JP5560946B2 - PROBE DEVICE AND PROBE DEVICE CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、プローブ装置及びプローブ装置の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a probe device and a method for controlling the probe device.
シリコンウエハ上に二次元的に形成された半導体回路等の半導体素子領域における試験を行う際にプローブ装置が用いられる。このプローブ装置は、検査等の試験の対象となるシリコンウエハ上の半導体素子領域に設けられた複数の電極部に、プローブ装置に設置されているプローブカードの複数のプローブ針を各々接触させて電気的に接続させて、試験信号等を入力して試験を行う。尚、試験信号は、プローブ装置に接続されたＬＳＩ（Large Scale Integration）テスタ等により発生させ、電極部は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、ハンダ等のバンプにより形成されている。 A probe apparatus is used when testing a semiconductor element region such as a semiconductor circuit formed two-dimensionally on a silicon wafer. In this probe device, a plurality of probe needles of a probe card installed in the probe device are brought into contact with a plurality of electrode portions provided in a semiconductor element region on a silicon wafer to be tested such as inspection, respectively. Connect them to each other and input a test signal to test. The test signal is generated by an LSI (Large Scale Integration) tester or the like connected to the probe device, and the electrode part is formed by bumps such as aluminum (Al), gold (Au), and solder.
プローブ装置において、試験の対象となるシリコンウエハは、プローブ装置のウエハステージ上に設置され、このウエハステージを上下左右等の３次元方向に移動させることにより、シリコンウエハを移動させることができる。このようにウエハステージを移動させることにより、シリコンウエハに設けられた電極部とプローブカードに設けられたプローブ針との位置合せや、電極部とプローブ針との接触動作を行う。 In the probe apparatus, a silicon wafer to be tested is placed on a wafer stage of the probe apparatus, and the silicon wafer can be moved by moving the wafer stage in three-dimensional directions such as up, down, left and right. By moving the wafer stage in this way, alignment between the electrode portion provided on the silicon wafer and the probe needle provided on the probe card and contact operation between the electrode portion and the probe needle are performed.
このようなプローブ装置においては、省スペース化、試験時間の短縮を目的としたプローブ装置が開示されている（例えば、特許文献１、２）。 In such probe devices, probe devices aimed at saving space and shortening test time are disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2).
ところで、プローブ装置を用いた試験を行う際には、シリコンウエハ上に設けられた電極部を介し、試験信号等を入力させるため、プローブカードに設けられたプローブ針の先端と、シリコンウエハ上に設けられた電極部とを接触させる必要がある。 By the way, when a test using the probe device is performed, a test signal or the like is input via an electrode portion provided on the silicon wafer. Therefore, the tip of the probe needle provided on the probe card and the silicon wafer are provided on the silicon wafer. It is necessary to contact the provided electrode part.
しかしながら、シリコンウエハ上に設けられた電極部とプローブ針の先端とを接触させる際の力が強いと、電極部やシリコンウエハにおいて電極部の下部に設けられた半導体回路等に強い衝撃を与えてしまう。このような強い衝撃により、形成されている半導体回路等を破壊してしまう場合や、または、特性を低下させてしまう場合がある。 However, if the force at the time of bringing the electrode part provided on the silicon wafer into contact with the tip of the probe needle is strong, a strong impact is given to the electrode part or the semiconductor circuit provided below the electrode part in the silicon wafer. End up. Such a strong impact may destroy a formed semiconductor circuit or the like, or may deteriorate characteristics.
このことを図１に基づいてより詳しく説明する。例えば、図１に示されるように、シリコンウエハ１２０には半導体回路等が形成されており、この半導体回路等の一部として層間絶縁膜１２３と配線層１２４とが交互に積層形成されている場合について考える。この場合、プローブ針１５１の先端が、シリコンウエハ１２０の表面に形成された電極部１２２において強い力で接触させると、プローブ針１５１の先端との接触の際の強い力の衝撃が、電極部１２２の下部にまで伝わる。これにより、層間絶縁膜１２３に亀裂１２５等が生じ、半導体回路等において不良が発生してしまう。また、プローブ針１５１の先端が、電極部１２２に強い力で接触することにより、プローブ針の先端が接触していた電極部において、深くて大きなプローブ痕が形成されてしまう場合がある。このような深くて大きなプローブ痕が形成されると、電極部１２２においてワイヤボンディング等により接続を行う際、電極部１２２と接続されるボンディングワイヤとの付着力が低下し、製造される半導体素子における不良の原因となる。尚、図１（ａ）は、電極部１２２とプローブ針１５１の先端が接触する前の状態を示すものであり、図１（ｂ）は、電極部１２２とプローブ針１５１の先端が強い力で接触した後の状態を示すものである。 This will be described in more detail with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 1, a semiconductor circuit or the like is formed on the silicon wafer 120, and an interlayer insulating film 123 and a wiring layer 124 are alternately stacked as a part of the semiconductor circuit or the like. think about. In this case, when the tip of the probe needle 151 is brought into contact with the electrode portion 122 formed on the surface of the silicon wafer 120 with a strong force, a strong force impact at the time of contact with the tip of the probe needle 151 is caused. To the bottom of As a result, a crack 125 or the like occurs in the interlayer insulating film 123, and a defect occurs in a semiconductor circuit or the like. Further, when the tip of the probe needle 151 comes into contact with the electrode portion 122 with a strong force, a deep and large probe mark may be formed in the electrode portion with which the tip of the probe needle is in contact. When such a deep and large probe mark is formed, when the electrode part 122 is connected by wire bonding or the like, the adhesive force between the electrode part 122 and the bonding wire connected to the electrode part 122 is reduced, and thus in the manufactured semiconductor element It causes a defect. 1A shows a state before the electrode portion 122 and the tip of the probe needle 151 contact each other, and FIG. 1B shows a state in which the electrode portion 122 and the tip of the probe needle 151 have a strong force. The state after contact is shown.
