JP5706501B1 - 電子デバイスのプロービング装置及びプロービング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブと電極パッドを押し付けた際に、電極パッドに形成される外形形状の変化を利用して、電極パッドがプローブに対して所定の圧力で接触されて電気的検査が適正に行われたか否かを認識することを可能にする電子デバイスのプロービング装置及びプロービング方法を提供する。【解決手段】電極パッドを撮像し、その電極パッドの外形形状を画像データとして出力する顕微鏡２３と、プローブ１０２と接触する前における電極パッドの外形形状の画像データを記憶し、この記憶された外形形状の画像データと顕微鏡２３から得られる接触後における画像データとを比較、または電極パッド登録枠と針跡検査時に検出した電極パッドの外周を比較して、電極パッドとプローブ１０２との接触の良否を判定する制御部２７と、を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイスのプロービング装置及びプロービング方法に関するものであり、特に半導体ウェーハ等の基板上に形成された半導体チップ（ダイ）、ＭＥＭＳ（メムス）等の電子デバイスの電極パッドを、プローブに所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置及びプロービング方法に関するものである。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウェーハに各種の処理を施して、電子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てリードフレーム等に固定することにより組み立てられる。

上記の電気的特性の検査は、プローブとテスタを利用して行われる。図３に示すように、ウェーハＷは上下方向に移動可能なステージ１０１上に固定され、プローブ１０２は、ウェーハＷのプローブカード１０３上に電子デバイス(図示せず)の電極パッド（バンプ）に対応して複数個設けられる。

電気的な検査をする場合は、プローブ１０２の位置及びウェーハ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１０２の配列方向に一致するようにステージ１０１を回転させる。そして、ウェーハＷの検査するチップの電極パッドがプローブ１０２の下に位置するように移動させた後、ステージ１０１を上昇させて、電極パッドをプローブ１０２に接触させる。

プローブ１０２は、バネ特性を有し、プローブ１０２の先端位置より接触点を上昇させることにより、電極パッドに所定の接触圧で接触する。また、ウェーハＷとプローブ１０２の先端の配列面との傾き、及び、プローブ１０２の先端位置のばらつきなどを考慮して、電極パッドとプローブ１０２が確実に接触するように、プローブ１０２の先端位置より高い位置まで電極パッド、すなわちウェーハＷの表面を距離αだけ上昇させている。これをオーバードライブと称し、検出したプローブ１０２の先端位置からウェーハＷの表面を更に上昇させる移動量、すなわち上記距離αをオーバードライブ量と称する(例えば、特
許文献１参照)。

また、電極パッドは、チップ平面（ウェーハＷの表面）に対して２０〜１００μｍの厚み(高さ)を持った柔らかいアルミニューム、金等で形成されており、例えば図４〜図６に示すような半円球、台形、鞍馬形（若しくは小判形）等、各種の形状のものがある。

更に詳述すると、図４は半球形の電極パッド１０４であり、(ａ)に示す側面図と(ｂ)に示す縦断側面図では半球状で、(ｃ)に示す平面図では円形として表される。

図５は台形の電極パッド２０４であり、(ａ)に示す側面図と(ｂ)に示す縦断側面図では上面（頂面）が平坦である台形で、(ｃ)に示す平面図では矩形として表される。

図６は鞍馬形（若しくは小判形）の細長い電極パッド３０４であり、(ａ)に示す側面図と(ｂ)に示す縦断側面図では上面が山形で、(ｃ)に示す平面図では小判形(長円形)である。

そして、電子デバイスにおける電気的特性の検査を行うとき、プローブ１０２に電極パッド１０４、２０４、３０４をオーバードライブの状態で接触させると、プローブ１０２の先端が電極パッド１０４、２０４、３０４の表面にめり込み、電極パッド１０４、２０４、３０４の表面にそれぞれ針跡１０５が形成される。

したがって、一般には、プローブ１０２の先端と電極パッド１０４、２０４、３０４の表面とが接触されて、適正な検査が行われたか否かを確かめる方法として、針跡１０５の有無の検査を行って判定をしている。

また、従来、その針跡検査は、電極パッド１０４、２０４、３０４の表面に対して顕微鏡から光りを当て、白黒の濃淡により白く光っている箇所または黒く反射しない箇所を針跡１０５として判定している。

特許第４８７８９１９号報。

しかしながら、上述したように、電極パッドの表面は半球状に突出したもの(図４参照
や、平面のもの(図５参照)、蒲鉾形に突出したもの(図６参照)等がある。それらの電極パッド１０４、２０４、３０４の表面にそれぞれ顕微鏡から光りを当て、白黒の濃淡により白く光っている箇所または黒く反射しない箇所を針跡１０５として検出を行う方法では、針跡１０５の有無を次のようにして判定している。

