JP4911941B2 - Prober - Google Patents
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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に関する。 The present invention relates to a prober for connecting an electrode of a die to a tester in order to perform an electrical inspection of a plurality of semiconductor chips (dies) formed on a semiconductor wafer.
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解析して正常に動作するかを確認する。 In the semiconductor manufacturing process, various processes are performed on a thin disk-shaped semiconductor wafer to form a plurality of chips (dies) each having a semiconductor device (device). Each chip is inspected for electrical characteristics, then separated by a dicer, and then fixed to a lead frame and assembled. The inspection of the electrical characteristics is performed using a prober and a tester. The prober fixes the wafer to the stage and brings the probe into contact with the electrode pad of each chip. The tester supplies power and various test signals from a terminal connected to the probe, analyzes signals output to the electrodes of the chip, and confirms whether or not it operates normally.
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、ウエハステージZ移動部15と、ウエハステージZ移動台16と、θ回転部17と、ウエハWを保持するウエハステージ18と、処理ステージZ移動部19と、処理ステージZ移動台20と、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ21と、プローブをクリーニングするクリーニングステージ22と、支柱23及び24と、ヘッドステージ25と、支柱23に設けられたウエハアライメントカメラ26と、ヘッドステージ22に設けられたカードホルダ27と、カードホルダ27に取り付けられるプローブカード28と、を有する。移動ベース12と、Y軸移動台13と、X軸移動台14は、水平面内を2軸(X軸、Y軸)方向に移動する移動機構を構成し、ウエハステージZ移動部15と、ウエハステージZ移動台16と、θ回転部17は、ウエハステージ18を上下(Z軸)方向に移動し及びZ軸の回りに回転する移動・回転機構を構成し、処理ステージZ移動部19は、処理ステージZ移動台20を上下(Z軸)方向に移動する移動機構を構成する。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27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28を有し、検査するデバイスに応じて交換される。Z軸方向に移動するウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20が別々の移動機構により移動される理由については後述する。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a system for inspecting chips on a wafer using a prober and a tester. As shown in the figure, the
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33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。
The
検査を行う場合には、針位置合わせカメラ21がプローブ29の下に位置するように、X軸移動台14を移動させ、針位置合わせカメラ19の焦点位置がプローブ29の先端に合うように処理ステージZ移動台20を上下移動して、プローブ29の先端位置を検出する。このプローブ29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。
When performing inspection, the
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26の下に位置するように、ウエハステージZ移動台16を移動させ、ウエハアライメントカメラ26の焦点位置が半導体チップの電極パッドに合うようにウエハステージZ移動台18を上下移動して、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。
Next, with the wafer W to be inspected held on the
次に、電極パッドの配列方向がプローブ29の先端の配列方向と一致するようにθ回転部17を回転し、検査するチップの電極パッドがプローブ29の直下に位置するように移動した後、ウエハステージZ移動台16を上方に移動して電極パッドをプローブ29に接触させて検査を行う。
Next, the
電極パッドをプローブ29に接触させることにより、電極パッドの滓がプローブに付着する場合などが生じるので、プローブ29のクリーニング処理を適宜行う必要がある。プローブ29のクリーニング処理を行う場合には、クリーニングステージ22がプローブ29の下に位置するように移動した後、クリーニングステージ22を上昇させてプローブ29に接触させる。クリーニングステージ22には、電極パッドの滓を除去するためのクリーニングシートや、クリーニングシートの滓を除去するブラシなどが設けられており、クリーニングシートやブラシをプローブ29に接触させてクリーニング処理を行う。
When the electrode pad is brought into contact with the
図2は、クリーニングステージ22をプローブ29に接触させた状態を示す。図示のように、クリーニングステージ22がプローブ29の下に移動すると、ウエハステージ18は左側に移動するが、その部分にはウエハアライメントカメラ26が存在するので、ウエハステージ18とウエハアライメントカメラ26の衝突を避けるために、ウエハステージ18を降下させる。
FIG. 2 shows a state where the
プローバについては、特許文献1などに記載されており、広く知られているので、これ以上の詳しい説明は省略する。 The prober is described in, for example, Patent Document 1 and is widely known, so detailed description thereof will be omitted.