このため、プローブ装置における試験を行う場合において、シリコンウエハ内に形成されている半導体回路を破壊することなく、また、プローブ痕ができるだけ小さく形成されるプローブ装置及びプローブ装置の制御方法が望まれている。 For this reason, there is a demand for a probe device and a probe device control method in which a probe trace is formed as small as possible without destroying a semiconductor circuit formed in a silicon wafer when performing a test in the probe device. Yes.
本実施の形態の一観点によれば、ウエハに形成された半導体素子領域における電気的な特性の試験を行うプローブ装置において、前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、前記プローブカードが設置されるテストヘッドと、を有し、前記テストヘッドは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであって、前記ウエハ駆動ステージは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであって、前記ウエハ駆動ステージの移動方向と前記テストヘッドの移動方向とは同一方向であって、前記テストヘッドの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度は、前記ウエハ駆動ステージの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度よりも低速で移動させることができるものであることを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, in a probe apparatus for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer, a wafer driving stage on which the wafer is installed and a semiconductor drive region formed on the semiconductor element region. A probe card provided with a plurality of probe needles electrically connected to the electrode unit, and a test head on which the probe card is installed, the test head moving in a direction perpendicular to the wafer surface what der which can be, the wafer drive stage, the relative wafer surface be one that can be moved in the vertical direction, the moving direction of the moving direction and the test head of the wafer drive stage The moving speed of the test head in the direction perpendicular to the wafer surface is the same direction as the wafer driving stage. Characterized in der Rukoto which can be moved at a lower speed than the moving speed in the direction perpendicular to the plane.
また、本実施の形態の他の一観点によれば、ウエハに形成された半導体素子領域における電気的な特性の試験を行うプローブ装置の制御方法において、前記プローブ装置は、前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、前記プローブカードが設置されるテストヘッドとを有しており、前記ウエハ駆動ステージ及び前記テストヘッドをともに前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させながら、前記電極部と前記プローブ針とを接触させ、前記電極部と前記プローブ針とを接触させた後、前記半導体素子領域の試験を行うものであって、前記ウエハ駆動ステージの移動方向と前記テストヘッドの移動方向とは同一方向であって、前記電極部と前記プローブ針とを接触させる際、前記ウエハ駆動ステージの移動速度よりも前記テストヘッドの移動速度が、低速であること特徴とする。
According to another aspect of the present embodiment, in the probe apparatus control method for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer, the probe apparatus includes the wafer. A wafer drive stage, a probe card provided with a plurality of probe needles electrically connected to electrode portions formed in the semiconductor element region, and a test head on which the probe card is installed, While moving both the wafer drive stage and the test head in a direction perpendicular to the wafer surface, the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other, and then the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other. a performs a test area, a same direction to the moving direction of the moving direction and the test head of the wafer drive stage, wherein When contacting the probe needle and electrode portion, the moving speed of the test head than the moving speed of the wafer drive stage, wherein it is slow.
開示のプローブ装置及びプローブ装置の制御方法では、シリコンウエハ内に形成されている半導体回路等を破壊することなく、プローブ針の先端の接触痕をできるだけ小さくすることのできるプローブ装置及びプローブ装置の制御方法を提供することができる。 In the disclosed probe device and probe device control method, the probe device and the probe device control capable of minimizing the contact trace of the tip of the probe needle without destroying the semiconductor circuit or the like formed in the silicon wafer. A method can be provided.
発明を実施するための形態について、以下に説明する。 Modes for carrying out the invention will be described below.
〔第１の実施の形態〕
図２に基づき、第１の実施の形態におけるプローブ装置及びプローブ装置の制御方法について説明する。
[First Embodiment]
Based on FIG. 2, the probe apparatus and the control method of the probe apparatus in the first embodiment will be described.