（１）図４に示す電極パッド１０４のように、表面が半球状（またはドーム状）に突出をしている場合では、そのプローブ１０２の先端に向かって電極パッド１０４の頂点１０４ａが(ｄ)、(ｅ)の順に押し上げられて、その頂点１０４ａにプローブ１０２からそれぞれ押圧力Ｆが加えられると、(ｅ)に示すように電極パッド１０４の頂点１０４ａに針跡１０５が形成される。そして、電極パッド１０４の表面が半球状に突出している場合では、顕微鏡から光りを当てると、(ｆ)に示すように針跡１０５の部分が白くなって見える。一方、プローブ１０２の先端に対して電極パッド１０４の頂点１０４ａが外れ、電極パッド１０４のエッジ部分１０４ｂが、（ｇ）、（ｈ）の順に押し上げられて、エッジ部分１０４ｂにプローブ１０２から押圧力Ｆが加えられると、（ｉ）に示すように電極パッド１０４のエッジ部分１０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、そのエッジ部分１０４ａに針跡１０５が形成される。この場合、プローブ１０２とそれぞれ接触された電極パッド１０４の頂点１０４ａとエッジ部分１０４ｂとの間では高低差があり、顕微鏡の焦点が違うために白黒の濃淡がハッキリしない。また、頂点１０４aからエッジ部分１０４bにかけて電極パッドの表面が湾曲しているために顕微鏡からの光が乱反射され、針跡１０５の検出が困難であった。したがって、オペレータの目視で針跡検査を行う場合には、電極パッド１０４の一つずつに焦点を合わせる必要があり、精度にも個人差が生じる。さらに、場合により、チップ（電子デバイス）上に形成された電極パッド１０４の数は、数千から数万の数を一つずつ行うため、オペレータへの負担が問題であった。

（２）図５に示す台形をした電極パッド２０４のように、頂面２０４ａが平坦の場合では、そのプローブ１０２の先端に電極パッド２０４の平坦な頂面２０４ａが(ｄ)、(ｅ)の順に押し上げられて、その頂面２０４ａにプローブ１０２からそれぞれ押圧力Ｆが加えられると、(ｅ)に示すように電極パッド２０４の平坦な頂面２０４ａの部分に針跡１０５が形成される。そして、電極パッド２０４の平坦な頂面２０４ａに顕微鏡から光りを当てると、(ｆ)に示すように針跡１０５の部分が黒く、他の頂面２０４ａの部分が白くなって見える。一方、プローブ１０２の先端に対して電極パッド２０４の頂面２０４ａから外れ、かつ、頂面２０４ａから外側へ向かって下るように傾斜をしているエッジ部分２０４ｂが（ｇ）、（ｈ）の順に押し上げられて、そのエッジ部分２０４ｂにプローブ１０２からそれぞれ押圧力Ｆが加えられると、（ｉ）に示すように電極パッド２０４のエッジ部分２０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、そのエッジ部分２０４ｂに針跡１０５が形成される。この場合も、プローブ１０２とそれぞれ接触された電極パッド２０４の頂面２０４ａとエッジ部分２０４ｂとの間では高低差があり、顕微鏡の焦点が違うために白黒の濃淡がハッキリせず、精度に個人差が生じて針跡１０５の高精度な検出が困難で、またオペレータへの負担が問題であった。

（３）図６に示す鞍馬形(長円形)の電極パッド３０４のように、上側表面が山形の場合では、そのプローブ１０２の先端に電極パッド３０４の頂点（稜線）３０４ａが(ｄ)、(
ｅ)の順に押し上げられて、その頂点３０４ａにプローブ１０２からそれぞれ押圧力Ｆが
加えられると、(ｅ)に示すように電極パッド３０４の頂点３０４ａに針跡１０５が形成される。そして、電極パッド３０４の頂点３０４ａに顕微鏡から光りを当てると、(ｆ)に示すように針跡１０５の部分が白く、他の平面の部分が黒くなって見える。一方、プローブ１０２の先端に対して電極パッド３０４の頂点３０４ａから外れ、かつ、頂点３０４ａから外側へ向かって下るように湾曲をしているエッジ部分３０４ｂが（ｇ）、（ｈ）の順に押し上げられて、そのエッジ部分３０４ｂにプローブ１０２からそれぞれ押圧力Ｆが加えられると、（ｉ）に示すように電極パッド３０４のエッジ部分３０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、そのエッジ部分３０４ｂに針跡１０５が形成される。この場合も、プローブ１０２とそれぞれ接触された電極パッド３０４の頂点３０４ａとエッジ部分３０４ｂとの間では高低差があり、顕微鏡の焦点が違うために白黒の濃淡がハッキリせず、精度に個人差が生じる。また、頂点１０４aからエッジ部分１０４bにかけて電極パッドの表面が湾曲しているために顕微鏡からの光が乱反射され、針跡１０５の高精度な検出が困難で、またオペレータへの負担が問題であった。

ところで、図４に示した半球形の電極パッド１０４の場合、（ｄ）から（ｆ）に示すように、電極パッド１０４の頂点１０４ａがプローブ１０２の先端に押し付けられて、針跡１０５が形成されたとき、検査前の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃは（ｊ）、検査後の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃは（ｋ）であり、検査前と検査後では共に同じ形状である。これに対して、（ｇ）から（ｉ）に示すように、電極パッド１０４のエッジ部分１０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、エッジ部分１０４ｂに針跡１０５が形成された場合には、検査後に電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃは（ｌ）で、検査前の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃに対して、その外周から外側に膨らんではみ出した部分、すなわちはみ出し部分１０４ｄが作られ、検査前と検査後では異なった形状を呈する。そのはみ出し部分１０４ｄは、電極パッド１０４のエッジ部分１０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられた際に、電極パッド１０４の一部が潰されて外側に膨らんではみ出した部分である。したがって、針跡１０５以外の箇所でも、電極パッド１０４の一部が潰され、変形して外側に膨らんではみ出したはみ出し部分１０４ｄが形成されているか否かによっても、電極パッド１０４がプローブ１０２に所定の圧力で接触されて適正な検査が行われたか否かを認識することが可能である。