次に、図1及び図2のように、Z軸方向に移動するウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20が別々の移動機構により独立に移動される理由について説明する。コストの関係からは、移動機構は1つであることが望ましく、ウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20を共通にして、1つの移動部で移動させることが考えられる。その場合、ウエハステージ18とクリーニングステージ22は、両方ともプローブ29に接触又は近接する位置まで上下移動する必要がある。図示のように、ウエハアライメントカメラ26を配置する必要があり、高解像度のウエハアライメントカメラ26は作動距離が短く、ウエハステージ18はウエハアライメントカメラ26に近接する位置まで上昇する必要がある。ウエハアライメントカメラ26でウエハW上の電極パッドを検出する時に、クリーニングステージ22がプローブ29に不必要に接触しないことが要求され、また、ウエハW上の電極パッドをプローブ29に接触させる時に、ウエハステージ18がウエハアライメントカメラ26に接触しないことが要求される。ウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20を共通にする場合、このような要求を満たすには、ウエハアライメントカメラ26をプローブカード28から水平方向に長い距離離れた位置に配置することになる。この場合、Y軸移動台13又はX軸移動台14の移動距離を長くする必要があり、逆にコストの増加になる。特に、近年ウエハの直径は益々大きくなり、ウエハステージ18の直径も大きくなっている。更に、半導体チップの電極パッド数も増加しているためプローブカード28の直径も大きくなっている。そのため、上記の要求を満たすように配置すると、Y軸移動台13又はX軸移動台14の移動距離が非常に長くなり、コストが急激に増加するという問題を生じる。このように、ウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20を共通にして1つの移動機構で移動させるのは、多くの制約があり困難である。
Next, the reason why the wafer stage Z moving table 16 and the processing stage Z moving table 20 moving in the Z-axis direction are independently moved by different moving mechanisms as shown in FIGS. 1 and 2 will be described. In terms of cost, it is desirable that there is one moving mechanism, and it is conceivable that the wafer stage Z moving table 16 and the processing stage Z moving table 20 are shared and moved by one moving unit. In that case, both the
これに対して、図1及び図2に示すように、ウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20を別々の移動機構により独立に移動できれば、動作に応じてそれぞれの高さ位置を任意に変更可能であり、衝突の問題を容易に回避することができる。これがウエハステージZ移動台16と処理ステージZ移動台20を別々の移動機構により独立に移動できるようにする理由である。 On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, if the wafer stage Z moving table 16 and the processing stage Z moving table 20 can be moved independently by different moving mechanisms, the respective height positions can be arbitrarily set according to the operation. The problem of collision can be easily avoided. This is the reason why the wafer stage Z moving table 16 and the processing stage Z moving table 20 can be moved independently by separate moving mechanisms.
なお、針位置合わせカメラ19もプローブ29に焦点位置を合わせるために上下方向に移動する必要があり、各種の制約のために更に別のZ移動機構に設ける場合もある。しかし、その場合にはZ軸方向の移動機構が3つ必要となり、コストが増加するため、図1及び図2の例では、針位置合わせカメラ19は、処理ステージZ移動台20に設けている。
The
従来のプローバにおいては、上記のような理由で、少なくとも2つのZ移動機構を設けているが、これらのZ移動機構は、移動精度、剛性、移動速度、加速度などの点で高機能であることが要求され、コストの大きな部分を占めている。そのため、コストの低減が求められている。 In the conventional prober, at least two Z movement mechanisms are provided for the reasons described above, but these Z movement mechanisms are highly functional in terms of movement accuracy, rigidity, movement speed, acceleration, and the like. Is a major part of the cost. Therefore, cost reduction is demanded.
また、このようなZ移動機構は、構造も複雑で、大重量であるという問題があり、軽量化が求められている。 In addition, such a Z moving mechanism has a problem that it has a complicated structure and is heavy, and a reduction in weight is required.