本実施の形態におけるプローブ装置１０は、試験の対象となるシリコンウエハであるウエハ２０を設置するウエハ駆動ステージ３０と、プローブカード５０が接続されているテストヘッド４０とを有している。ウエハ駆動ステージ３０は、不図示の駆動系により全体を３次元方向、即ち、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動させることが可能であり、更には、ウエハ駆動ステージ３０の全体をθ方向に傾けることが可能である。また、テストヘッド４０は、不図示の駆動系により全体を３次元方向、即ち、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動可能であり、更には、テストトヘッド４０全体をθ方向に傾けることが可能である。プローブカード５０は、一方の面において、ウエハ２０に設けられた電極部と接触させるための複数のプローブ針５１を有している。また、プローブカード５０は、他方の面において不図示の電極端子を有しており、この電極端子はテストヘッド４０における不図示の電極端子と電気的に接続されている。尚、プローブ装置１０は、ケーブル６１によりＬＳＩテスタ６０に接続されている。また、プローブ装置１０におけるウエハ駆動ステージ３０及びテストヘッド４０は不図示の制御部に接続されており、制御部における制御により、ウエハ駆動ステージ３０及びテストヘッド４０を所定の方向に移動させることができる。尚、不図示の制御部は、プローブ装置１０の内に設けてもよく、また、ＬＳＩテスタ６０内に設けてもよい。 The probe apparatus 10 in the present embodiment includes a wafer drive stage 30 on which a wafer 20 that is a silicon wafer to be tested is installed, and a test head 40 to which a probe card 50 is connected. The wafer drive stage 30 can be moved in the three-dimensional direction, that is, the X direction, the Y direction, and the Z direction by a drive system (not shown). It is possible to tilt. Further, the test head 40 can be moved in the three-dimensional direction, that is, the X direction, the Y direction, and the Z direction by a drive system (not shown), and further, the entire test head 40 can be tilted in the θ direction. It is. The probe card 50 has a plurality of probe needles 51 for making contact with an electrode portion provided on the wafer 20 on one surface. The probe card 50 has an electrode terminal (not shown) on the other surface, and this electrode terminal is electrically connected to an electrode terminal (not shown) in the test head 40. The probe device 10 is connected to the LSI tester 60 by a cable 61. The wafer drive stage 30 and the test head 40 in the probe apparatus 10 are connected to a control unit (not shown), and the wafer drive stage 30 and the test head 40 can be moved in a predetermined direction by the control of the control unit. . A control unit (not shown) may be provided in the probe apparatus 10 or in the LSI tester 60.
また、図３に示すように、試験の対象となるウエハ２０は、二次元的に所定の形状の半導体素子領域２１が複数形成されており、各々の半導体素子領域２１には複数の電極部２２を有している。この電極部２２は、試験の際にプローブ針５１の先端と接触する部分であり、Ａｌ、金（Ａｕ）、ハンダ等の材料からなるバンプにより形成されている。尚、図３（ａ）は、試験の対象となるウエハ２０の全体を示す上面図であり、図３（ｂ）は、ウエハ２０上に形成された半導体素子領域２１の拡大図である。 Further, as shown in FIG. 3, a wafer 20 to be tested has a plurality of semiconductor element regions 21 having a predetermined shape two-dimensionally formed, and each of the semiconductor element regions 21 has a plurality of electrode portions 22. have. The electrode portion 22 is a portion that comes into contact with the tip of the probe needle 51 during the test, and is formed of a bump made of a material such as Al, gold (Au), or solder. 3A is a top view showing the entire wafer 20 to be tested, and FIG. 3B is an enlarged view of the semiconductor element region 21 formed on the wafer 20.
ところで、ウエハ２０における電極部２２とプローブ針５１とを接触させる際の速度を低速にすることにより、ウエハ２０上に形成されている半導体回路等の破壊等を防ぐことができ、ウエハ２０における電極部２２に形成されるプローブ痕も小さくすることができる。即ち、プローブ針５１を電極部２２に接触させる際の相対速度を低速にすることにより、ウエハ２０上に形成されている半導体回路等における破壊等を防ぐことができ、ウエハ２０電極部２２において形成されるプローブ痕も小さくすることができる。 By the way, by reducing the speed at which the electrode portion 22 and the probe needle 51 in the wafer 20 are brought into contact with each other, it is possible to prevent the semiconductor circuit and the like formed on the wafer 20 from being destroyed. Probe marks formed on the portion 22 can also be reduced. That is, by lowering the relative speed at which the probe needle 51 is brought into contact with the electrode portion 22, it is possible to prevent breakage or the like in the semiconductor circuit or the like formed on the wafer 20. The probe mark to be made can also be reduced.
このことを図４に基づき説明する。図４は、電極部２２とプローブ針５１とを接触させる際、プローブ針５１と電極部２２との相対速度を変えて接触させた場合の電極部２２の表面の状態を示すものである。尚、図４（ａ）は、相対速度が２０ｍｍ／秒で接触させた場合の電極部２２の表面を示すものであり、図４（ｂ）は、相対速度が１０ｍｍ／秒で接触させた場合の電極部２２の表面を示すものである。どちらの場合においても、プローブ痕は形成されるものの、図４（ａ）に示す相対速度が２０ｍｍ／秒で接触させた場合に比べ、図４（ｂ）に示す相対速度が１０ｍｍ／秒で接触させた場合の方が、形成されるプローブ痕は浅く小さなものとなる。 This will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the state of the surface of the electrode unit 22 when the electrode unit 22 and the probe needle 51 are brought into contact with each other while changing the relative speed between the probe needle 51 and the electrode unit 22. 4A shows the surface of the electrode portion 22 when the contact is made at a relative speed of 20 mm / second, and FIG. 4B shows the case where the contact is made at a relative speed of 10 mm / second. The surface of the electrode part 22 is shown. In either case, the probe mark is formed, but compared with the case where the relative speed shown in FIG. 4A is contacted at 20 mm / second, the relative speed shown in FIG. 4B is contacted at 10 mm / second. In this case, the probe marks formed are shallower and smaller.