図５に示した台形をした電極パッド２０４の場合、（ｄ）から（ｆ）に示すように、電極パッド２０４の頂面２０４ａがプローブ１０２の先端に押し付けられて、針跡１０５が形成されたとき、検査前の電極パッド２０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃは（ｊ）、検査後の電極パッド２０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃは（ｋ）であり、検査前と検査後では共に同じ形状である。これに対して、（ｇ）から（ｉ）に示すように、電極パッド２０４のエッジ部分２０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、エッジ部分２０４ｂに針跡１０５が形成された場合には、検査後に電極パッド２０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃは（ｌ）で、検査前の電極パッド２０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃに対して、その外周から外側に膨らんではみ出した部分、すなわちはみ出し部分２０４ｄが作られ、検査前と検査後では異なった形状を呈する。そのはみ出し部分２０４ｄは、電極パッド２０４のエッジ部分２０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられた際に、電極パッド２０４の一部が潰されて変形し外側に膨らんではみ出した部分である。したがって、この場合も、針跡１０５以外の箇所に、電極パッド２０４の一部が潰されて外側に膨らんではみ出したはみ出し部分２０４ｄが形成されているか否かによっても、電極パッド２０４がプローブ１０２に予定の圧力で接触されて適正な検査が行われたか否かを認識することが可能である。

図６に示した鞍馬形(長円形)をした電極パッド３０４の場合、（ｄ）から（ｆ）に示すように、電極パッド３０４の頂点３０４ａの箇所がプローブ１０２の先端に押し付けられて、針跡１０５が形成されたとき、検査前の電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃは（ｊ）、検査後の電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃは（ｋ）であり、検査前と検査後では共に同じ形状である。これに対して、（ｇ）から（ｉ）に示すように、電極パッド３０４のエッジ部分３０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられて、エッジ部分３０４ｂに針跡１０５が形成された場合には、検査後に電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃは（ｌ）で、検査前の電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃに対して、その外周から膨らんではみ出した部分、すなわちはみ出し部分３０４ｄが作られ、検査前と検査後では異なった形状を呈する。そのはみ出し部分３０４ｄは、電極パッド３０４のエッジ部分３０４ｂがプローブ１０２の先端に押し付けられた際に、電極パッド３０４の一部が潰されて変形し外側に膨らんではみ出した部分である。したがって、この場合でも、針跡１０５以外の箇所に、電極パッド３０４の一部が潰されて外側に膨らんではみ出したはみ出し部分３０４ｄが形成されているか否かによっても、電極パッド３０４がプローブ１０２に所定の圧力で接触されて適正な検査が行われたか否かを認識することが可能である。

そこで、プローブと電極パッドを押し付けた際に、電極パッドに形成される輪郭形状の変化を利用して、電極パッドがプローブに対して所定の圧力で接触されて電気的検査が適正に行われたか否かを認識することを可能にする電子デバイスのプロービング装置及びプロービング方法を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置であって、前記電極パッドを撮像し、前記電極パッドの輪郭形状を画像データとして出力する顕微鏡と、前記プローブと接触する前における前記電極パッドの輪郭形状の画像データを記憶し、該記憶された輪郭形状の画像データ若しくは輪郭形状と前記顕微鏡から得られる接触後における前記輪郭形状の画像データとを比較して、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、を備えるプロービング装置を提供する。

この構成によれば、電気的特性の検査において、プローブと電極パッドの押し付け操作が行われた、検査後の電極パッドの輪郭形状を顕微鏡で撮像し、前記検査後における電極パッドの画像データと検査前における電極パッドの画像データを比較し、検査後における電極パッド画像の中に検査前における電極パッド画像の中には無い、はみ出し部分等で形成された輪郭形状の相違があるか否かを検出する。そして、輪郭形状の相違が存在しているときには、電極パッドとプローブが所定の圧力で接触されて検査が適正に行われたと判定し、存在していないときには電極パッドとプローブが所定の圧力で接触されなくて、検査が適正に行われていないと判定することができる。したがって、このはみ出し部等を用いた電極パッド輪郭の比較による判定と、顕微鏡から光りを当て、白黒の濃淡により針跡を検出して行う判定とを組み合わせて判定を行うと、例えプローブに接触された電極パッドの頂点とエッジ部分との間に高低差があり、白黒の濃淡がハッキリしないような場合であっても、正確な判定を容易に行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、予め基準となる電極パッドの輪郭を登録しておく記憶装置と、前記記憶装置に登録された輪郭と針跡検査対象の電極パッドの輪郭とを比較し、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、を備えるプロービング装置を提供する。

