JP6042760B2

JP6042760B2 - プローブ装置

Info

Publication number: JP6042760B2
Application number: JP2013067810A
Authority: JP
Inventors: 榮一篠原; 旨俊長坂; 儀保加藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: TW201506421A; EP2980839B1; JP2014192404A; US9638719B2; EP2980839A4; KR20150138213A; KR101785820B1; TWI632382B; WO2014157122A1; EP2980839A1; US20160054357A1

Description

本発明は、プローブ装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの電気的な検査を行うためのプローブ装置が用いられている。このようなプローブ装置では、載置台（チャックトップ）に半導体ウエハを載置し、載置台を駆動すること等により、半導体ウエハの半導体デバイスの電極にプローブを接触させて電気的な導通を得る構成となっている。そして、測定器（テスタ）からプローブを介して半導体デバイスに所定の検査信号を印加し、半導体デバイスからの出力信号を検出して半導体デバイスの検査を行うようになっている。

また、半導体ウエハの裏面側に電極を有する半導体デバイス、例えば、裏面側にコレクタ電極が形成されたパワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、載置台（チャックトップ）の載置面に載置台電極として金等の導電性金属からなる導体膜電極等を形成し、この導体膜電極と半導体ウエハの裏面側の電極とを接触させて電気的な導通を得るものが知られている。パワーデバイスは、通常の半導体デバイスと比べて高耐圧化、大電流化され、また用途に応じて高速、高周波化されている。パワーデバイスとしては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、サイリスタ等がある。これらのパワーデバイスは、それぞれの電気的特性（静特性、動特性）の測定により良品が選別される。

また、上記のパワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、導体膜電極とテスタとをケーブル等で電気的に接続すると、載置台が駆動される都合上ケーブルの長さが長くなりその抵抗やインダクタンスが増えるという問題がある。このため、導体膜電極と電気的に接続された接続導体を載置台の側面に配設し、これを上方に配設した電極板に接触させて電気的な導通を得る構成のプローブ装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−５８２２５号公報

上記のように従来から、パワーデバイス等の電気的な検査を行うプローブ装置では、載置台の載置面に形成された導体膜電極と電気的に接続された接続導体を上部に設けられた電極板に接触させて電気的な接続を得ることが行われている。

しかしながら、上記構成のプローブ装置では、金属製の接続導体を金属製の電極板に接触させて電気的な導通を得るため、金属片等が発生し、繰り返して検査を実施するうちに、接続導体と電極板との接触抵抗が次第に増加し、精度の高い検査を行うことが困難になるという問題がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、長期間に亘って精度良く検査を実施することのできるプローブ装置を提供することを目的とする。

本発明のプローブ装置の一態様は、半導体ウエハに形成された半導体デバイスと電気的な接続を形成し、テスタにより電気的な検査を行うプローブ装置であって、前記半導体ウエハを載置するための載置台と、前記載置台の前記半導体ウエハの載置面に形成され、前記半導体デバイスの裏面側に形成された裏面側電極と接触される載置台電極と、前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される複数のプローブを有するプローブカードと、前記載置台を駆動し、当該載置台に載置された前記半導体ウエハの前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させる駆動機構と、前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される電極板と、前記載置台の側方に配設され、前記載置台電極と電気的に接続され、前記電極板に当接されることによって前記裏面側電極と前記テスタとの電気的な接続を行う接続導体と、前記接続導体の前記電極板との接触部を研磨するための研磨手段と、前記接触部をブラシクリーニングするブラシクリーニング手段及び前記接触部の接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段とを有するクリーニング機構とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、長期間に亘って精度良く検査を実施することのできるプローブ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプローブ装置の全体構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の要部構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置の動作を説明するためのフローチャート。図１のプローブ装置の動作を説明するための図。図１のプローブ装置の動作を説明するための図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプローブ装置１００の全体構成を模式的に示す図であり、図２はプローブ装置１００の要部構成を模式的に示す図である。図１に示すように、プローブ装置１００は、測定部１１０と、搬送ユニットであるローダー部１５０とからその主要部が構成されている。また、プローブ装置１００の全体の動作は、コンピュータ等からなる制御部６００によって制御される。