このように、プローブ針５１に対する電極部２２の相対速度を低くすることにより、プローブ痕を浅く小さくすることができる。また、このプローブ痕の様子から、プローブ針５１に対する電極部２２の相対速度を低くすることにより、電極部２２の下部に形成される半導体回路等に与える衝撃を軽減することができるものと推認される。 Thus, by reducing the relative speed of the electrode part 22 with respect to the probe needle 51, the probe mark can be made shallower and smaller. Further, from the appearance of the probe marks, it is presumed that the impact given to the semiconductor circuit or the like formed under the electrode part 22 can be reduced by lowering the relative speed of the electrode part 22 with respect to the probe needle 51. The
このように、プローブ針５１に対する電極部２２の相対速度を低くすることにより、電極部２２に形成されるプローブ痕を浅く小さなものとすることができ、半導体回路等に与える衝撃も和らげることが可能である。ところで、従来のプローブ装置は、テストヘッドが固定された状態で、ウエハ駆動ステージを上方向に移動させることにより、プローブ針と電極部とを接触させる構造のものである。従って、重いウエハ駆動ステージのみをウエハ面に対し垂直方向に極めて低速で移動させることは、駆動系において大きな負担となり実用的ではなく、また、プローブ針５１と電極部２２とを接触させる際の時間を要し、試験のスループット等を低下させてしまう。 Thus, by lowering the relative speed of the electrode portion 22 with respect to the probe needle 51, the probe mark formed on the electrode portion 22 can be made shallower and smaller, and the impact on the semiconductor circuit or the like can be reduced. It is. By the way, the conventional probe apparatus has a structure in which the probe needle and the electrode unit are brought into contact with each other by moving the wafer drive stage upward with the test head fixed. Accordingly, it is not practical to move only the heavy wafer drive stage in a direction perpendicular to the wafer surface at a very low speed, which is a heavy burden on the drive system, and the time required for contacting the probe needle 51 and the electrode portion 22 is not practical. The test throughput is reduced.
よって、本実施の形態におけるプローブ装置１０では、ウエハ駆動ステージ３０と、テストヘッド４０とが、ともにウエハ２０に対し略垂直方向（Ｚ軸方向）に移動することができる構造のものである。図５及び図６に示すように、このプローブ装置１０において、ウエハ２０の電極部２２とプローブ針５１の先端とを接触させる際には、ウエハ駆動ステージ３０を矢印Ａに示す方向に移動させ、テストヘッド４０を矢印Ｂに示す方向に移動させる。矢印Ａに示す方向と矢印Ｂに示す方向とは、ともに同一方向でありウエハ２０面に対し略垂直方向（Ｚ軸方向）である。この際、ウエハ駆動ステージ３０を移動させる速度よりも低速で速度でテストヘッド４０を移動させる。これにより、試験のスループットをあまり低下等させることなく、プローブ針５１に対する電極部２２の相対速度が低い状態で、プローブ針５１と電極部２２とを接触させることができる。また、ウエハ駆動ステージ３０を駆動するための駆動系における負担は大きくないため、通常の駆動系を使用することが可能である。尚、図６は、図５における半導体素子領域２１の電極部２２の部分の拡大図である。また、電極部２２の周囲には、絶縁体からなるカバー膜２３が形成されている。 Therefore, the probe apparatus 10 according to the present embodiment has a structure in which both the wafer drive stage 30 and the test head 40 can move in a substantially vertical direction (Z-axis direction) with respect to the wafer 20. As shown in FIGS. 5 and 6, in this probe apparatus 10, when the electrode portion 22 of the wafer 20 and the tip of the probe needle 51 are brought into contact with each other, the wafer drive stage 30 is moved in the direction indicated by the arrow A, The test head 40 is moved in the direction indicated by arrow B. The direction indicated by the arrow A and the direction indicated by the arrow B are both the same direction and are substantially perpendicular to the wafer 20 surface (Z-axis direction). At this time, the test head 40 is moved at a lower speed than the speed at which the wafer drive stage 30 is moved. Thereby, the probe needle 51 and the electrode part 22 can be brought into contact with each other in a state where the relative speed of the electrode part 22 with respect to the probe needle 51 is low without significantly reducing the throughput of the test. In addition, since the burden on the drive system for driving the wafer drive stage 30 is not large, it is possible to use a normal drive system. 6 is an enlarged view of a portion of the electrode portion 22 of the semiconductor element region 21 in FIG. A cover film 23 made of an insulator is formed around the electrode portion 22.