この構成によれば、検査前の電極パッドの画像が無い場合、保存された電極パッドのサイズと形状からエッジ部分に針跡が着いているような電極パッド（本来の形状から変形している電極パッド）の外周を検出し、登録枠と照らし合わせはみ出した箇所を検出することにより、電極パッドのエッジ付近にプローブが接触し、顕微鏡で針跡が見えないときでも判定を容易に行うことができる。また、検出したパッドの輪郭と、予め記憶しておいたパッド形状より、パッドの形状の歪みを判断でき、その歪みを針跡として接触の良否を判定することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記制御部は、前記顕微鏡が前記電極パッドの略真上から撮影して得られる前記電極パッドの輪郭形状の画像データ同志同士を比較し、接触後における前記電極パッドのはみ出し箇所の有無から形状の相違を判定する、プロービング装置を提供する。

この構成によれば、電極パッドの輪郭形状を真上から撮影して得られる、パッドのはみ出し箇所の有無から輪郭形状の相違を判定するので、判定処理操作を簡略化し、低コストで実現することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記制御部は、前記顕微鏡から前記電極パッドの表面に向けて光を当て、該電極パッドの表面から反射されて来る光を二値化して検出される前記プローブの針跡と、前記電極パッドのはみ出し箇所の有無から前記接触の可否を判定する、プロービング装置を提供する。

この構成によれば、制御部は、顕微鏡で得られる針跡と電極パッドのはみ出し箇所の有無の両方から、電極パッドとプローブが所定の圧力で接触されて適正な検査が行われたか否かを認識するので、検出精度の向上が図れる。

請求項５記載の発明は、基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置であって、電極パッド毎にサイズと形状を前もって指定しておく工程を有し、プロービング後の電極パッドの外周輪郭と前記工程にて指定された形状とを比較し、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、を備えるプロービング装置を提供する。

この構成よれば、電極パッド毎にサイズと形状を前もって指定しておくことにより、色々な電子デバイスに容易に対応することができる。

請求項６記載の発明は、基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング方法であって、前記プローブと接触する前における前記電極パッドの輪郭形状の画像データと、前記プローブと接触した後における電極パッドの輪郭形状の画像データとを比較して、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する、プロービング方法を提供する。

この方法によれば、電気的特性の検査において、プローブと電極パッドの押し付け操作が行われた、検査後の電極パッドの輪郭形状を顕微鏡で撮像し、その検査後における電極パッドの画像データと検査前における電極パッドの画像データを比較し、検査後における電極パッド画像の中に検査前における電極パッド画像の中には無い、はみ出し部分等で形成された輪郭形状の相違があるか否かを検出する。そして、輪郭形状の相違が存在しているときには電極パッドとプローブが所定の圧力で接触されて検査が適正に行われたと判定し、存在していないときには、電極パッドとプローブが接触されなくて、検査が適正に行われていないと判定することができる。したがって、このはみ出し部等を用いた電極パッド輪郭の比較による判定と、顕微鏡から光りを当て、白黒の濃淡により針跡を検出して行う判定とを組み合わせて判定を行うと、例えプローブに接触された電極パッドの頂点とエッジ部分との間に高低差があり、白黒の濃淡がハッキリしないような場合であっても、正確な判定を容易に行うことができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の方法において、前記電極パッドの表面に光を当てて該電極パッドの表面から反射されて来る光を二値化して検出される前記プローブの針跡と、前記電極パッド同士の輪郭形状の違いから前記接触の良否を判定する、プロービング方法を提供する。

この方法によれば、電極パッドの表面に光を当てて該電極パッドの表面から反射されて来る光によって検出される針跡と、電極パッドを撮影した画像から得られる輪郭形状の違いとから、プローブと電極パッドの接触状態を容易に、かつ、正確に判定することができる。

本発明によれば、電気的特性の検査において、プローブと電極パッドの押し付けが行われた検査後の電極パッドの輪郭形状を顕微鏡で撮像し、その検査後における電極パッドの画像データと検査前における電極パッドの画像データを比較し、検査後における電極パッド画像の中に検査前における電極パッド画像の中には無いはみ出し部分等で形成された輪郭形状の相違があるか否かを検出する。また、検査前の電極パッドの画像が無い場合、基準となる電極パッド（正常な位置に針跡のついている電極パッド）の外周を枠で囲み登録する。エッジ部分に針跡が着いているような電極パッド（本来の形状から変形している電極パッド）に照らし合わせ登録枠からはみ出し部等を検出することにより、検査が適正に行われたか否かを判定することができる。

以上のことにより、検査の自動化を可能にし、オペレータへの負担を軽減することができる。また、この検査前の輪郭形状と検査後の輪郭形状とを比較して判定する方法に加えて、従来から採用されている、顕微鏡から光りを当て、白黒の濃淡により針跡を検出して行う判定を組み合わせて判定を行うと、例えプローブに接触された電極パッドの頂点とエッジ部分との間に高低差があり、白黒の濃淡がハッキリしないような場合でも、正確な判定を容易に行うことができるので、更に精度の向上及び簡易化が可能になり、オペレータへの負担も更に軽減できる。

