JP6531344B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

本発明はプローブ装置に係り、特に半導体ウエハ上に形成された複数の集積回路等の半導体素子（チップまたはダイ）の電気的特性を検査するプローブ装置に関する。

半導体製造工程において、ダイシング工程では、ダイシング装置によってダイシングフレームに固定された円板状の半導体ウエハが複数のチップ（ダイ）に切り分けられる。このダイシング工程の前、又は、後において各チップの電気的特性を検査するウエハテスト工程が行われており、このウエハテスト工程においてプローブ装置が用いられている。

プローブ装置は、テスタに接続されたプローブカードのプローブを、ステージに保持したウエハの各チップの電極パッドに接触させるための装置であり、テスタは、プローブを介してチップに電源及び各種の試験信号を供給し、チップの電極から出力される応答信号をプローブを介して取得して解析することにより、チップが正常に動作するか否かの確認を行う（例えば特許文献１参照）。

また、このようなプローブ装置において、製造コスト低減のためにスループットの向上が強く求められており、１回の接触動作で複数のチップ（ダイ）を同時に検査するマルチプロービングが行われている。近年、１度に検査するチップ数は益々増加し、ウエハ上の全てのチップを同時に検査することも行われている。

また、半導体装置の検査においては、高温または低温などの通常とは異なる環境条件で長時間動作させるバーンイン試験が行われる。バーンイン試験では特に試験をチップごとに行ったのでは試験費用と時間が膨大となるため、ウエハ状態においてウエハ上の全てのチップのバーンイン試験を同時に行えるようにすることが重要である。

このようにウエハ上の全てのチップ又は多数のチップを同時に検査する場合に、プローブカードの全てのプローブが略均一な接触圧力でウエハ上の電極パッドに押し当てられるようにするため、特許文献２には、プローブカードとウエハとの間の空間をシーリング手段により密閉すると共に減圧し、シーリング手段により密閉された内部空間の圧力と大気圧との差圧によりプローブカードのプローブをウエハの電極パッドに押し当てるようにした構成が開示されている。

特開２００７−９５９３８号公報 特開２０１１−９１２６２号公報

ところで、プローブカードのプローブの先端には、検査を繰り返すうちにアルミ屑などの異物が付着する。プローブの先端に異物が付着すると、プローブカードとウエハとの間の接触抵抗値が大きくなり、検査結果に悪影響を及ぼす。したがって、プローブの先端の付着物を除去するためのクリーニングを適宜行う必要がある。

一方、プローブカードをプローブ装置から取り外してクリーニングを行うことは手間と時間を要するため、プローブカードをプローブ装置に取り付けた状態でクリーニングできるようにすることが望ましい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、プローブをウエハの電極パッドに接触させる際にプローブカードのプローブ先端側の空間を減圧するプローブ装置において、プローブカードを取り外すことなくプローブカードのクリーニングを適切に行うことができるプローブ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一の態様に係るプローブ装置は、ウエハをウエハチャックにより支持し、ウエハに形成されたチップをプローブカードのプローブに接触させてプローブに接続されたテスタによりチップの電気的特性を検査するプローブ装置であって、プローブカードのプローブの先端が配置される空間を密閉するシーリング手段と、空間を減圧する減圧手段とを備えたプローブ装置において、ウエハチャックに設けられ、空間を大気に連通させる通気路と、通気路を閉鎖又は開放するシャッタ手段と、を備える。

本態様によれば、シーリング手段により密閉されるプローブの先端の空間を、シャッタ手段を開放に設定することで通気路を介して大気（外部空間）に連通させた状態にすることができる。したがって、プローブカードのクリーニング用のウエハをプローブの先端に接触させて遠近方向に往復移動させることでプローブの付着物を確実に除去することができる。そして、プローブの先端の空間が非密閉状態であることからウエハの往復移動の際にプローブカードに負荷がかからずプローブカードが破損するという事態も生じない。

本発明の他の態様に係るプローブ装置において、シャッタ手段は、吸引ポンプによる吸引のオンとオフとの切替えにより変位するシャッタ部材であって、吸引ポンプの吸引がオフのときに通気路を閉鎖する位置に移動し、吸引ポンプの吸引がオンのときに通気路を開放する位置に移動するシャッタ部材を有する態様とすることができる。

本発明の更に他の態様のプローブ装置において、プローブカードのクリーニングの際に、シャッタ手段を通気路を開放する状態に設定し、かつ、ウエハチャックに支持されたクリーニング用のウエハをプローブに接触する位置で遠近方向に往復移動させる制御手段を有する態様とすることができる。