更に、上記のような理由で、全体を小型化するために2つのZ移動機構を設けているが、Z移動機構は構造が複雑であるため大きなスペースを占めるという問題があり、全体を小型化するために省スペース化が求められている。 In addition, for the reasons described above, two Z movement mechanisms are provided to reduce the overall size. However, the Z movement mechanism has a problem of occupying a large space due to its complicated structure, and the entire size is reduced. Therefore, space saving is required.
また、2つのZ移動機構は独立して動作するため、動作時の振動が相互に影響して大きな振動を引き起こす場合があり、そのような大振動が生じないような設計が求められる。 Further, since the two Z moving mechanisms operate independently, vibrations during operation may influence each other to cause large vibrations, and a design that does not cause such large vibrations is required.
本発明は、上記のような問題を解決して、低コストで、小型で、軽量で、低振動のプローバのZ移動機構の実現を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to realize a low-cost, small, lightweight, low-vibration prober Z moving mechanism.
上記目的を実現するため、本発明のプローバは、送り機構と、ウエハステージを送り機構の送りに対してZ軸方向に移動するウエハステージ移動機構と、処理ステージを送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆のZ軸方向に移動する処理ステージ移動機構とで構成される移動機構により、ウエハステージZ移動台と処理ステージZ移動台を移動させる。 In order to achieve the above object, the prober of the present invention includes a feeding mechanism, a wafer stage moving mechanism that moves the wafer stage in the Z-axis direction with respect to the feeding mechanism, and a processing stage that feeds the feeding mechanism. The wafer stage Z moving table and the processing stage Z moving table are moved by a moving mechanism including a processing stage moving mechanism that moves in the Z-axis direction opposite to the wafer stage.
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、前記プローブに対して所定の処理を行う処理手段と、前記ウエハステージ及び前記処理手段を第1の方向に移動する第1移動機構と、前記第1移動機構を保持して、前記第1の方向に垂直な方向に制御する共通移動機構と、を備え、前記第1移動機構は、送り機構と、前記ウエハステージを、前記送り機構の送りに対して前記第1の方向に移動するウエハステージ移動機構と、前記処理手段を、前記送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆の前記第1の方向に移動する処理ステージ移動機構とを、備えることを特徴とする。 That is, the prober of the present invention is a prober for connecting each terminal of the tester to the electrode of the semiconductor device in order to inspect the semiconductor device formed on the wafer by the tester, and to the electrode of the semiconductor device. A probe card having a probe that contacts and connects the electrode to a terminal of the tester; a wafer stage that holds a wafer; a processing unit that performs a predetermined process on the probe; and the wafer stage and the processing unit. A first movement mechanism that moves in a first direction; and a common movement mechanism that holds the first movement mechanism and controls the first movement mechanism in a direction perpendicular to the first direction. A feed mechanism, a wafer stage moving mechanism that moves the wafer stage in the first direction with respect to the feed of the feed mechanism, and the processing means for feeding the feed mechanism. And a processing stage moving mechanism for moving in the first direction of the wafer stage and the reverse Te, characterized in that it comprises.
本発明の発明者は、2つのステージがプローブの周囲に設けられる部分との衝突を回避するには、2つのステージがZ軸方向に逆に移動できればよいことに着目した。本発明によれば、第1(Z軸)移動機構は、送り機構の送りに対して、ウエハステージと処理手段(ステージ)が逆方向に移動するため、一方のステージに設けられる物体のプローブへの接触動作を行っている時に、他方のステージがプローブの周囲に設けられる部分と衝突するのを回避するように設計することが容易に行える。しかも、送り機構は共通であるので、コストを低減し、省スペース及び軽量化が図れ、振動も低減できる。 The inventor of the present invention paid attention to the fact that the two stages need only be able to move in the Z-axis direction in order to avoid a collision with a portion provided around the probe. According to the present invention, the first (Z-axis) moving mechanism moves the wafer stage and the processing means (stage) in the opposite directions with respect to the feeding of the feeding mechanism, so that the object probe provided on one stage is moved to the probe. When the contact operation is performed, it can be easily designed to avoid the other stage from colliding with a portion provided around the probe. In addition, since the feeding mechanism is common, the cost can be reduced, space saving and weight reduction can be achieved, and vibration can be reduced.