プローバにウェーハ上のチップを検査するシステムの概略構成図である。 本発明のプロービング装置及びプロービング方法における基本動作の一例を示すフローチャートである。 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。 半球形の電極パッドの一例を示すもので、（ａ）はプローブに接触される前の電極パッドの形状を示す側面図、（ｂ）はプローブに接触される前の電極パッドの縦断側面図、（ｃ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される画像データの一例を示す図、（ｄ）は電極パッドの中心がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｅ）は頂点がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｆ）は頂点がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｇ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｈ）はエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｉ）は電極パッドの中心がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｊ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｋ）は電極パッドの中心がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｌ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図である。 台形の電極パッドの一例を示すもので、（ａ）はプローブに接触される前の電極パッドの形状を示す側面図、（ｂ）はプローブに接触される前の電極パッドの縦断側面図、（ｃ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される画像データの一例を示す図、（ｄ）は電極パッドの平坦な頂面がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｅ）は平坦な頂面がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｆ）は平坦な頂面がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｇ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｈ）はエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｉ）は電極パッドの中心がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｊ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｋ）は電極パッドの平坦な頂面がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｌ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図である。 鞍馬形の電極パッドの一例を示すもので、（ａ）はプローブに接触される前の電極パッドの形状を示す側面図、（ｂ）はプローブに接触される前の電極パッドの縦断側面図、（ｃ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される画像データの一例を示す図、（ｄ）は電極パッドの頂点がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｅ）は頂点がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｆ）は頂点がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｇ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられて行く途中の状態で示す電極パッドの側面図、（ｈ）はエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後の電極パッドの縦断側面図、（ｉ）は電極パッドの頂点がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｊ）はプローブに接触される前に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｋ）は電極パッドの頂点がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図、（ｌ）は電極パッドのエッジ部分がプローブに向かって押し付けられた後に顕微鏡で取得される電極パッド画像データの一例を示す図である。 矩形をした電極パッドの検査における良否を判定する他の方法を説明する図で、(ａ)は検査後の電極パッドの平面図、(ｂ)は検査後に検出された電極パッドの輪郭を説明する図である。 図７に示した電極パッドの画像処理を説明する図である。 図７に示した電極パッドの検査における良否判定を説明する図である。 円形をした電極パッドの検査における良否を判定する他の方法を説明する図で、(ａ)は検査後の電極パッドの平面図、(ｂ)は検査後に検出された電極パッドの輪郭を説明する図である。 図１０に示した電極パッドの検査における良否判定を説明する図である。 馬蹄形をした電極パッドの検査における良否を判定する他の方法を説明する図で、(ａ)は検査後の電極パッドの平面図、(ｂ)は検査後に検出された電極パッドの輪郭を説明する図、(ｃ)は電極パッドの形状の表し方を説明する図である。 図１２に示した電極パッドの画像処理を説明する図である。 図１２に示した電極パッドの検査における良否判定を説明する図である。

本発明はプローブと電極パッドを押し付けた際に、電極パッドに形成される輪郭形状の変化を利用して、電極パッドがプローブに対して所定の圧力で接触されて電気的検査が適正に行われたか否かを認識することを可能にする電子デバイスのプロービング装置及びプロービング方法を提供するという目的を達成するために、プローブと接触する前における前記電極パッドの輪郭形状の画像データと、前記プローブと接触した後における電極パッドの輪郭形状の画像データとを比較して、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する、ようにして実現した。

以下、本発明の実施形態によるプロービング装置及びプロービング方法の一例を、図面を参照しながら好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るプロービング装置を適用したウェーハ上のチップを検査するシステムの概略構成図である。同図において、プローバ装置１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動部１３と、Ｘ軸移動部１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、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、制御部２７等により構成されている。

前記プローブカード２５には、検査するデバイスの電極パッド配置に対応して配置された、カンチレバーやスプリングピン等のプローブ２６が設けられている。このプローブカード２５は、検査するデバイスに応じて交換される。

前記移動ベース１２と、Ｙ軸移動部１３と、Ｘ軸移動部１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、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、制御部２７により制御される。その移動・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。

前記プローブ２６は、バネ特性を有し、電気的特性の検査を行うとき、電極パッドをプローブ２６にオーバードライブの状態で接触させると、プローブ２６の先端が電極パッドの表面にめり込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡が形成される。

前記ステージ１８内には、そのステージ１８を高温または低温にするためのヒータ・冷却液路２８が設けられており、制御部２７で制御される温度制御部２９により、ヒータに供給する電力、及びヒータ・冷却液路２８内を循環させる冷却液の温度が調整される。これにより、ステージ１８を、高温から低温の間の所望の温度に調整することができ、それに応じてステージ１８に保持されたウェーハＷを所定の温度にして検査を行うことができるようになっている。

前記テスタ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。前記プローブカード２５には各プローブ２６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。

前記アライメントカメラ２３は、いわゆる電子顕微鏡であり、このアライメントカメラ２３の下に位置されたウェーハＷ上の電極パッドの輪郭形状、及び、プローブ２６と電極パッドとを接触させてできる電極パッド上の針跡に光を当てて該電極パッドの表面から反射されて来る光を二値化し、それぞれの情報を画像データとして制御部２７に出力することが可能になっている。