図７及び図８に基づき、プローブ針５１の先端と電極部２２との接触について、より詳細に説明する。図７及び図８に示されるように、ウエハ駆動ステージ３０は速度Ｖ１で＋Ｚ方向に移動し、テストヘッド４０は速度Ｖ２で＋Ｚ方向に移動している。即ち、図８（ａ）に示すように、ウエハ駆動ステージ３０の設置されたウエハ２０の電極部２２は速度Ｖ１で＋Ｚ方向に移動し、図８（ｂ）に示すように、テストヘッド４０に取り付けられたプローブカード５０のプローブ針５１は速度Ｖ２で＋Ｚ方向に移動している。この場合、プローブ針５１に対するウエハ２０における電極部２２の相対速度は、図８（ｃ）に示すように、Ｖ１−Ｖ２であり、このような低い相対速度Ｖ１−Ｖ２でプローブ針５１とウエハ２０における電極部２２とを接触させることができる。 Based on FIG.7 and FIG.8, the contact of the front-end | tip of the probe needle 51 and the electrode part 22 is demonstrated in detail. As shown in FIGS. 7 and 8, the wafer drive stage 30 is moved in the + Z direction at a speed V 1, test head 40 is moved in the + Z direction at a speed V 2. That is, as shown in FIG. 8 (a), the electrode portion 22 of the installed wafer 20 in the wafer drive stage 30 is moved in the + Z direction at a speed V 1, as shown in FIG. 8 (b), the test head 40 probe needles 51 of the probe card 50 attached to the moving in the + Z direction at a speed V 2. In this case, the relative speed of the electrode portion 22 on the wafer 20 with respect to the probe needle 51 is V 1 -V 2 as shown in FIG. 8C, and the probe needle has such a low relative speed V 1 -V 2. 51 and the electrode part 22 in the wafer 20 can be brought into contact with each other.
このように、本実施の形態におけるプローブ装置１０では、ウエハ２０に設けられた半導体回路を破壊等することなく、ウエハ２０の電極部２２とプローブ針５１の先端とを接触させることができる。これにより、プローブ装置を用いた試験において、ウエハ２０の電極部２２とプローブ針５１の先端とが接触する際に生じる半導体回路における破壊等を防ぐことができる。また、プローブ針５１の先端が接触することにより形成される電極部２２におけるプローブ痕は浅く、かつ、小さなものとなる。このため、電極部２２においてワイヤボンディングにより電気的に接続を行う際、電極部２２におけるボンディングワイヤとの付着力の低下を防ぐことができる。尚、この後、プローブ針５１の先端と電極部２２とが接触している状態で、本実施の形態におけるプローブ装置１０によりウエハ２０における半導体素子領域２１における試験が行われる。 Thus, in the probe apparatus 10 according to the present embodiment, the electrode portion 22 of the wafer 20 and the tip of the probe needle 51 can be brought into contact without destroying the semiconductor circuit provided on the wafer 20. Thereby, in the test using the probe device, it is possible to prevent the semiconductor circuit from being broken when the electrode portion 22 of the wafer 20 and the tip of the probe needle 51 come into contact with each other. Further, the probe mark in the electrode portion 22 formed by the contact of the tip of the probe needle 51 is shallow and small. For this reason, when the electrode part 22 is electrically connected by wire bonding, it is possible to prevent a decrease in adhesion force between the electrode part 22 and the bonding wire. Thereafter, in the state where the tip of the probe needle 51 and the electrode portion 22 are in contact with each other, the test in the semiconductor element region 21 on the wafer 20 is performed by the probe apparatus 10 in the present embodiment.
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態において電極部２２とプローブ針５１の先端とが接触している状態で、更に、電極部２２の表面に形成されている酸化膜等をプローブ針５１により削り取るものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, in the state where the electrode portion 22 and the tip of the probe needle 51 are in contact with each other in the first embodiment, an oxide film or the like formed on the surface of the electrode portion 22 is further removed. It will be scraped off.
具体的には、電極部２２がアルミニウム等の材料により形成されている場合には、電極部２２の表面にアルミニウムの酸化膜が形成される。特に、第１の実施の形態では、電極部２２とプローブ針５１とを接触させる際の相対速度が低いため、電極部２２の表面に酸化膜が形成されていると、酸化膜により電極部２２とプローブ針５１との電気的な接続が不確実となる場合がある。このような場合において、ウエハ２０の半導体回路等における正確な試験を行うことができない。 Specifically, when the electrode portion 22 is made of a material such as aluminum, an aluminum oxide film is formed on the surface of the electrode portion 22. In particular, in the first embodiment, since the relative speed when the electrode portion 22 and the probe needle 51 are brought into contact with each other is low, if an oxide film is formed on the surface of the electrode portion 22, the electrode portion 22 is formed by the oxide film. In some cases, the electrical connection between the probe needle 51 and the probe needle 51 is uncertain. In such a case, an accurate test on the semiconductor circuit or the like of the wafer 20 cannot be performed.
このため、テストヘッド４０をウエハ２０面に略平行な方向、即ち、Ｘ方向、Ｙ方向または、Ｘ方向及びＹ方向に微小移動させることにより、電極部２２の表面に接触しているプローブ針５１の先端の位置を微小移動させる。これにより、電極部２２の表面に形成されている不図示の酸化膜を削り取ることができる。尚、この場合、ウエハ駆動ステージ３０を移動させてもよく、更には、テストヘッド４０とともにウエハ駆動ステージ３０をテストヘッド４０の移動方向に対し反対方向、または、垂直方向に移動させてもよい。 For this reason, the probe needle 51 that is in contact with the surface of the electrode portion 22 by minutely moving the test head 40 in a direction substantially parallel to the surface of the wafer 20, that is, in the X direction, Y direction, or X direction and Y direction. The position of the tip of is moved slightly. Thereby, an oxide film (not shown) formed on the surface of the electrode portion 22 can be scraped off. In this case, the wafer drive stage 30 may be moved, and further, the wafer drive stage 30 may be moved together with the test head 40 in a direction opposite to the moving direction of the test head 40 or in a vertical direction.
