JP5564347B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ装置に係り、さらに詳しくは、半導体ウエハ上に形成された電子回路の電気的特性を検査するために、検査対象の電子回路にプローブカード上のプローブを接触させるプローブ装置の改良に関する。

一般に、半導体装置を製造する場合、半導体ウエハ上に形成された各電子回路について、半導体ウエハのダイシング前に電気的特性の検査が行われる。この検査は、テスター装置を用いて、検査対象となる電子回路に電源及び検査信号を供給し、その応答信号を検出することによって行われる。このとき、半導体ウエハ上に形成された多数の微少電極と、テスター装置の多数の信号端子とを導通させるために、プローブカードが用いられる。

プローブカードは、半導体ウエハ上の電子回路に形成された微小電極に接触させるための複数のプローブと、当該プローブとテスター装置とを導通させるための配線基板からなる。この様なプローブカード上のプローブを半導体ウエハ上の電子回路に接触させる際には、プローブ装置が用いられる。プローブ装置は、半導体ウエハを保持するウエハチャック、プローブカードを保持するプローブカードホルダ、ウエハチャックを移動させるチャック駆動部などにより構成される。

電子回路の検査には、高温試験及び低温試験があり、半導体ウエハ周囲の雰囲気を一定温度に保持することにより、半導体ウエハが雰囲気と熱平衡状態にあるときに、これらの試験が行われる。一般に、電子回路の電極間の間隔は、半導体ウエハの温度変化の影響により、高温試験時に膨張し、低温試験時に収縮する。このため、半導体ウエハの温度変化にプローブカードの温度がすみやかに追従できなければ、プローブカード上のプローブ間の間隔と電子回路の電極間の間隔とにずれが生じ、プローブを電子回路の電極に正しく当接させられない場合が発生するという問題があった。通常、ウエハチャックには、半導体ウエハを加熱するためのヒーターが搭載されるが、半導体ウエハを取り替える際には、ウエハチャックが検査位置から退避位置に移動する。この様なウエハチャックの退避時に、熱源としてのウエハチャックが遠ざかり、プローブカードの温度が低下してしまうことがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウエハの温度変化にプローブカードの温度をすみやかに追従させ、プローブカード上のプローブ間の間隔が半導体ウエハ上の電極間の間隔に対して大きくずれることを抑制することができるプローブ装置を提供することを目的としている。

第１の本発明によるプローブ装置は、電子回路が形成された半導体ウエハを、上記電子回路の形成面を上方に向けて保持するウエハチャックと、プローブが形成されたプローブカードを、上記プローブの形成面を下方に向けて保持するプローブカード保持手段と、上記半導体ウエハを検査するための検査位置から、上記検査位置よりも水平方向に離間した退避位置へ上記ウエハチャックを移動させるチャック移動手段と、上記プローブカードを加熱するための放射光を生成する光源ユニットとを備え、上記光源ユニットが、上記放射光の光軸を上方向に向け、かつ、上記プローブカードの下面と対向する状態で固定され、上記ウエハチャックが上記退避位置へ移動した際に、上記放射光を生成するように構成される。
また、第２の本発明によるプローブ装置は、上記構成に加え、上記光源ユニットが、上記放射光を上方に向けて反射させる反射板を備えて構成される。

この様な構成によれば、光源ユニットによりプローブカードが局所加熱されるので、ウエハチャックが退避位置に移動した際に、プローブカードの温度が低下することを抑制することができる。また、ウエハチャックが退避位置にある場合に、プローブカードを所望の温度に保持することもできる。従って、半導体ウエハの温度変化にプローブカードの温度をすみやかに追従させることができ、これにより、プローブカード上のプローブ間の間隔が半導体ウエハ上の電極間の間隔に対して大きくずれることを抑制することができる。また、放射熱を利用してプローブカードを局所加熱するので、プローブカードだけを効率的に加熱することができる。

本発明によるプローブ装置によれば、光源ユニットによりプローブカードが局所加熱されるので、ウエハチャックが退避位置に移動した際に、プローブカードの温度が低下することを抑制することができる。また、ウエハチャックの退避時に、プローブカードを所望の温度に保持することもできる。従って、半導体ウエハの温度変化にプローブカードの温度をすみやかに追従させることができ、これにより、プローブカード上のプローブ間の間隔が半導体ウエハ上の電極間の間隔に対して大きくずれることを抑制することができる。

本発明の実施の形態によるプローブ装置を含むプローバーシステム１の概略構成の一例を模式的に示した説明図であり、検査時の様子が示されている。 図１のプローバーシステム１の動作の一例を示した図であり、ウエハチャック２１の退避時にプローブカード１２が加熱される様子が示されている。 図２のプローバー１３を示した平面図であり、プローバー１３内を上方から見た様子が示されている。 図１のプローバー１３の要部における構成例を示したブロック図であり、プローブカード１２の温度調整を行うためのコントロールユニットが示されている。