測定部１１０には、ｘ−ｙ−ｚ-θ方向に移動可能とされ、半導体ウエハＷが載置される載置台１１１が設けられており、載置台１１１を駆動機構１１２により駆動することによって、プローブカード２１０に配設されたプローブ２１１（図２参照。）と、半導体ウエハＷに複数形成された半導体デバイスの電極とを接触させて、半導体デバイスの電気的特性を測定するよう構成されている。

また、載置台１１１の上方には、アライメント用カメラ（図示せず）が搭載されたブリッジ４００が配設されている。このブリッジ４００は、載置台１１１の載置面に平行に、プローブ装置１００の前後方向（図１中の上下方向）に駆動可能とされている。このブリッジ４００には、クリーニングユニット４１０が配設されている。クリーニングユニット４１０の詳細な構成については、後述する。

ローダー部１５０には、その前方側（図１中下側）に、半導体ウエハＷを収容するウエハキャリア（ウエハカセット又はフープ）１５１が載置されるロードポート１５２が配設されており、このロードポート１５２に隣接してウエハ搬送機構１６０が配設されている。また、ローダー部１５０の後方側（図１中上側）には、位置合わせ機構１７０が配設されている。位置合わせ機構１７０は、半導体ウエハＷを回転させてノッチの位置と半導体ウエハＷの偏芯の状態を検出するよう構成されている。

ウエハ搬送機構１６０は、半導体ウエハＷを真空吸着して搬送するためのウエハ搬送アーム１６１を具備している。このウエハ搬送アーム１６１には、半導体ウエハＷを真空吸着するための吸着部（吸着パッド）１６２が複数（本実施形態では２つ）配設されている。これらの吸着部１６２には、真空ポンプ等の吸引源に接続された真空ライン（図１には図示せず。）が接続されている。なお、ウエハ搬送アーム１６１は、必要に応じて例えば上下に重ねて複数配設される。

ウエハ搬送機構１６０は、ウエハ搬送アーム１６１を進退及び旋回させることによって、ロードポート１５２に載置されたウエハキャリア１５１と、位置合わせ機構１７０と、測定部１１０の載置台１１１との間で半導体ウエハＷを搬送する。

ロードポート１５２は、上下動機構によって上下動自在とされており、ロードポート１５２とウエハ搬送機構１６０との間には、支持フレーム１５３が配設されている。この支持フレーム１５３には図示しない光学検出器が配設されている。そして、ロードポート１５２に載置されたウエハキャリア１５１を上下動させながら、この光学検出器で半導体ウエハＷの有無を検出することにより、ウエハキャリア１５１内のどのスロットに半導体ウエハＷが配置されているかを検出できるようになっている。

図２に示すように、プローブカード２１０は、載置台１１１の上方に位置するように、クランプ機構（図示せず。）を介して測定部１１０の上面を構成するヘッドプレート１１０Ａに固定されている。プローブカード２１０には複数のプローブ２１１が配設されており、これらのプローブ２１１は、テスタ３００と電気的に接続される。

また、載置台１１１の半導体ウエハＷの載置面及び載置台１１１の側面の上側部分には、載置台電極として金等の導電体金属からなる導体膜電極２２０（図２には太線で示してある。）が形成されている。また、載置台１１１には、図示しないバキュームチャック及び温度調節機構が配設されており、載置台１１１に載置された半導体ウエハＷを吸着し、所望の温度に温調できる構成となっている。

プローブカード２１０と載置台１１１との間には、電極板２２１が配設されている。この電極板２２１は、テスタ３００と電気的に接続される。また、載置台１１１の側壁部分には、接続導体としてのコンタクトプローブ２２２が複数（本実施形態では１８０°離間した位置に合計２つ）配設されている。このコンタクトプローブ２２２は、導体膜電極２２０と電気的に接続されており、載置台１１１を上昇させた際に、コンタクトプローブ２２２と電極板２２１が当接することによって、導体膜電極２２０とテスタ３００とが電気的に接続された状態となるように構成されている。なお、電極板２２１は、載置台１１１を駆動して半導体ウエハＷの表面側の電極にプローブ２１１を接触させた際に、いずれの位置においてもコンタクトプローブ２２２が電極板２２１に当接可能な形状とされており、例えば、環状あるいは２つのコンタクトプローブ２２２が夫々当接されるように２つに分割された形状等とすることができる。

