するコンピュータに、プローバのプローブカードに設けられたプローブを、ウエハ上に形成された半導体装置の電極に接触させるように制御させるプログラムであって、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を保持する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、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とする。

具体的には、移動終了位置を、半導体装置の電極に接触するプローブの本数に応じたプローブカードの変形量の差の分変化させる。

プローブカード全体の接触圧は接触するプローブの本数に応じて変化し、それに応じてプローブカードの変形量も変化するが、本発明によれば、オーバードライブ量を接触するプローブの本数に応じて、プローブカードの変形量の差の分変化させるので、接触するプローブの本数が変化しても、プローブの接触圧を常に一定にすることができる。

本発明によれば、マルチプロービングにおいて、接触するプローブの本数が変化しても、プローブの接触圧を常に一定にすることができるので、常に安定したプローブと電極パッドとの接触を確立できる。これにより、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から図３で説明した従来のウエハテストシステム及びプローバと同様な構成を有し、マルチプロービング時に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。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。

図４の（Ａ）は、ウエハＷ上に形成されたチップをマルチプロービング処理で検査する時の、１回の接触で同時に検査できるマルチプロービング範囲５１の例を示す図である。ここでは、マルチプロービング範囲５１は、正方形であるとして示したが、図３の（Ｂ）に示すように長方形でもよく、範囲内のチップ４１をすべて同時に検査しても、図３の（Ｂ）に示すように１行おきに検査するようにしてもよい。各範囲５１を横方向又は縦方向に移動しながらプローブと電極パッドの接触を行って、範囲内のチップの検査を同時に行う。１行おきに検査する場合には、１回の接触による検査が終了すると、１行分ずらして接触を行って検査する。図４の（Ａ）に示したウエハＷとマルチプロービング配列の範囲５１との関係は、テスタ３０から図１では図示していない通信経路を介してプローバ１０のステージ移動制御部２７に送られる。

図４の（Ａ）に示すように、中央の４つのマルチプロービング範囲は、すべてウエハＷ内にあり、この４つの範囲をそれぞれ検査する時には、マルチプロービング範囲のプローブ（すなわち、プローブカードの全プローブ）はすべて電極パッドに接触するが、それ以外の範囲は、範囲の一部がウエハＷの外に位置しており、これらの範囲をそれぞれ検査する時には、マルチプロービング範囲のプローブの一部、すなわちプローブカードのプローブの一部は、電極に接触しない状態になる。

図４の（Ｂ）は、ウエハＷの中央のチップを検査する場合を示し、この時マルチプロービング範囲５１内のすべてのプローブは電極パッドに接触する。図５の（Ａ）は、ウエハＷの上辺のチップを検査する場合を示し、この時マルチプロービング範囲５１内のプローブの約８０パーセントが電極パッドに接触する。図５の（Ｂ）は、ウエハＷの右辺のチップを検査する場合を示し、この時マルチプロービング範囲５１内のプローブの約４５パーセントが電極パッドに接触する。前述のように、接触するプローブの本数が異なると、プローブカードの変形量も異なる。

図６は、検査するチップ数と、プローブカードの変形量の関係を示す図である。（このデータは図３に示したチップ配列を有するウエハを、図示のマルチプロービング配列で検査する場合の例である。）電極パッドに接触するプローブの本数は、検査するチップ数に各チップの電極パッド数を乗じた値に略等しいが、ウエハの周辺部のチップを検査する時には、チップのない部分に接触するプローブが存在し、厳密にはこの分を考慮する必要があるが、これによる誤差は小さいので、ここでは無視するものとする。

図６のデータは、プローブカード２５の中央の変位を検出するセンサを設け、図４の（Ａ）の対応するマルチプロービング範囲５１で、オーバードライブＯＤの量を８０μｍとして接触させた時の、プローブカード２５の中央の変位量を検出した値であり、プローブカード２５は接触圧を低減する方向に変形するので、ここではプローブカード２５の変形量を逃げ量として示している。図示のように、５５個のチップを同時に検査する場合、すなわちプローブカードのすべてのプローブが電極パッドに接触する場合には、プローブカードの逃げ量は３０μｍであった。また、４２個のチップを同時に検査する場合には、プローブカードの逃げ量は２４μｍであり、２２個のチップを同時に検査する場合には、プローブカードの逃げ量は１７μｍであった。

プローブカードの逃げ量を考慮すると、実質的なオーバードライブＯＤ量は、設定ＯＤ量（８０μｍ）からプローブカードの逃げ量を減じた値であり、実質ＯＤ量は、５５個のチップを同時に検査する場合には５０μｍ、４２個のチップを同時に検査する場合には５６μｍ、２２個のチップを同時に検査する場合には６３μｍになり、異なることになる。そこで、５５個のチップを同時に検査する場合を基準として、ＯＤ量を、５５個のチップを同時に検査する場合には８０μｍ、４２個のチップを同時に検査する場合には７４μｍ、２２個のチップを同時に検査する場合には６７μｍに補正すると、すべての場合で実質ＯＤ量が５０μｍになる。

ステージ移動制御部２７は、図６に示したような検査チップ数とカード逃げ量の関係をあらかじめ測定して記憶しておき、マルチプロービング配列のウエハＷに対する位置に応じて補正ＯＤ量を算出して、補正ＯＤ量だけオーバードライブして接触を行う。

なお、プローブカードは検査するチップごとに製作する必要があるので、ウエハの直径が同じであれば、図４の（Ａ）のウエハに対するマルチプロービングの範囲の配列は一義的に決定されるので、各配列位置で実際に接触を行ってカード逃げ量を検出し、補正ＯＤ量を各位置ごとに算出して記憶するようにしてもよい。

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。 ウエハＷ上におけるチップの配列例及びマルチプロービングにおいて同時に検査されるチップの配列例を示す図である。 実施例において、ウエハに対するマルチプロービングにおいて同時に検査される範囲の配列及び中央のチップを検査する場合の位置を示す図である。 実施例において、周辺のチップを検査する場合の位置を示す図である。 実施例において、検査するチップ数と、プローブカードの変形量の関係を示す図である。

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
４１ チップ
５１ マルチプロービング範囲
Ｗ ウエハ

Claims (6)

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、
   前記移動制御部は、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、
   前記プローブカードは、複数の前記半導体装置を同時に検査するために、複数の半導体装置の電極に接触する複数組のプローブを備え、
   前記移動制御部は、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とするプローバ。
2. 前記移動制御部は、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じた前記プローブカードの変形量の差の分前記移動終了位置を変化させる請求項１に記載のプローバ。
3. プローバのプローブカードに設けられたプローブを、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を保持する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、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とする方法。
4. 前記移動終了位置は、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じた前記プローブカードの変形量の差の分変化させる請求項３に記載の方法。
5. プローバを制御するコンピュータに、プローバのプローブカードに設けられたプローブを、ウエハ上に形成された半導体装置の電極に接触させるように制御させるプログラムであって、
   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を保持する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、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じて、前記移動終了位置を変化させることを特徴とするプログラム。
6. 前記移動終了位置は、前記半導体装置の電極に接触する前記プローブの本数に応じた前記プローブカードの変形量の差の分変化させる請求項５に記載のプログラム。

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