＜プローバーシステム＞
図１及び図２は、本発明の実施の形態によるプローブ装置を含むプローバーシステム１の概略構成の一例を模式的に示した説明図であり、プローバー１３を垂直面により切断した場合の切断面の様子が示されている。図１には、プローブカード１２上のプローブ１２１を接触させて半導体ウエハ１１上の電子回路を検査する際の様子が示されている。図２には、ウエハチャック２１の退避時に、ハロゲンランプ２５によりプローブカード１２が加熱される様子が示されている。また、図３は、図２のプローバー１３を示した平面図であり、プローバー１３内を上方から見た様子が示されている。

このプローバーシステム１は、電子回路が形成された半導体ウエハ１１と、複数のプローブ１２１が形成されたプローブカード１２と、プローブカード１２上のプローブ１２１を半導体ウエハ１１上の電子回路に接触させるプローバー１３と、テスター装置１４及びインターポーザ１５からなる。

半導体ウエハ１１は、シリコンなどの半導体からなる基板であり、複数の電子回路が予め形成されている。プローブカード１２は、電子回路内の微小電極に接触させる複数のプローブ１２１と、これらのプローブ１２１が配設されるプローブ基板１２２と、プローブ基板１２２が下面に固着され、プローバー１３により保持されるメイン基板１２３からなる。

メイン基板１２３は、プローバー１３に着脱可能に取り付けられる配線基板であり、例えば、円形形状のＰＣＢ（プリント回路基板）からなる。プローブ基板１２２は、メイン基板１２３上に配設されるサブ基板である。プローブ１２１は、微小な電極に接触させるための探針であり、検査対象とする電子回路の端子電極の配置に対応付けて整列配置される。

プローバー１３は、ウエハチャック２１、プローブカードホルダ２２、チャック垂直駆動部２３、チャック水平駆動部２４、ハロゲンランプ２５、温度センサ２６、光源ユニット取付部２７及び光源ユニット水平駆動部２８からなるプローブ装置である。

ウエハチャック２１は、半導体ウエハ１１を水平に保持するためのウエハ保持部であり、半導体ウエハ１１が載置される水平な載置台（ステージ）、半導体ウエハ１１を挟む爪部などからなる。ウエハチャック２１のステージ内には、半導体ウエハ１１を加熱するための抵抗体からなる電熱線ヒーター（図示せず）が配置される。半導体ウエハ１１は、ウエハチャック２１により電子回路の形成面を上方に向けた状態で保持される。

プローブカードホルダ２２は、プローブカード１２を水平に保持するためのプローブカード保持部であり、メイン基板１２３の周縁部が支持される。プローブカード１２は、プローブカードホルダ２２により、プローブ１２１の形成面を下方に向けた状態で保持される。

チャック垂直駆動部２３は、半導体ウエハ１１の上下方向の位置決めを行うために、ウエハチャック２１を上下方向（垂直方向）へ移動させるウエハチャック２１の移動手段である。チャック垂直駆動部２３により、ウエハチャック２１を上方向へ移動させれば、プローブ１２１を電子回路の端子電極に当接させることができる。

チャック水平駆動部２４は、半導体ウエハ１１を検査するための検査位置Ａ１から退避位置Ａ２へウエハチャック２１を移動させるウエハチャック２１の移動手段である。検査位置Ａ１は、プローブカード１２の直下において、半導体ウエハ１１がプローブカード１２の下面と対向する位置である。退避位置Ａ２は、検査位置Ａ１よりもプローブカード１２から遠い位置である。

ここでは、ウエハチャック２１の退避位置Ａ２が、プローブカード１２の直下の検査位置Ａ１から水平方向に離間した位置に形成され、チャック水平駆動部２４は、ウエハチャック２１及びチャック垂直駆動部２３を水平方向へ移動させる水平軸方向の駆動機構からなる。

ハロゲンランプ２５は、プローブカード１２を加熱するための放射光２を生成する光源ユニットである。また、ハロゲンランプ２５は、電球内に封入される窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスに微量のハロゲンガス、例えば、ヨウ素ガス又は臭素ガスを混入させた電球と、電球の放射光の一部を前方に向けて反射する反射板により構成される。

このハロゲンランプ２５は、放射光２の光軸を上方向に向けた状態で光源ユニット取付部２７に固着され、放射光２として、波長が近赤外線領域の９００ｎｍから、１６００ｎｍ程度である電磁波が出射される。プローブカード１２は、ハロゲンランプ２５の放射光２が照射された際に、放射熱を吸収することにより加熱される。