本実施の形態におけるプローブ装置１０の制御方法について図９に基づき説明する。図９に示されるように、ウエハ２０の電極部２２にプローブ針５１が接触している状態で、プローブ針５１を矢印Ｃで示す方向、即ち、＋Ｘ方向に微小移動させる。プローブ針５１の微小移動はテストヘッド４０を移動させることにより行う。尚、図９（ａ）は、ウエハ２０の半導体素子領域２１の電極部２２にプローブ針５１が接触し微小移動している状態を示すものであり、図９（ｂ）は、電極部２２の拡大図であり、図９（ｃ）は、電極部２２の上面図である。このように、プローブ針５１を＋Ｘ軸方向に微小移動させることにより、電極部２２の表面に形成されている酸化膜が除去され、酸化膜が除去された領域２２ａが形成される。この酸化膜が除去された領域２２ａは、電極部２２において、酸化されていない金属が露出しているため、この酸化膜が除去された領域２２ａに、プローブ針５１が接触することにより、電極部２２とプローブ針５１とを電気的に接続することができる。 A control method of the probe apparatus 10 in the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, with the probe needle 51 in contact with the electrode portion 22 of the wafer 20, the probe needle 51 is slightly moved in the direction indicated by the arrow C, that is, in the + X direction. The minute movement of the probe needle 51 is performed by moving the test head 40. FIG. 9A shows a state in which the probe needle 51 is in contact with the electrode portion 22 of the semiconductor element region 21 of the wafer 20 and is moved slightly. FIG. 9B shows the state of the electrode portion 22. FIG. 9C is an enlarged view, and FIG. 9C is a top view of the electrode portion 22. Thus, by moving the probe needle 51 slightly in the + X-axis direction, the oxide film formed on the surface of the electrode portion 22 is removed, and the region 22a from which the oxide film has been removed is formed. Since the non-oxidized metal is exposed in the electrode portion 22, the region 22a from which the oxide film has been removed is exposed to the electrode portion by contacting the probe needle 51 with the region 22a from which the oxide film has been removed. 22 and the probe needle 51 can be electrically connected.
より詳細に電極部２２の表面における酸化膜の除去される過程について、図１０に基づき説明する。尚、図１０（ａ）は、電極部２２の表面にプローブ針５１の先端が接触している状態であって、プローブ針５１が矢印Ｃに示す方向に移動する前の状態を示すものであり、図１０（ｂ）は、プローブ針５１が矢印Ｃに示す方向に移動した後の状態を示すものである。図１０（ａ）に示すように、電極部２２の表面にプローブ針５１の先端が接触している状態では、プローブ針５１の先端では、電極部２２に対し力が加わっている。この状態で、矢印Ｃに示す方向にプローブ針５１の先端を移動させると、電極部２２の表面はプローブ針５１の先端により削り取られて酸化膜が除去されて、酸化膜が除去された領域２２ａが形成される。このように酸化膜が除去された領域２２ａでは金属が露出しているため、酸化膜が除去された領域２２ａにおいてプローブ針５１の先端を接触させることにより、電極部２２とプローブ針５１とを電気的に接続することができる。 The process of removing the oxide film on the surface of the electrode portion 22 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 10A shows a state in which the tip of the probe needle 51 is in contact with the surface of the electrode portion 22 and before the probe needle 51 is moved in the direction indicated by the arrow C. FIG. 10B shows a state after the probe needle 51 has moved in the direction indicated by the arrow C. As shown in FIG. 10A, when the tip of the probe needle 51 is in contact with the surface of the electrode portion 22, force is applied to the electrode portion 22 at the tip of the probe needle 51. In this state, when the tip of the probe needle 51 is moved in the direction indicated by the arrow C, the surface of the electrode portion 22 is scraped off by the tip of the probe needle 51 to remove the oxide film, and the region 22a from which the oxide film has been removed. Is formed. Since the metal is exposed in the region 22a from which the oxide film has been removed in this way, the electrode portion 22 and the probe needle 51 are electrically connected by bringing the tip of the probe needle 51 into contact with the region 22a from which the oxide film has been removed. Can be connected.