本発明の更に他の態様のプローブ装置において、通気路は、プローブの先端が配置される空間に連通する開口をウエハチャックに支持されるウエハが配置されない位置に有する態様とすることができる。

本発明によれば、プローブをウエハの電極パッドに接触させる際にプローブカードのプローブ先端側の空間を減圧するプローブ装置において、プローブカードを取り外すことなくプローブカードのクリーニングを適切に行うことができる。

本発明が適用されるウエハテストシステムの全体構成図 ウエハチャックがプローブカードに近接した状態を示した図 プローブカードのクリーニングのための構成及び動作を説明した図 ウエハチャックの上面側からシャッタ機構部を示した斜視図 シャッタ機構部を通気孔の軸線を含む断面で示した断面図であって通気路が閉鎖されている状態を示した図 シャッタ機構部を通気孔の軸線を含む断面で示した断面図であって通気路が開放されている状態を示した図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明が適用されるウエハテストシステム１の概略構成図である。同図に示すウエハテストシステム１は、多数の半導体チップ（以下、単にチップという）が形成された被検体（検査対象）であるウエハＷを支持して検査位置への移動及び位置決め等を行うプローバ１０（プローブ装置）と、検査位置のウエハＷの各チップの電極パッドに接触するプローブ２１を有するプローブカード２０と、プローブカード２０を介してウエハＷの各チップにテスト信号を与えて各チップの性能（電気的特性）を検査するテスタ３０とから構成される。

プローバ１０は、被検体であるウエハＷを真空吸着して支持（保持）するウエハチャック１２（ウエハステージ）を有する。ウエハチャック１２の上面側には、周縁部に沿って環状のシールゴム１４がシーリング手段として設けられる。このシールゴム１４は後述のようにウエハチャック１２（ウエハＷ）をプローブカード２０に接近させたときに図２のようにプローブカード２０の下面に密着し、内側の空間（プローブ空間５０）、即ち、プローブカード２０のプローブ２１の先端が配置される空間を密閉状態にする。なお、プローブ空間５０を密閉状態にするシーリング手段は本実施の形態のものに限らない。

ウエハチャック１２は、モータによって動作するステージ移動機構１６により、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向、及びθ方向に移動可能に支持される。なお、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向に沿った軸であり、Ｚ軸は鉛直方向に沿った軸であり、θ方向は、ウエハチャック１２の中心を通る鉛直方向に沿ったθ軸に対する軸周りの方向を示す。

ステージ移動機構１６は、システム全体を統括的に制御する制御手段である制御部４０により制御され、不図示のカメラの情報などに基づくステージ移動機構１６に対する制御部４０の制御によって、ウエハチャック１２及びウエハチャック１２に吸着保持されたウエハＷの移動及び位置決めが行われる。制御部４０にはユーザが所定の情報を入力する不図示の入力手段や所定の情報を出力するモニタ等の出力手段が接続される。

また、プローバ１０は、上部に板状のヘッドステージ１８を有し、ヘッドステージ１８に設けられた開口部１８Ａにプローブカード２０が取り付けられる。

プローブカード２０は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置された多数本のプローブ２１を下面側に有し、検査するデバイスの種類（ウエハＷの種類）に応じて交換される。本実施の形態におけるプローブカード２０は、ウエハＷの全てのチップを一括して同時に検査する場合に用いられるプローブカードであり、それらの複数のチップの電極パッドに同時に接触する多数本のプローブ２１を有する。

プローブカード２０の上面側には、各プローブ２１に接続された複数の端子が設けられており、そのプローブカード２０の上面側にはテスタ３０を構成するコンタクトリング３１、テストヘッド３２、及びテスタ本体３３のうちのコンタクトリング３１及びテストヘッド３２がプローバ１０に支持された状態で配置される。

コンタクトリング３１は、プローブカード２０とテストヘッド３２の間に配置され、プローブカード２０の上面側の端子とテストヘッド３２の内部の回路とを多数のコンタクトにより電気的に接続する。

テストヘッド３２は、コンタクトリング３１及びプローブカード２０を介してウエハＷに電気的に接続される回路であって、ウエハＷの各チップに印加するテスト信号を生成して出力する回路、テスト信号に対して各チップから出力される応答信号を取り込む回路等を有する。

テストヘッド３２には、プローバ１０の側部等に配置されたテスタ本体３３が電気的に接続される。テスタ本体３３は、テストヘッド３２を制御してテストヘッド３２に対してテスト信号の生成及び出力、応答信号の取込み等を実施させる。また、テスタ本体３３は、テストヘッド３２を介して得られたテスト信号に対する応答信号の状態に基づいて各チップの性能を検査（電気的特性を測定）し、各チップの良否判定（良品と不良品の選別）等を行う。