前記制御部２７は、システム全体を決められた手順に従って制御をするものであり、主に各種演算等を行うＣＰＵ（中央処理装置）と、ＣＰＵで用いられるプログラムが記憶されたＲＯＭ及びデータを一時記憶しておくＲＡＭを有したメモリと、各種データの授受を行うインターフェース等とからなるマイクロコンピュータによって構成されている。

そして、ウェーハＷにおける半導体チップ（電子デバイス）の検査を行う場合には、制御部２７の制御により、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必ず行う必要があり、プローブカード２５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、ステージ１８に検査するウェーハＷを保持した状態で、ウェーハＷが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、ウェーハＷ上の電子デバイスの電極パッドの位置を検出する。なお、ここでは１チップの全ての電極パッドの位置を検出する必要はなく、幾つかの電極パッドの位置が検出される。針位置合せカメラ１９とアライメントカメラ２３の相対位置は、針位置合せカメラ１９でプローブ２６の先端位置を検出し、そのプローブ２６を電極パッドに接触させた針跡及び電極パッドの輪郭形状をアライメントカメラ２３で検出して予め測定され、これが制御部２７のメモリに記憶される。

図２は、本発明のプロービング装置及びプロービング方法における基本動作の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本発明のプロービング装置によれば、ステップＳ１でアライメント動作を行い、ステップＳ２でアライメント動作の結果に基づいてプローブ２６と電極パッドを接触させる動作を行う。

次に、ステップＳ３でウェーハＷがアライメントカメラ２３の下、すなわち検出位置に戻す。続いて、ステップＳ４で接触動作が終了した電極パッドの外形をアライメントカメラ２３で検出し、その電極パッドの外形の画像データを制御部２７に送るとともに、アライメントカメラ２３から電極パッドの表面に光りを当て、白黒の濃淡により白くまたは黒く光る針跡を含む画像データを二値化して制御部２７に送る。

次に、ステップＳ５で接触動作が終了した電極パッドの輪郭形状と予め測定されて制御部２７のメモリに記憶されている電極パッドの輪郭形状とを比較し、輪郭形状の相違があるか否かを判定する。輪郭形状に相違があるときには、電極パッドがプローブ２６に接触したと判定する。

これに対して、輪郭形状に相違が無いと判定されたときには、ステップＳ６で画像データに針跡があるか否かを判定し、針跡があるときには電極パッドがプローブ２６に所定の圧力で接触し、「検査良」であると判定する。しかし、針跡がないときには、「検査不良（エラー）」と判定する。

したがって、本発明に係るプローブング装置による検査では、プローブ２６と電極パッドの押し付けが行われた検査後の電極パッドの輪郭形状をアライメントカメラ２３、すなわち顕微鏡で撮像し、その検査後における電極パッドの画像データと検査前における電極パッドの画像データを比較する。そして、両者の輪郭形状が異なるときには電極パッドとプローブが所定の圧力で接触されて検査が適正に行われたと判定し、輪郭形状が異ならないときには電極パッドとプローブが接触されずに、検査が適正に行われていないと判定する。

また、ここで適正な検査が行われていないと判定された電極パッドについては、その電極パッドに針跡があるか否かを更に検出し、針跡があるときには適正な検査が行われたと判定し、針跡がないときには適正な検査が行われていないと判定する、と言うように２つの組み合わせによって精度良く判定を行うことができる。

このようにして２つの判定を組み合わせて判定を行うと、従来のように、プローブに接触された電極パッドの頂点とエッジ部分との間に高低差があり、白黒の濃淡がハッキリしないような場合でも、容易に正確な判定を行うことができる。また、検査の自動化も可能になり、オペレータへの負担も軽減できる。

なお、輪郭形状の比較例及び判定基準として、図４〜図６に示した電極パッド１０４、１０５、１０６の場合を例として判定すると、次のようになる。

図４に示す半球形の電極パッド１０４の場合では、検査前の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃは（ｊ）で、検査後の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状１０４ｃは（ｋ）及び（ｌ）である。したがって、上記ステップＳ５での比較では、エッジ部分１０４ｂにはみ出し部分１０４ｄがあると、輪郭形状が異なると判定され、「検査良」とされる。また、ここで輪郭形状が同一で「検査不良」と判定されたときにも、ステップＳ６で（ｋ）に示す針跡１０５が検出された場合は「検査良」と判定され、針跡１０５が検出されない場合は「検査不良」と判定される。

図５に示す台形をした電極パッド２０４の場合では、検査前の電極パッド２０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃは（ｊ）で、検査後の電極パッド１０４を真上から見たときの平面輪郭形状２０４ｃは（ｋ）及び（ｌ）である。したがって、上記ステップＳ５での比較では、エッジ部分２０４ｂにはみ出し部分２０４ｄがあると、輪郭形状が異なると判定され、「検査良」とされる。また、ここで輪郭形状が同一で「検査不良」と判定されたときにも、ステップＳ６で（ｋ）に示す針跡１０５が検出された場合は「検査良」と判定され、針跡１０５が検出されない場合は「検査不良」と判定される。