次に、本実施の形態におけるプローブ装置１０の他の制御方法について、図１１に基づき説明する。図１１に示されるように、ウエハ２０の電極部２２にプローブ針５１が接触している状態で、プローブ針５１をＸＹ面における２次元方向に微小移動させる。プローブ針５１の微小移動はテストヘッド４０を移動させることにより行う。尚、図１１（ａ）は、ウエハ２０の半導体素子領域２１の電極部２２にプローブ針５１が接触し微小移動している状態を示すものであり、図１１（ｂ）は、電極部２２の拡大図であり、図１１（ｃ）は、電極部２２の上面図である。このように、プローブ針５１をＸＹ面における２次元方向に微小移動させることにより電極部２２の表面に形成されている酸化膜が除去され、酸化膜が除去された領域２２ｂが形成される。この酸化膜が除去された領域２２ｂでは、電極部２２における酸化されていない金属が露出しているため、プローブ針５１の先端を接触させることにより、電極部２２とプローブ針５１とを電気的に接続させることができる。尚、本実施の形態におけるプローブ装置１０の制御は、不図示の制御部において行われる。 Next, another control method of the probe apparatus 10 in the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the probe needle 51 is slightly moved in the two-dimensional direction on the XY plane while the probe needle 51 is in contact with the electrode portion 22 of the wafer 20. The minute movement of the probe needle 51 is performed by moving the test head 40. FIG. 11A shows a state in which the probe needle 51 is in contact with the electrode portion 22 of the semiconductor element region 21 of the wafer 20 and is finely moved. FIG. 11B shows the state of the electrode portion 22. FIG. 11C is an enlarged view, and FIG. 11C is a top view of the electrode portion 22. In this way, by moving the probe needle 51 minutely in the two-dimensional direction on the XY plane, the oxide film formed on the surface of the electrode portion 22 is removed, and the region 22b from which the oxide film has been removed is formed. In the region 22b from which the oxide film has been removed, the non-oxidized metal in the electrode part 22 is exposed, so that the electrode part 22 and the probe needle 51 are electrically connected by bringing the tip of the probe needle 51 into contact. Can be connected. In addition, control of the probe apparatus 10 in this Embodiment is performed in the control part not shown.
以上より、本実施の形態におけるプローブ装置１０の制御方法では、表面に酸化膜等を形成しやすい金属材料により電極部２２を形成している場合においても、電極部２２とプローブ針５１との接続をより確実なものとすることができる。この後、プローブ針５１の先端と電極部２２とが接触している状態で、本実施の形態におけるプローブ装置１０によりウエハ２０における半導体素子領域２１における試験が行われる。 As described above, in the method for controlling the probe apparatus 10 according to the present embodiment, the connection between the electrode portion 22 and the probe needle 51 is achieved even when the electrode portion 22 is formed of a metal material that easily forms an oxide film or the like on the surface. Can be made more reliable. Thereafter, in the state where the tip of the probe needle 51 and the electrode portion 22 are in contact with each other, the test in the semiconductor element region 21 on the wafer 20 is performed by the probe apparatus 10 in the present embodiment.
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ウエハに形成された半導体素子領域における電気的な特性の試験を行うプローブ装置において、
前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、
前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、
前記プローブカードが設置されるテストヘッドと、
を有し、前記テストヘッドは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであることを特徴とするプローブ装置。
（付記２）
前記ウエハ駆動ステージは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであって、
前記テストヘッドの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度は、前記ウエハ駆動ステージの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度よりも低速で移動させることができるものであることを特徴とする付記１に記載のプローブ装置。
（付記３）
前記テストヘッドは、前記ウエハ面に対し平行方向に移動させることができるものであることを特徴とする付記１または２に記載のプローブ装置。
（付記４）
前記ウエハ駆動ステージは、前記ウエハ面に対し水平方向に移動させることができるものであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のプローブ装置。
（付記５）
ウエハに形成された半導体素子領域における電気的な特性の試験を行うプローブ装置の制御方法において、
前記プローブ装置は、前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、前記プローブカードが設置されるテストヘッドとを有しており、
前記ウエハ駆動ステージ及び前記テストヘッドをともに前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させながら、前記電極部と前記プローブ針とを接触させ、
前記電極部と前記プローブ針とを接触させた後、前記半導体素子領域の試験を行うものであって、
前記電極部と前記プローブ針とを接触させる際、前記ウエハ駆動ステージの移動速度よりも前記テストヘッドの移動速度が、低速であること特徴とするプローブ装置の制御方法。
（付記６）
前記電極部と前記プローブ針とを接触させた後、前記半導体素子領域の試験を行う前に、
前記テストヘッドを前記ウエハ面に対し平行方向に微小移動させることにより、前記電極部の表面に形成された膜を除去することを特徴とする付記５に記載のプローブ装置の制御方法。
（付記７）
前記テストヘッドを前記ウエハ面に対し平行方向に微小移動させる際に、前記ウエハ駆動ステージについても、前記テストヘッドの微小移動の方向と異なる方向であって、前記ウエハ面に対し平行な方向に微小移動させることを特徴とする付記６に記載のプローブ装置の制御方法。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
In a probe apparatus for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer,
A wafer drive stage on which the wafer is installed;
A probe card provided with a plurality of probe needles electrically connected to the electrode portion formed in the semiconductor element region;
A test head on which the probe card is installed;
And the test head is capable of moving in a direction perpendicular to the wafer surface.
(Appendix 2)
The wafer drive stage can be moved in a direction perpendicular to the wafer surface,
The moving speed of the test head in the direction perpendicular to the wafer surface can be moved at a lower speed than the moving speed of the wafer drive stage in the direction perpendicular to the wafer surface. The probe device according to 1.
(Appendix 3)
3. The probe apparatus according to appendix 1 or 2, wherein the test head can be moved in a direction parallel to the wafer surface.