以上のウエハテストシステム１の作用について説明すると、ウエハテストシステム１は、制御部４０により統括的に制御され、ユーザが不図示の入力手段から入力指示した処理内容に対応した各部の動作が制御部４０の制御により実施される。

例えば、ウエハＷの検査を実施する場合、通常は被検体であるウエハＷが不図示のカセットに複数収容されており、その不図示のカセットから不図示の搬送手段によりウエハＷが順次取り出されてウエハチャック１２に搬送されて吸着保持される。そして、ウエハチャック１２に順次搬送されたウエハＷは検査が終了すると、搬送手段により順次カセットに戻される。

ウエハチャック１２にウエハＷが搬送されて吸着保持された際には、ステージ移動機構１６によりウエハＷの各チップの配列方向及び位置が予め決められた状態となるようにアライメントされる。そして、図２に示すようにプローブカード２０の各プローブ２１にウエハＷの各チップの電極パッドが接触する検査位置にウエハチャック１２が移動する。

ウエハチャック１２が検査位置に移動した状態では、ウエハチャック１２のシールゴム１４がプローブカード２０の下面に密着し、プローブ２１が配置されるシールゴム１４の内側のプローブ空間５０、即ち、ウエハチャック１２と、プローブカード２０と、シールゴム１４とで囲まれた空間であるプローブ空間５０が密閉される。そして、ウエハチャック１２の上面に設けられた吸引孔からの吸引によりプローブ空間５０が減圧される。これによって、プローブ空間５０が略真空状態に設定され、プローブカード２０が上面側の大気圧と、プローブ空間５０の内部圧力との差圧によりウエハＷ側に押されて、全てのプローブ２１が略均一な接触圧力でウエハＷ上の電極パッドに押し当てられる。

なお、プローブ空間５０を真空状態にするための吸引孔は、ウエハＷをウエハチャック１２に吸着するための吸引孔を兼ねるものであっても、それ以外のものであってもよいし、ウエハチャック１２以外の部分に設けられたものであってもよい。

この状態に設定されると、テスタ本体３３の指示によりテストヘッド３２からウエハＷに対してテスト信号が出力されると共に、その応答信号がテストヘッド３２に取り込まれる。これによって、各チップの性能の検査（電気的特性の測定）が行われ、テスタ本体３３により各チップの良否判定（良品と不良品との選別）等が行われる。

テスタ３０による検査が終了すると、ステージ移動機構１６によりウエハチャック１２及びウエハＷがプローブカード２０から離間し、不図示の搬送手段によりウエハＷがウエハチャック１２からカセットに搬送されてカセットに収容される。

また、ウエハテストシステム１は、制御部４０への入力手段からのユーザの指示によりプローブカード２０のプローブ２１のクリーニングを以下のように実施する。

次に、上記ウエハテストシステム１におけるプローブカード２０のプローブ２１のクリーニングについて説明する。

プローブカード２０のプローブ２１の先端には、上記検査を繰り返している間にアルミ屑などの異物が付着する。このような異物の付着は、プローブカード２０とウエハＷとの間の接触抵抗値を大きくし、検査結果に悪影響を及ぼす。

したがって、適度な頻度及びタイミングでクリーニングを行い、プローブ２１の先端から付着物を除去する必要があるが、プローブカード２０をヘッドステージ１８から取り外してクリーニングすることは煩雑な手間と時間を要する。

そこで、本実施の形態のウエハテストシステム１では、プローブカード２０をヘッドステージ１８から取り外すことなく適切にクリーニングする方法として、材質がセラミックで形成されたウエハや、ミラーウエハにクリーニング用のシートを貼り付けたウエハをクリーニング用のクリーニングウエハとして用いる。そして、通常のウエハＷと同様にクリーニングウエハをウエハチャック１２で吸着保持し、プローブカード２０のプローブ２１の先端に接触させる。

このとき、クリーニング時の特別な動作として、図３に示すように、クリーニングウエハＣＷの表面ＣＷＳがプローブ２１の先端に接触して所定量押し上げる位置Ｐ１と、プローブ２１の先端から約３００μｍ離れた位置Ｐ０との間で往復移動するように、ウエハチャック１２を上下に複数回往復移動させる。即ち、クリーニングウエハＣＷをプローブ２１に対して遠近方向に所定回往復移動させる。

これによって、プローブ２１の先端がクリーニングウエハＣＷの表面ＣＷＳを擦るように移動するため、プローブ２１の先端の付着物が確実に除去される。

一方、このようなクリーニング動作時においてもウエハチャック１２のシールゴム１４によりプローブ空間５０が形成され、プローブ空間５０が密閉状態となる。即ち、シールゴム１４がプローブカード２０に吸着する。