図３に示すように、コンタクトプローブ２２２には、その頂部に円板状の当接部２２２ａが配設されており、当接部２２２ａの上面には、凹凸が形成されている。当接部２２２ａの直下には、直方体形状とされたケーブル接続部２２２ｂが配設されており、これらの当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂは、例えば、真鍮等の金属から一体に構成されている。すなわち、１つの金属材料から切削加工等によって当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂが形成されている。

また、当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂの表面には、厚さが例えば０．３μｍ〜０．５μｍ程度の金メッキ層が形成されている。なお、金メッキ層の下層には、厚さが例えば３μｍ程度の無電解ニッケルメッキ等からなる中間メッキ層が形成されている。

図４に示すように、ケーブル接続部２２２ｂの側壁部には、長手方向の両側端部に位置するように２つのネジ穴２２２ｃが形成されている。そして、これらのネジ穴２２２ｃにネジ２２３（図３参照。）を螺合させるとともに、載置台１１１の導体膜電極２２０の部分に形成されたネジ穴（図示せず。）にネジ２２４を螺合させ、これらのネジ２２３、ネジ２２４によってケーブル２２５の導体を固定することによって、導体膜電極２２０とコンタクトプローブ２２２とが電気的に接続されている。

ケーブル接続部２２２ｂの下側には、円柱部２２２ｄが形成されており、この円柱部２２２ｄは、円筒部材２２２ｅ内に収容されている。そして、この円筒部材２２２ｅ内に配設されたコイルスプリング等の付勢部材（図示せず。）によって、円筒部材２２２ｅに対して当接部２２２ａ及びケーブル接続部２２２ｂ等が上側に向けて付勢された状態となっている。そして、図４中矢印で示すように、当接部２２２ａ及びケーブル接続部２２２ｂ等が円筒部材２２２ｅに対して上下方向に移動可能となっている。これによって、当接部２２２ａを電極板２２１当接させた際に、当接部２２２ａが電極板２２１に対して弾性的に押圧された状態で当接するように構成されている。

上記のように、本実施形態のプローブ装置１００では、コンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの直下にケーブル接続部２２２ｂが配設されている。また、当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂとは、一体に構成されており、これらの間に当接部２２２ａを弾性的に電極板２２１に接触させるための摺動部等が介在しない構成となっている。さらに、これらの当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂの表面には金メッキ層が形成されている。

これによって、当接部２２２ａとケーブル接続部２２２ｂとの間の電気経路を短くすることができ、電気抵抗が増大すること及びインダクタンスが増大することを抑制することができる。そして、ケーブル接続部２２２ｂと導体膜電極２２０とが電気抵抗の少ない長さの短いケーブル２２５によって電気的に接続されているので、導体膜電極２２０とテスタ３００との間の電気抵抗を従来に比べて大幅に低減することができる。また、電気経路が短いのでインダクタンス成分も少なくすることができる。

図３に示すように、載置台１１１の側壁部には、アルミニウム等から構成されたストッパアンドガイドブロック２２６が固定されている。また、載置台１１１の下部には、ステンレス鋼等からなるベースブロック２２７が配設されており、コンタクトプローブ２２２は、このベースブロック２２７上に、例えば、ＰＥＥＫ等の樹脂からなるプローブガイドブロック２２８、例えば、アルミニウム等からなるプローブ押え２２９等を介して係止されている。

さらに、ベースブロック２２７の下部には、コンタクトプローブ２２２を上下動させるための昇降機構２３０が配設されている。この昇降機構２３０は、コンタクトプローブ２２２を上下動させて、載置台１１１を上昇させて半導体ウエハＷの表面側の電極にプローブ２１１を接触させた際に、当接部２２２ａが電極板２２１に接触する上昇位置と、当接部２２２ａが電極板２２１に接触しない下降位置との間で移動させる。

また、昇降機構２３０は、上記した上昇位置と下降位置との間で、多段階にコンタクトプローブ２２２の上下方向の位置を変更可能とされている。これによって、当接部２２２ａと電極板２２１との当接状態を、最適な状態に調整可能となっている。