(Appendix 4)
4. The probe apparatus according to any one of appendices 1 to 3, wherein the wafer drive stage can be moved in a horizontal direction with respect to the wafer surface.
(Appendix 5)
In a control method of a probe device for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer,
The probe apparatus includes a wafer drive stage on which the wafer is installed, a probe card provided with a plurality of probe needles that are electrically connected to electrode portions formed in the semiconductor element region, and the probe card is installed. And a test head
While moving both the wafer drive stage and the test head in a direction perpendicular to the wafer surface, the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other,
After the electrode part and the probe needle are brought into contact, the semiconductor element region is tested,
A method of controlling a probe apparatus, wherein when the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other, the moving speed of the test head is lower than the moving speed of the wafer drive stage.
(Appendix 6)
After contacting the electrode portion and the probe needle, before conducting the test of the semiconductor element region,
6. The probe apparatus control method according to appendix 5, wherein the film formed on the surface of the electrode portion is removed by finely moving the test head in a direction parallel to the wafer surface.
(Appendix 7)
When the test head is micro-moved in the direction parallel to the wafer surface, the wafer drive stage is also different from the direction of micro-movement of the test head and is micro in the direction parallel to the wafer surface. The method of controlling a probe device according to appendix 6, wherein the probe device is moved.
１０ プローブ装置
２０ ウエハ
２１ 半導体素子領域
２２ 電極部
２２ａ 酸化膜が除去された領域
２２ｂ 酸化膜が除去された領域
２３ カバー膜
３０ ウエハ駆動ステージ
４０ テストヘッド
５０ プローブカード
５１ プローブ針
６０ ＬＳＩテスタ
６１ ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Probe apparatus 20 Wafer 21 Semiconductor element area | region 22 Electrode part 22a Oxide film removed area 22b Oxide film removed area 23 Cover film 30 Wafer drive stage 40 Test head 50 Probe card 51 Probe needle 60 LSI tester 61 Cable
Claims (5)
前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、
前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、
前記プローブカードが設置されるテストヘッドと、
を有し、前記テストヘッドは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであって、
前記ウエハ駆動ステージは、前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させることができるものであって、
前記ウエハ駆動ステージの移動方向と前記テストヘッドの移動方向とは同一方向であって、
前記テストヘッドの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度は、前記ウエハ駆動ステージの前記ウエハ面に対し垂直方向における移動速度よりも低速で移動させることができるものであることを特徴とするプローブ装置。 In a probe apparatus for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer,
A wafer drive stage on which the wafer is installed;
A probe card provided with a plurality of probe needles electrically connected to the electrode portion formed in the semiconductor element region;
A test head on which the probe card is installed;
The a, the test head, I der which can be moved in the direction perpendicular to the wafer surface,
The wafer drive stage can be moved in a direction perpendicular to the wafer surface,
The moving direction of the wafer drive stage and the moving direction of the test head are the same direction,
Travel speed in the direction perpendicular to the wafer surface of the test head, probe, characterized in der Rukoto those relative to the wafer surface of the wafer drive stage can be moved at a lower speed than the moving speed in the vertical direction apparatus.
前記プローブ装置は、前記ウエハが設置されるウエハ駆動ステージと、前記半導体素子領域に形成された電極部と電気的に接続されるプローブ針が複数設けられたプローブカードと、前記プローブカードが設置されるテストヘッドとを有しており、
前記ウエハ駆動ステージ及び前記テストヘッドをともに前記ウエハ面に対し垂直方向に移動させながら、前記電極部と前記プローブ針とを接触させ、
前記電極部と前記プローブ針とを接触させた後、前記半導体素子領域の試験を行うものであって、
前記ウエハ駆動ステージの移動方向と前記テストヘッドの移動方向とは同一方向であって、
前記電極部と前記プローブ針とを接触させる際、前記ウエハ駆動ステージの移動速度よりも前記テストヘッドの移動速度が、低速であること特徴とするプローブ装置の制御方法。 In a control method of a probe device for testing electrical characteristics in a semiconductor element region formed on a wafer,
The probe apparatus includes a wafer drive stage on which the wafer is installed, a probe card provided with a plurality of probe needles that are electrically connected to electrode portions formed in the semiconductor element region, and the probe card is installed. And a test head
While moving both the wafer drive stage and the test head in a direction perpendicular to the wafer surface, the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other,
After the electrode part and the probe needle are brought into contact, the semiconductor element region is tested,
The moving direction of the wafer drive stage and the moving direction of the test head are the same direction,
A method of controlling a probe apparatus, wherein when the electrode unit and the probe needle are brought into contact with each other, the moving speed of the test head is lower than the moving speed of the wafer drive stage.
前記テストヘッドを前記ウエハ面に対し平行方向に微小移動させることにより、前記電極部の表面に形成された膜を除去することを特徴とする請求項３に記載のプローブ装置の制御方法。 After contacting the electrode portion and the probe needle, before conducting the test of the semiconductor element region,
4. The method of controlling a probe apparatus according to claim 3 , wherein the film formed on the surface of the electrode portion is removed by minutely moving the test head in a direction parallel to the wafer surface.
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