温度センサ２６は、法線方向から入射した放射熱３を吸収する検出面２６ａを有し、放射熱３に基づいて、プローブカード１２の温度を検出する温度検出装置である。温度センサ２６の検出素子には、例えば、熱電対が用いられる。この温度センサ２６は、検出面２６ａを上方向に向けた状態で光源ユニット取付部２７に固着され、プローブカード１２から放射された放射熱３が入射される。このプローバー１３では、温度センサ２６の検出温度に基づいて、ハロゲンランプ２５に対する電力供給が制御される。

光源ユニット取付部２７は、ハロゲンランプ２５及び温度センサ２６が取り付けられ、プローブカード側へ移動する共通の可動部である。光源ユニット水平駆動部２８は、光源ユニット取付部２７を水平軸方向へ移動させることにより、プローブカード１２に放射光２を照射するための照射位置と、照射位置よりもプローブカード１２から遠い退避位置との間で、ハロゲンランプ２５を移動させる光源ユニットの移動手段である。照射位置は、プローブカード１２の直下において、ハロゲンランプ２５がプローブカード１２の下面と対向する位置である。

光源ユニット水平駆動部２８では、半導体ウエハ１１の検査時に、照射位置から退避位置へハロゲンランプ２５を移動させ、また、ウエハチャック２１の退避時に、退避位置から照射位置へハロゲンランプ２５を移動させる。すなわち、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２にある場合、ハロゲンランプ２５は照射位置にあり、ハロゲンランプ２５及び温度センサ２６の検出面２６ａがプローブカード１２の下面と対向する。一方、ウエハチャック２１が検査位置Ａ１にある場合、ハロゲンランプ２５は退避位置にあり、ハロゲンランプ２５及び温度センサ２６の検出面２６ａはプローブカード１２の直下から遠い位置にある。

光源ユニット水平駆動部２８では、例えば、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２に移動した後、光源ユニット取付部２７を移動させてハロゲンランプ２５を照射位置へ案内する動作が行われる。一方、退避位置Ａ２のウエハチャック２１は、ハロゲンランプ２５が退避位置に移動した後、検査位置Ａ１へ移動する。このプローバー１３では、ハロゲンランプ２５が照射位置にあってプローブカード１２と対向する状態で、ハロゲンランプ２５を点灯させ、また、ハロゲンランプ２５が照射位置になければ消灯させる制御が行われる。

この例では、ウエハチャック２１が検査位置Ａ１にある場合、半導体ウエハ１１がプローブカード１２のプローブ基板１２２と対向している。これに対し、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２にあり、ハロゲンランプ２５がプローブカード１２の直下にある場合には、ハロゲンランプ２５及び温度センサ２６の検出面２６ａがプローブ基板１２２と対向している。

テスター装置１４は、半導体ウエハ１１上の電子回路を検査するための検査信号を生成し、電子回路からの応答信号を解析する検査装置であり、テスターヘッド１４ａ及び伝送ケーブル１４ｂを備えている。テスターヘッド１４ａは、プローブカード１２のメイン基板１２３に対し、インターポーザ１５などの中継基板を介して、検査信号や応答信号を入出力するための入出力ユニットであり、プローバー１３上に取り付けられている。このテスターヘッド１４ａは、伝送ケーブル１４ｂを介して本体ユニットに接続されている。

＜コントロールユニット＞
図４は、図１のプローバー１３の要部における構成例を示したブロック図であり、プローブカード１２の温度調整を行うためのコントロールユニットが示されている。このコントロールユニットは、温度調整部３１及び目標温度記憶部３２により構成され、ハロゲンランプ２５が照射位置にある場合に、温度センサ２６により検出された温度に基づいて、ハロゲンランプ２５に対する電力供給を制御する。

温度調整部３１は、ハロゲンランプ２５に対する電力供給を制御することにより、ハロゲンランプ２５の発光量を調整し、これにより、プローブカード１２の温度調整を行っている。具体的には、温度センサ２６の検出温度が、目標温度記憶部３２に予め保持された目標温度に近づくように、発光量の調整が行われる。

本実施の形態によれば、ハロゲンランプ２５によりプローブカード１２が局所加熱されるので、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２に移動した際に、プローブカード１２の温度が低下することを防止することができる。また、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２にある場合に、プローブカード１２を所望の温度に保持することもできる。従って、半導体ウエハ１１の温度変化にプローブカード１２の温度を追従させることができ、これにより、プローブカード１２上のプローブ１２１間の間隔が半導体ウエハ１１上の電極間の間隔に対して大きくずれることを抑制することができる。また、放射熱を利用してプローブカード１２を局所加熱するので、プローブカード１２だけを効率的に加熱することができる。