図５は、クリーニングユニット４１０の側面の構成を模式的に示す図であり、図６は、クリーニングユニット４１０の下側面の構成を模式的に示す図である。これらの図５、図６に示すように、クリーニングユニット４１０には、ブラシユニット４１１と、研磨ユニット４１２と、接触抵抗測定ユニット４１３とが配設されている。ブラシユニット４１１は、ブラシ４１１ａを具備しており、このブラシ４１１ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させて擦り、ブラシクリーニングする。

研磨ユニット４１２は、セラミック等からなる研磨用部材４１２ａを具備しており、この研磨用部材４１２ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させて擦ることにより、研磨してクリーニングする。また、接触抵抗測定ユニット４１３は、接触抵抗測定用電極４１３ａを具備しておりこの接触抵抗測定用電極４１３ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させて図示しない測定機構により、接触抵抗を測定する。

次に、図７のフローチャートを参照して、上記構成のクリーニングユニット４１０によるコンタクトプローブ２２２のクリーニング工程について説明する。なお、以下に説明するクリーニング工程は、図１に示した制御部６００の制御によって実施される。本実施形態に係るコンタクトプローブ２２２のクリーニングでは、まず、ブラシ４１１ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させ、載置台１１１を移動させることによってブラシ４１１ａで当接部２２２ａの上側面を擦り、ブラシクリーニングを行う（５０１）。

次に、載置台１１１を移動させることによって、接触抵抗測定用電極４１３ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させ、図示しない測定機構により接触抵抗を測定する。そして、測定した接触抵抗の値が所定値以下であるか否かを判定する（５０２）。なお、この場合、接触抵抗の値の判定基準となる所定値は、例えば、１ｍΩ〜１０ｍΩ程度、例えば５ｍΩ等とすることができる。

上記判定の結果、コンタクトプローブ２２２の接触抵抗の値が所定値以下である場合（ＯＫの場合）は、ブリッジに配設された図示しない気体吹きつけ機構により、載置台１１１の載置面に気体を吹き付けて載置面上の塵埃等を除去するチャックブローを実施して（５０３）、クリーニングを終了する（５０４）。

一方、上記判定の結果、コンタクトプローブ２２２の接触抵抗の値が所定値よりも大きい場合（ＮＧの場合）は、次に載置台１１１を移動させることによって、研磨用部材４１２ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させ、載置台１１１を移動させることによって研磨用部材４１２ａで当接部２２２ａの上側面を擦り、研磨を行う（５０５）。

上記研磨用部材４１２ａによる研磨工程が終了した後、再度ブラシ４１１ａによるコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａのブラシクリーニングを行う（５０６）。

この後、再度接触抵抗測定用電極４１３ａにコンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａの上側面を当接させ、図示しない測定機構により接触抵抗を測定する。そして、測定した接触抵抗の値が所定値以下であるか否かを判定する（５０７）。

一方、上記判定の結果、コンタクトプローブ２２２の接触抵抗の値が所定値よりも大きい場合（ＮＧの場合）は、原因調査を行い、修理を実施する（５０８）。

上記のように本実施形態では、クリーニングユニット４１０により、コンタクトプローブ２２２のクリーニングを実施するので、長期間に亘って常にコンタクトプローブ２２２の接触抵抗値を所定値以下の低い状態に維持することができ、長期間に亘って精度良く検査を実施することができる。

なお、本実施形態のプローブ装置１００では、コンタクトプローブ２２２を２つ具備した構成となっている。このため、図８、図９に示すように、まず、ブリッジ４００を移動させることによって、クリーニングユニット４１０を一方のコンタクトプローブ２２２の上方に位置させ、この状態で一方のコンタクトプローブ２２２のクリーニングを実施する。この後、ブリッジ４００を移動させることによって、クリーニングユニット４１０を他方のコンタクトプローブ２２２の上方に位置させ、この状態で他方のコンタクトプローブ２２２のクリーニングを実施する。

次に、上記構成のプローブ装置１００による半導体ウエハＷの検査手順について説明する。ローダー部１５０のロードポート１５２に半導体ウエハＷを収容したウエハキャリア１５１が載置されると、まず、上下動機構によってウエハキャリア１５１上下動させ、光学検出器によって半導体ウエハＷがどのスロットに収容されているかを検出する。

次に、半導体ウエハＷをウエハ搬送機構１６０のウエハ搬送アーム１６１に吸着して、位置合わせ機構１７０に搬送する。そして、位置合わせ機構１７０によって半導体ウエハＷのノッチを検出して半導体ウエハＷの位置を検知する。