図６に示す鞍馬形(長円形)をした電極パッド３０４の場合では、検査前の電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃは（ｊ）で、検査後の電極パッド３０４を真上から見たときの平面輪郭形状３０４ｃは（ｋ）及び（ｌ）である。したがって、上記ステップＳ５での比較では、エッジ部分３０４ｂにはみ出し部分３０４ｄがあると、輪郭形状が異なると判定され、「検査良」とされる。また、ここで輪郭形状が同一で「検査不良」と判定されたときにも、ステップＳ６で（ｋ）に示す針跡１０５が検出された場合は「検査良」と判定され、針跡１０５が検出されない場合は「検査不良」と判定される。

なお、上記実施例では、図４〜図６に示した電極パッド１０４、２０４、３０４の場合について説明したが、これ以外の形状をした電極パッドについても、同様にして検出することができる。

なお、上記実施例では、検査後における電極パッドの形状と検査前における電極パッドの形状同士を比較した場合について説明したが、形状同士の比較ではなく、形状データから計算により電極パッドの歪みを検出して判定することも可能である。次に、その歪みを用いた検出判定方法について説明する。

図７〜図９は、矩形をした電極パッド４０１の歪みを判定する場合である。図７の(ａ)は検査後の電極パッド４０１の形状であり、プローブ１０２が押し付けられた電極パッド４０１は本来の形状に加えて歪んだ部分(はみ出し部分)４０２を有し、検査後に検出された輪郭４０１ａは図７の(ｂ)のように、はみ出し部分４０２ａを有した形状となる。また、そのはみ出し部分４０２ａを有する輪郭４０１ａを、画像処理によりドットの集まりとして表現すると、Ｎ個の輪郭の座標の点列(Ｘｎ、Ｙｎ)で表される。一方、対象の電極パッド４０１の、プローブ１０２が押し付けられる前の電極パッドの位置、サイズ及び形状等の基準輪郭４０１ｓは、予め制御部２７の記憶装置(図示せず)に記憶しておく。

そして、電極パッド４０１の歪みを検出する場合は、図８に示すように、横方向(Ｘ軸方向)と縦方向(Ｙ軸方向)についてそれぞれ点列の数をカウントすると、横方向と縦方向にそれぞれ長方形のエッジ部分にピークが現れる。これから、検査を行う電極パッド４０１におけるエッジの位置、すなわち電極パッド４０１の位置が予想できる。また、図９に示すように制御部２７の記憶装置に予め記憶されている電極パッド４０１の矩形をした実線で示す基準輪郭４０１ｓを、対象の電極パッド４０１の輪郭４０１ａにフィッティングし、矩形をした基準輪郭４０１ｓからはみ出した点列の部分(４０２ａ)を抽出することにより、対象となる電極パッド４０１の歪みを検出することが可能になる。したがって、この歪みの有無から検査の良、否を判定できる。

図１０及び図１１は、円形をした電極パッド５０１の歪みを判定する場合である。図１０の(ａ)は検査後の電極パッド５０１の形状であり、プローブ１０２が押し付けられた電極パッド５０１は本来の形状に加えて歪んだ部分(はみ出し部分)５０２を有し、検査後に検出された輪郭５０１ａは図１０の(ｂ)のようにはみ出し部分５０２aを有した形状となる。また、そのはみ出し部分５０２aを有する輪郭５０１ａを、画像処理によりドットの集まりとして表現すると、Ｎ個の輪郭の座標の点列(Ｘｎ、Ｙｎ)で表される。一方、対象の電極パッド５０１の、プローブ１０２が押し付けられる前の電極パッドの位置、サイズ及び形状等の基準輪郭５０１ｓは、予め制御部２７の記憶装置(図示せず)に記憶しておく。

そして、その電極パッド５０１の歪みを検出する場合、Ｎ個の輪郭で表された座標の点列(Ｘｎ、Ｙｎ)を、最小二乗方による円近似を行うと、図１１に示すように基準輪郭５０１ｓとなる半径Ｒの円にフィッティングすることができる。これにより、矩形をした電極パッド４０１の場合と同様に、円形をした基準輪郭５０１ｓからはみ出した点列の部分(５０２ａ)を抽出することにより、対象となる電極パッド５０１の歪みを検出することが可能になる。したがって、この歪みの有無から検査の良、否を判定できる。

図１２〜図１５は、馬蹄形をした電極パッド６０１の歪みを判定する場合である。図１２の(ａ)は検査後の電極パッド６０１の形状であり、プローブ１０２が押し付けられた電極パッド６０１は本来の形状に加えて歪んだ部分(はみ出し部分)６０２を有し、検査後に検出された輪郭６０１ａは図１２の(ｂ)のように、はみ出し部分６０２aを有した形状となる。また、図１２の(ｃ)に示すように、馬蹄形の電極パッド６０１は、横の長さＬｘと縦の長さＬｙで表すことができる。ここで、横の長さＬｘとは、横方向の直線区間の長さを意味する。両端の円弧の半径ｒは、縦の長さＬｙが直径になっていることから(ｒ＝Ｌｙ／２)となり、ＬｘとＬｙで表されることが分かる。なお、ＬｙとＬｘの長さが逆の場合も同様に(ｒ＝Ｌｘ／２)として表される。