また、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２にあるか、或いは、検査位置Ａ１にあるかに応じて、光源ユニットを退避位置から照射位置へ移動させ、或いは、照射位置から退避位置へ移動させることができる。さらに、放射熱３に基づいてプローブカード１２の温度を検出する温度センサ２６が、光源ユニットと共通の可動部に配置されるので、検出面２６ａがプローブカード１２の下面と対向する位置まで、温度センサ２６を移動させる構成を簡素化することができる。また、放射熱３を利用してプローブカード１２の温度を検出するので、プローブカード１２から離間した位置でプローブカード１２の温度を検出することができる。また、温度センサ２６の検出温度に基づいて、ハロゲンランプ２５の発光量が調整されるので、プローブカード１２の温度を目標温度にすみやかに到達させることができる。

なお、本実施の形態では、ウエハチャック２１の退避時に、光源ユニット取付部２７を水平方向へ移動させてハロゲンランプ２５をプローブカード１２に近づける場合の例について説明したが、本発明は光源ユニットが固定式のものにも適用することができる。すなわち、ハロゲンランプ２５は、プローブカード１２の下面と対向する状態で固定され、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２にある場合に、ハロゲンランプ２５を点灯させ、また、ウエハチャック２１が検査位置Ａ１にある場合に、消灯させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、プローブカード１２の直下の検査位置Ａ１から水平方向に離間した位置に退避位置Ａ２が形成され、ウエハチャック２１の退避時に、光源ユニット取付部２７を水平方向へ移動させてハロゲンランプ２５をプローブカード１２に近づける場合の例について説明した。しかし、本発明は、ウエハチャック２１の退避のさせ方や、ハロゲンランプ２５の近づけ方を上記構成に限定するものではない。

例えば、プローブカード１２の直下から下方向に離間した位置を退避位置とし、ウエハチャック２１がその退避位置へ移動した際に、ハロゲンランプ２５がプローブカード１２と対向する位置まで、光源ユニット取付部２７を水平方向へ移動させるような構成であっても良い。或いは、プローブカード１２の直下から水平方向に離間した退避位置Ａ２へ、ウエハチャック２１が移動した際に、ハロゲンランプ２５がプローブカード１２の近傍まで近づくように、光源ユニット取付部２７を上方向へ移動させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、ウエハチャック２１が退避位置Ａ２に移動した後、光源ユニット取付部２７を移動させる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ウエハチャック２１の水平方向の移動手段と、ハロゲンランプ２５の水平方向の移動手段とを共通化し、ウエハチャック２１の退避位置への移動とハロゲンランプ２５の移動とが連動するようなものであっても良い。

また、本実施の形態では、プローブカード１２を局所加熱する光源ユニットとしてハロゲンランプ２５が用いられる場合の例について説明したが、放射熱を利用して局所加熱を行う光源ユニットはハロゲンランプ２５に限定されるものではない。例えば、発熱体の材料として炭素繊維が用いられるカーボンヒーターや、発熱体として、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）を主成分とする合金線が用いられる電熱線ヒーターを光源ユニットとして用いるものも本発明には含まれる。

１ プローバーシステム
２ 放射光
３ 放射熱
１１ 半導体ウエハ
１２ プローブカード
１２１ プローブ
１２２ プローブ基板
１２３ メイン基板
１３ プローバー
１４ テスター装置
１４ａ テスターヘッド
１４ｂ 伝送ケーブル
１５ インターポーザ
２１ ウエハチャック
２２ プローブカードホルダ
２３ チャック垂直駆動部
２４ チャック水平駆動部
２５ ハロゲンランプ
２６ 温度センサ
２６ａ 検出面
２７ 光源ユニット取付部
２８ 光源ユニット水平駆動部
３１ 温度調整部
３２ 目標温度記憶部
Ａ１ 検査位置
Ａ２ 退避位置

Claims (2)

1. 電子回路が形成された半導体ウエハを、上記電子回路の形成面を上方に向けて保持するウエハチャックと、
   プローブが形成されたプローブカードを、上記プローブの形成面を下方に向けて保持するプローブカード保持手段と、
   上記半導体ウエハを検査するための検査位置から、上記検査位置よりも水平方向に離間した退避位置へ上記ウエハチャックを移動させるチャック移動手段と、
   上記プローブカードを加熱するための放射光を生成する光源ユニットとを備え、
   上記光源ユニットは、上記放射光の光軸を上方向に向け、かつ、上記プローブカードの下面と対向する状態で固定され、上記ウエハチャックが上記退避位置へ移動した際に、上記放射光を生成することを特徴とするプローブ装置。
2. 上記光源ユニットは、上記放射光を上方に向けて反射させる反射板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。

Images