そのため、ウエハチャック１２を上下方向に高速で往復移動させると、ウエハチャック１２が下降する際にプローブカード２０が下側に引っ張れて破損する可能性がある。

そこで、本実施の形態のウエハチャック１２には、図３に示すようにプローブ空間５０を大気（外部空間）に連通させる通気路６０が形成されると共に、その通気路６０を開閉するシャッタ機構部６２がシャッタ手段としてウエハチャック１２の裏面側に設けられる。プローブ空間５０に連通する通気路６０の開口はウエハチャック１２に支持されるウエハＷが配置されない位置に設けられる。

また、シャッタ機構部６２による通気路６０の開閉の切替えは、制御部４０により制御される減圧手段（吸引手段）である吸引ポンプ６４の吸引のオンとオフとの切替えにより行われる。

これによれば、ウエハＷの検査時には、シャッタ機構部６２により通気路６０を閉鎖することで、プローブ空間５０を密閉状態にすることができる。一方、プローブカード２０（プローブ２１）のクリーニング時には、シャッタ機構部６２により通気路６０を開放することで、プローブ空間５０を非密閉状態にすることができる。したがって、クリーニング時にはシールゴム１４がプローブカード２０に吸着せず、クリーニング動作としてウエハチャック１２を上下方向（遠近方向）に高速で往復移動させてもプローブカード２０の破損が生じ難いものとなっている。なお、シャッタ機構部６２は、吸引ポンプ６４による吸引がオフのときに通気路６０を閉鎖し、吸引ポンプ６４による吸引がオンのときに通気路６０を開放する。

次にシャッタ機構部６２の構成について説明する。図４は、ウエハチャック１２の上面側からシャッタ機構部６２を示した斜視図である。

同図に示すようにウエハチャック１２は、円板状に形成され、その上面には、中心軸（θ軸）の位置を含む円形状の領域であって、ウエハＷ又はクリーニングウエハＣＷを吸着保持する支持部１２Ａ（図３も参照）と、支持部１２Ａの外周側の円環状の領域を有し、支持部１２Ａに支持されたウエハＷ又はクリーニングウエハＣＷの外周縁よりも外側に配置される周縁部１２Ｂとが形成され、支持部１２Ａは周縁部１２Ｂよりも上側に突出する。また周縁部１２Ｂには上述にように環状のシールゴム１４が設けられる。なお、支持部１２Ａや周縁部１２Ｂには、ウエハＷ又はクリーニングウエハＣＷを吸着保持すると共に、ウエハＷの検査の際にプローブ空間５０を減圧するための吸引孔を有する吸引溝等が設けられる。

一方、ウエハＷ及びクリーニングウエハＣＷが配置されない周縁部１２Ｂにおいてシールゴム１４の内側には上記通気路６０を形成する複数の通気孔８０が形成され、それらの通気孔８０が貫通するウエハチャック１２の下面側の位置には上述のシャッタ機構部６２が取り付けられる。なお、通気孔８０及びシャッタ機構部６２は、周縁部１２Ｂの数カ所（例えば３箇所）に設けられる。

図５、図６は、１つのシャッタ機構部６２を通気孔８０の軸線を含む断面で示した断面図であり、図５は通気路６０が閉鎖されている状態を示し、図６は通気路６０が開放されている状態を示す。

これらの図に示すように、シャッタ機構部６２は、ウエハチャック１２の裏面に固設される板状のベース部材９０を有し、ベース部材９０にＵ字状のフランジ部材９２がネジ９４、９４により固定される（図４参照）。これにより、ベース部材９０とフランジ部材９２の間に、ウエハチャック１２の中心軸からみて径方向（紙面に垂直な方向）に貫通する空間部９６が形成される。

ベース部材９０には、ウエハチャック１２の通気孔８０に連通し、空間部９６にも連通する貫通孔９７が設けられる。その貫通孔９７の下端部にはバキュームパッド９８が設けられる。

貫通孔９７の左右両側にはベース部材９０の下面から空間部９６に突出するピン９９、９９が設けられ、それらのピン９９、９９が挿通する挿通孔１００Ａ、１００Ａを有する板状のシャッタ部材１００が空間部９６内に配置される。シャッタ部材１００は、ピン９９、９９によりガイドされて空間部９６内を上下方向に移動可能に支持される。