また、矩形の場合と同様に、その輪郭６０１ａを、画像処理によりドットの集まりとして表現すると、Ｎ個の輪郭の座標の点列(Ｘｎ、Ｙｎ)で表される。一方、対象の電極パッド６０１の、プローブ１０２が押し付けられる前の電極パッドの位置、サイズ及び形状等の基準輪郭６０１ｓを、予め制御部２７の記憶装置(図示せず)に記憶しておく。

そして、その電極パッド６０１の歪みを検出する場合、図１３に示すように、検出された輪郭６０１aに対して、輪郭を囲む外接矩形の長手方向にプロジェクションを行うと、矩形の場合と同様に検出された輪郭６０１aに対して、エッジ部分にピークが現れる。この馬蹄形の電極パッド６０１は、エッジの幅から両端の円弧の半径rが分かるため、図１４に示すように基準輪郭６０１ｓとなる半径ｒの半円を最小二乗法等でフィッティングすることができる。これにより、矩形をした電極パッド４０１の場合と同様に、馬蹄形をした基準輪郭６０１ｓからはみ出した点列の部分(６０２ａ)を抽出することにより、対象となる電極パッド６０１の歪みを検出することが可能になる。したがって、この歪みの有無から検査の良、否を判定できる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明はウェーハのチップにおける電極パッドを、プローブに対して所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置について説明したが、ウェーハのチップを検査する以外にも応用できる。

１０ プローバ
１１ 基台
１２ 移動ベース
１３ Ｙ軸移動部
１４ Ｘ軸移動部
１５ Ｚ軸移動部
１６ Ｚ軸移動台
１７ θ回転部
１８ ステージ
１９ 針位置合わせカメラ
２０、２１ 支柱
２２ ヘッドステージ
２３ アライメントカメラ（顕微鏡）
２４ カードホルダ
２５ プローブカード
２６ プローブ
２７ 制御部
２８ ヒータ・冷却液路
２９ 温度制御部
３０ テスタ
３１ テスタ本体
３２ コンタクトリング
１０１ ステージ
１０２ プローブ
１０３ プローブカード
１０４ 電極パッド
１０４ａ 頂点
１０４ｂ エッジ部分
１０４ｃ 平面輪郭形状
１０４ｄ はみ出し部分
１０５ 針跡
２０４ 電極パッド
２０４ａ 頂面
２０４ｂ エッジ部分
２０４ｃ 平面輪郭形状
２０４ｄ はみ出し部分
３０４ 電極パッド
３０４ａ 頂点（稜線）
３０４ｂ エッジ部分
３０４ｃ 平面輪郭形状
３０４ｄ はみ出し部分
４０１ 電極パッド
４０１ａ 輪郭
４０１ｓ 基準輪郭
４０２ はみ出し部分
４０２ａ はみ出し部分の点列
５０１ 電極パッド
５０１ａ 輪郭
５０１ｓ 基準輪郭
５０２ はみ出し部分
５０２ａ はみ出し部分の点列
６０１ 電極パッド
６０１ａ 輪郭
６０１ｓ 基準輪郭
６０２ はみ出し部分
６０２ａ はみ出し部分の点列
Ｗ ウェーハ
Ｆ 押圧力

Claims (7)

1. 基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置であって、
   前記電極パッドを撮像し、前記電極パッドの輪郭形状を画像データとして出力する顕微鏡と、
   前記プローブと接触する前における前記電極パッドの輪郭形状の画像データを記憶し、該記憶された輪郭形状の画像データ若しくは輪郭形状と前記顕微鏡から得られる接触後における前記輪郭形状の画像データとを比較して、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、
   を備えることを特徴とするプロービング装置。
2. 予め基準となる電極パッドの輪郭を登録しておく記憶装置と、前記記憶装置に登録された輪郭と針跡検査対象の電極パッドの輪郭とを比較し、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、を備えることを特徴とする請求項１記載のプロービング装置。
3. 前記制御部は、前記顕微鏡が前記電極パッドの略真上から撮影して得られる前記電極パッドの輪郭形状の画像データ同士を比較し、接触後における前記電極パッドのはみ出し箇所の有無から形状の相違を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のプロービング装置。
4. 前記制御部は、前記顕微鏡から前記電極パッドの表面に向けて光を当て、該電極パッドの表面から反射されて来る光を二値化して検出される前記プローブの針跡と、前記電極パッドのはみ出し箇所の有無から前記接触の可否を判定することを特徴とする請求項１記載のプロービング装置。
5. 基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング装置であって、
   電極パッド毎にサイズと形状を前もって指定しておく工程を有し、プロービング後の電極パッドの輪郭形状と前記工程にて指定された形状とを比較し、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定する制御部と、を備えることを特徴とするプロービング装置。
6. 基板上の電子デバイスの電極パッドを、プローブと所定の圧力で接触させて電気的な検査を行うプロービング方法であって、
   前記プローブと接触する前における前記電極パッドの輪郭形状の画像データと、前記プローブと接触した後における電極パッドの輪郭形状の画像データとを比較して、前記電極パッドと前記プローブとの接触の良否を判定することを特徴とするプロービング方法。
7. 前記電極パッドの表面に光を当てて該電極パッドの表面から反射されて来る光を二値化して検出される前記プローブの針跡と、前記電極パッド同士の輪郭形状の違いから前記接触の良否を判定することを特徴とする請求項６記載のプロービング方法。