処理手段は、例えば、プローブをクリーニングするクリーニング機構やプローブの配置を検出する針位置検出機構を備える。 The processing means includes, for example, a cleaning mechanism for cleaning the probe and a needle position detection mechanism for detecting the arrangement of the probe.
第1(Z軸)移動機構は、送り機構がボールネジとボールネジを回転するモータとを備え、ウエハステージ移動機構及び前記処理ステージ移動機構がそれぞれテーパカム機構を備えるように構成することで実現できる。 The first (Z-axis) moving mechanism can be realized by configuring the feed mechanism to include a ball screw and a motor that rotates the ball screw, and the wafer stage moving mechanism and the processing stage moving mechanism each include a taper cam mechanism.
本発明によれば、低コストで、小型で、軽量のプローバが実現でき、移動機構の振動が低減されるので、移動精度も向上する。 According to the present invention, a low-cost, small and light prober can be realized, and the vibration of the moving mechanism is reduced, so that the moving accuracy is improved.
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、X軸移動台14の上に載置される部分のみが異なるので、この部分についてのみ説明する。 Examples of the present invention will be described below. The embodiment of the present invention has the same configuration as the conventional prober described with reference to FIGS. 1 and 2, and only the portion placed on the X-axis moving table 14 is different, so only this portion will be described. .
図3は、実施例のプローバにおいて、X軸移動台14の上に載置されるZ軸(第1)移動機構、及びそれにより移動されるウエハステージ18と針位置合わせカメラ21とクリーニングステージ22の部分の構成を示す図である。
FIG. 3 shows a Z-axis (first) moving mechanism placed on the X-axis moving table 14 in the prober of the embodiment, and the
図3に示すように、この部分は、ベース51と、モータ52と、モータ52により回転されるボールネジ53と、ボールネジ53を含む回転軸を支持する第1及び第2支持部材54、55と、テーパカム機構及びボールネジ53とかみ合わされるナットを有する第1及び第2移動部56、57と、第1支持部材54に沿ってZ軸方向に移動可能に支持され、第1移動部56の移動に伴いそのテーパカム機構によりZ軸方向に移動する第1Z移動部58と、第2支持部材55に沿ってZ軸方向に移動可能に支持され、第2移動部57の移動に伴いそのテーパカム機構によりZ軸方向に移動する第2Z移動部59とで構成される。第1Z移動部58の上にはウエハステージ18が支持され、第2Z移動部59の上には針位置合わせカメラ21及びクリーニングステージ22が支持される。
As shown in FIG. 3, this portion includes a
ボールネジ53が順方向に回転すると、ボールネジ53とかみ合わされるナットを有する第1及び第2移動部56、57は、右方向に移動する。第1移動部56が右方向に移動すると、第1Z移動部58はテーパカム機構により下方向に移動する。第2移動部57が右方向に移動すると、第2Z移動部59はテーパカム機構により上方向に移動する。同様に、ボールネジ53が逆方向に回転すると、第1及び第2移動部56、57は左方向に移動する。第1移動部56が左方向に移動すると、第1Z移動部58はテーパカム機構により上方向に移動する。第2移動部57が左方向に移動すると、第2Z移動部59はテーパカム機構により下方向に移動する。このように、第1Z移動部58及び第2Z移動部59は、ボールネジ53の回転に応じて上下方向に移動するが、移動方向が逆である。
When the
図3の部分を図1のX軸移動台14の上に載置した構成のプローバの動作を説明する。ウエハステージ18上に保持されたウエハWをプローブ29に接触させる時には、第2Z移動部59が第1Z移動部58より低くなるように、言い換えれば、クリーニングステージ22がウエハステージ18より低くなる状態にした上で、ウエハWのチップの電極パッドがプローブ29の直下に位置するように移動した後、ウエハステージ18を上方向に移動して電極パッドをプローブ29に接触させる。この時、クリーニングステージ22は更に下方向に移動する。
The operation of the prober having the configuration shown in FIG. 3 placed on the X-axis moving table 14 in FIG. 1 will be described. When the wafer W held on the
クリーニングステージ22をプローブ29に接触させる時には、第1Z移動部58が第2Z移動部59より十分低くなるように、言い換えれば、ウエハステージ18がクリーニングステージ22より十分低くなる状態にした上で、クリーニングステージ22がプローブ29の下に位置するように移動する。この時、ウエハステージ18は低い位置にあるため、ウエハアライメントカメラ26とは衝突しない。そして、クリーニングステージ22を上方向に移動してプローブ29に接触させる。この時、ウエハステージ18は更に下方向に移動する。