フランジ部材９２には、ベース部材９０の通気孔８０に対向して貫通孔１０１が設けられる。その貫通孔１０１の上端部にはバキュームパッド１０２が設けられる。貫通孔１０１の下端側には継手１０３が設けられる。継手１０３にはチューブを介して図３に示した吸引ポンプ６４が接続される。

また、フランジ部材９２の上面側において、貫通孔１０１の周辺部には環状の凹部１０４が形成されており、シャッタ部材１００の下面にはその凹部１０４に嵌入し、凹部１０４の内側の壁面と摺接する環状の凸部１０５が設けられる。これによって、シャッタ部材１００の凸部１０５に対して内側の空間と外側の空間とが略遮断され、貫通孔１０１はシャッタ部材１００の凸部１０５の内側の空間にのみ連通する。

更に、フランジ部材９２の上面側には、シャッタ部材１００を上側に向けて付勢するバネ１０６、１０６が取り付けられる。

以上のシャッタ機構部６２によれば、継手１０３に接続された吸引ポンプ６４による吸引がオフの場合には、図５のようにシャッタ部材１００がバネ１０６により上側に付勢されてベース部材９０のバキュームパッド９８に密着する位置に設定されて貫通孔９７を閉鎖する。これにより、ウエハチャック１２の通気孔８０が閉鎖され、プローブ空間５０が密閉状態となる。したがって、ウエハＷの検査を行う際には、吸引ポンプ６４による吸引がオフに設定され、プローブ空間５０が密閉される。

一方、吸引ポンプ６４による吸引がオンの場合には、その吸引力によりシャッタ部材１００がバネ１０６の付勢力に抗して下側に移動し、図６のようにフランジ部材９２のバキュームパッド１０２に密着する位置に移動する。これにより、ウエハチャック１２の通気孔８０が開放されてプローブ空間５０が大気に連通した状態（非密閉状態）となる。したがって、プローブカード２０（プローブ２１）のクリーニングを行う際には、吸引ポンプ６４による吸引がオンに設定され、プローブ空間５０が大気に連通される。

以上、上記実施の形態において、シャッタ機構部６２における通気路６０の閉鎖又は開放の切替えは吸気ポンプに限らず電気的な手段などの任意の手段によるものでよい。

また、上記実施の形態において、通気路６０は、ウエハチャック１２に支持されたウエハＷが配置されない位置にプローブ空間５０に連通する開口を有するものであれば良い。

また、上記実施の形態において、プローバ１０がバーンイン試験を行うか否かにかかわらず本発明を適用できる。また、本発明は、プローブカードがウエハＷの全てのチップの検査を同時に行うものである場合に限らず、プローブ２１をウエハＷの電極パッドに接触させる際にプローブカード２０のプローブ２１の先端側の空間（プローブ空間５０）を減圧するプローバ１０に適用することができる。

Ｗ…ウエハ、ＣＷ…クリーニングウエハ、１…ウエハテストシステム、１０…プローバ（プローブ装置）、１２…ウエハチャック、１４…シールゴム、１６…ステージ移動機構、１８…ヘッドステージ、２０…プローブカード、２１…プローブ、３０…テスタ、３１…コンタクトリング、３２…テストヘッド、３３…テスタ本体、４０…制御部、５０…プローブ空間、６０…通気路、６２…シャッタ機構部、６４…吸引ポンプ、９０…ベース部材、９２…フランジ部材、１００…シャッタ部材

Claims (3)

1. ウエハをウエハチャックにより支持し、前記ウエハに形成されたチップをプローブカードのプローブに接触させてプローブに接続されたテスタにより前記チップの電気的特性を検査するプローブ装置であって、前記プローブカードのプローブの先端が配置される空間を密閉するシーリング手段と、前記空間を減圧する減圧手段とを備えたプローブ装置において、
   前記ウエハチャックに設けられ、前記空間を大気に連通させる通気路と、
   前記通気路を閉鎖又は開放するシャッタ手段と、
   前記プローブカードのクリーニングの際に、前記シャッタ手段を前記通気路を開放する状態に設定し、かつ、前記ウエハチャックに支持されたクリーニング用のウエハを前記プローブに接触する位置で遠近方向に往復移動させる制御手段と、
   を備えたプローブ装置。
2. 前記シャッタ手段は、吸引ポンプによる吸引のオンとオフとの切替えにより変位するシャッタ部材であって、前記吸引ポンプの吸引がオフのときに前記通気路を閉鎖する位置に移動し、前記吸引ポンプの吸引がオンのときに前記通気路を開放する位置に移動するシャッタ部材を有する請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記通気路は、前記空間に連通する開口を前記ウエハチャックに支持されるウエハが配置されない位置に有する請求項１又は２に記載のプローブ装置。
   

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