次に、位置合わせ機構１７０による位置検出の終了した半導体ウエハＷを、ウエハ搬送機構１６０のウエハ搬送アーム１６１によって、位置合わせ機構１７０から取り出し、測定部１１０の載置台１１１上に半導体ウエハＷを載置する。

そして、載置台１１１上の半導体ウエハＷの半導体デバイスにプローブ２１１を当接させて、テスタ３００と半導体ウエハＷの表面側の電極との電気的な導通を得るとともに、コンタクトプローブ２２２の当接部２２２ａを電極板２２１に接触させてテスタ３００と半導体ウエハＷの裏面側の電極との電気的な導通を得る。この状態で、テスタ３００から半導体デバイスにテスト信号を供給するとともに、半導体デバイスからの出力信号を測定することによって、半導体デバイスの電気的な特性の検査を行う。

半導体ウエハＷの半導体デバイスの電気的な状態の検査が終了すると、載置台１１１上の半導体ウエハＷを、ウエハ搬送機構１６０のウエハ搬送アーム１６１によって取り出し、ウエハキャリア１５１に収容する。

以上本発明を実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、コンタクトプローブは、図３等に示した形状のものに限らず、複数のポゴピンを用いたものや各種の形状のものに適用することができる。

１００……プローブ装置、１１０……測定部、１１１……載置台、１５０……ローダー部、１５１……ウエハキャリア、１５２……ロードポート、１５３……支持フレーム、１６０……ウエハ搬送機構、１６１……ウエハ搬送アーム、１６２……吸着部、１７０……位置合わせ機構、２２０……導体膜電極、２２１……電極板、２２２……コンタクトプローブ、２２２ａ……当接部、２２２ｂ……ケーブル接続部、２２２ｃ……ネジ穴、２２２ｄ……円柱部、２２２ｅ……円筒部材、２２３，２２４……ネジ、２２５……ケーブル、２２６……ストッパアンドガイドブロック、２２７……ベースブロック、２２８……プローブガイドブロック、２２９……プローブ押え、２３０……昇降機構、３００……テスタ、４００……ブリッジ、４１０……クリーニングユニット、４１１……ブラシユニット、４１１ａ……ブラシ、４１２……研磨ユニット、４１２ａ……研磨用部材、４１３……接触抵抗測定ユニット、４１３ａ……接触抵抗測定用電極、６００……制御部。

Claims

半導体ウエハに形成された半導体デバイスと電気的な接続を形成し、テスタにより電気的な検査を行うプローブ装置であって、
前記半導体ウエハを載置するための載置台と、
前記載置台の前記半導体ウエハの載置面に形成され、前記半導体デバイスの裏面側に形成された裏面側電極と接触される載置台電極と、
前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される複数のプローブを有するプローブカードと、
前記載置台を駆動し、当該載置台に載置された前記半導体ウエハの前記半導体デバイスの電極に前記プローブを接触させる駆動機構と、
前記載置台の上方に配設され、前記テスタと電気的に接続される電極板と、
前記載置台の側方に配設され、前記載置台電極と電気的に接続され、前記電極板に当接されることによって前記裏面側電極と前記テスタとの電気的な接続を行う接続導体と、
前記接続導体の前記電極板との接触部を研磨するための研磨手段と、前記接触部をブラシクリーニングするブラシクリーニング手段及び前記接触部の接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段とを有するクリーニング機構と
を具備することを特徴とするプローブ装置。
請求項１記載のプローブ装置であって、
前記クリーニング機構は、前記ブラシクリーニング手段によって前記接触部をブラシクリーニングした後、前記接触抵抗測定手段によって前記接触部の接触抵抗を測定し、測定した接触抵抗の値が設定値以上の場合、前記研磨手段によって前記接触部の研磨を行う
ことを特徴とするプローブ装置。
請求項１又は２記載のプローブ装置であって、
前記接続導体が、前記載置台の周方向に間隔を設けて複数配設されている
ことを特徴とするプローブ装置。
請求項１〜３いずれか１項記載のプローブ装置であって、
前記クリーニング機構は、前記載置台の上方に配設され、駆動機構によって前記載置面と平行に移動可能とされている
ことを特徴とするプローブ装置。