When the
針位置合わせカメラ21でプローブ29の位置を検出する時は、針位置合わせカメラ21がプローブ29の下に位置する以外、クリーニングステージ22をプローブ29に接触させる時と同様である。
When the position of the
ウエハアライメントカメラ26でウエハWのチップの電極パッドの位置を検出する時も、クリーニングステージ22をプローブ29に接触させる時に類似しており、対象のチップの電極パッドをウエハアライメントカメラ26の下に位置させた上で、ウエハステージ18を上方向に移動してウエハアライメントカメラ26の焦点位置を電極パッド上に合わせる。この時、クリーニングステージ22は下方向に移動する。
When the position of the electrode pad of the chip on the wafer W is detected by the
本発明は、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラやプローブのクリーニング機構を有するプローバであれば、どのようなプローバにも適用可能であり、特に大口径のウエハが検査対象で、直径の大きなプローブカードを使用するプローバに適用すると効果的である。 The present invention can be applied to any prober as long as it is a prober having a needle alignment camera for detecting the probe position or a probe cleaning mechanism. Particularly, a large-diameter wafer is to be inspected and has a large diameter. It is effective when applied to a prober using a probe card.
18 ウエハステージ
21 針位置合わせカメラ
22 クリーニングステージ
26 ウエハアライメントカメラ
28 プローブカード
29 プローブ
52 モータ
53 ボールネジ
56 第1移動部
57 第2移動部
58 第1Z移動部
59 第2Z移動部
18
Claims (4)
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、
前記プローブに対して所定の処理を行う処理手段と、
前記ウエハステージ及び前記処理手段をZ軸方向に移動する第1移動機構と、
前記第1移動機構を保持して、前記Z軸方向に垂直な方向に制御する共通移動機構と、を備え、
前記第1移動機構は、
送り機構と、
前記ウエハステージを、前記送り機構の送りに対して前記Z軸方向に移動するウエハステージ移動機構と、
前記処理手段を、前記送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆の前記Z軸方向に移動する処理ステージ移動機構とを、備えることを特徴とするプローバ。 A prober for connecting each terminal of the tester to an electrode of the semiconductor device in order to inspect the semiconductor device formed on the wafer with a tester,
A probe card having a probe that contacts the electrode of the semiconductor device and connects the electrode to a terminal of the tester;
A wafer stage for holding the wafer;
Processing means for performing predetermined processing on the probe;
A first moving mechanism for moving the wafer stage and the processing means in the Z-axis direction;
A common movement mechanism that holds the first movement mechanism and controls the first movement mechanism in a direction perpendicular to the Z-axis direction;
The first moving mechanism includes:
A feed mechanism;
A wafer stage moving mechanism for moving the wafer stage in the Z-axis direction with respect to the feed of the feed mechanism;
A prober, comprising: a processing stage moving mechanism that moves the processing means in the Z-axis direction opposite to the wafer stage with respect to the feeding of the feeding mechanism.
前記ウエハステージ移動機構及び前記処理ステージ移動機構は、それぞれテーパカム機構を備える請求項1から3のいずれか1項に記載のプローバ。 The feed mechanism includes a ball screw and a motor that rotates the ball screw,
The prober according to claim 1, wherein each of the wafer stage moving mechanism and the processing stage moving mechanism includes a taper cam mechanism.
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