JP6593251B2 - 半導体検査装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体検査装置に係り、一括コンタクト方式の半導体ウエハ測定装置への利用に好適な半導体検査装置に関する。

特許文献１には、複数のチップと同時に接触可能なプローブカードを用いた半導体検査装置が開示されている。

特開２００５−３１７５６１号公報

複数のチップと同時に接触可能なプローブカードを備えた半導体検査装置では、複数のチップを検査するために多数の信号を制御する必要がある。このため、半導体検査装置は信号を制御するための部品を多く搭載することとなり、装置が大型化する。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複数のチップと同時に接触可能なプローブカードを用いつつ、装置の小型化が可能な半導体検査装置を得ることである。

本発明におけるウエハの検査装置は、半導体ウエハを検査するための信号を発する制御部と、前記制御部に接続された接触端子を備えたコンタクト部と、前記半導体ウエハに形成された複数の半導体チップと同時に接触可能なプローブカードと、駆動部と、を備え、前記接触端子は、前記プローブカードが備える電極パッドの一部と接触可能であり、前記駆動部は、前記接触端子と接触する電極パッドを切り替えるように前記コンタクト部を駆動させ、前記コンタクト部は、表面に接触端子を備えたローラーを備え、前記駆動部は、前記接触端子と接触する電極パッドを切り替えるように前記ローラーを回転させ、移動させる。

本発明におけるウエハの検査装置では、プローブカードが備える電極パッドの一部と、接触端子が接触することで、制御部とプローブカードが導通可能な状態となる。また、駆動部によって接触端子と接触する電極パッドが切り替えられる。この構成では、プローブカードが備える全ての電極パッドと制御部を接続するよりも、一度の接触で処理を行う信号が少なくなる。このため、少ない部品で装置を構成することが可能になる。従って、装置を小型化することが可能になる。

本発明の実施の形態１における半導体検査装置の模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例における半導体検査装置の模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。 本発明の実施の形態２における半導体検査装置の模式図である。 本発明の実施の形態２におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。 本発明の実施の形態３における半導体検査装置の模式図である。 本発明の実施の形態３におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。 本発明の実施の形態３における駆動部および清掃ツールの斜視図である。

本発明の実施の形態に係る半導体検査装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における半導体検査装置１００の模式図である。チャックステージ１２の上面に、半導体ウエハ１０が配置される。半導体ウエハ１０には、半導体チップ３４が形成されている。半導体ウエハ１０の上部には、プローブカード１６が配置される。プローブカード１６は、プローブカード支持部１４によって固定される。また、プローブカード１６は、半導体チップ３４と接触するためのコンタクトプローブ１８を備える。コンタクトプローブ１８は、半導体ウエハ１０に形成される全ての半導体チップ３４と同時に接触可能なように針立てされている。また、プローブカード１６は上面に電極パッド２０を備える。それぞれのコンタクトプローブ１８は、対応する電極パッド２０と接続されている。なお、図１では、１つの電極パッド２０に２つのコンタクトプローブ１８が接続されているが、この限りではない。電極パッド２０に接続するコンタクトプローブ１８の数は設計要素である。

プローブカード１６の上部には、コンタクト部２２が配置される。コンタクト部２２は、駆動部２６により支持されている。また、コンタクト部２２は、接触端子２４を備える。接触端子２４は、半導体チップ３４のうち１チップを測定するための電極パッド２０と同時に接触可能に設けられる。また、駆動部２６は、コンタクト部２２をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動させる。なお、ＸおよびＺ軸は、図１に示される座標軸である。また、Ｙ軸は、ＸおよびＺ軸に垂直な座標軸である。また、駆動部２６は、Ｚ軸を中心にコンタクト部２２を回転させることが出来る。

接触端子２４は、コンタクト部２２、接続部２８および信号線３１を介して、テストヘッド３０に接続される。また、チャックステージ１２は、接続部２９および信号線３３を介してテストヘッド３０に接続される。テストヘッド３０は、信号線３５を介して制御部３２に接続される。テストヘッド３０は、接触端子２４と制御部３２およびチャックステージ１２と制御部３２の間の信号線３１、３３、３５を接続するための機構である。また、制御部３２は半導体テスターの本体部分であり、半導体ウエハ１０を検査するための信号を発する。

チャックステージ１２、プローブカード支持部１４およびプローブカード１６は、ウエハプローバを構成する。また、コンタクト部２２、駆動部２６、信号線３１、３３、３５、接続部２８、２９、テストヘッド３０および制御部３２は、半導体テスターを構成する。

検査時には、チャックステージ１２の上面に半導体ウエハ１０が配置される。次に、ウエハプローバによって、半導体ウエハ１０がプローブカード１６と接触する。このとき、半導体ウエハ１０に形成される全ての半導体チップ３４が測定可能となるように、半導体チップ３４とコンタクトプローブ１８が接触する。次に、駆動部２６によってコンタクト部２２が駆動する。この結果、接触端子２４は、半導体チップ３４のうち１チップを測定するための電極パッド２０と接触する。

以上から、半導体ウエハ１０の電気特性を測定するための導通経路が形成される。導通経路は、半導体ウエハ１０の上面を基点として、コンタクトプローブ１８、電極パッド２０、接触端子２４、接続部２８、信号線３１、テストヘッド３０、信号線３３、接続部２９、チャックステージ１２、半導体ウエハ１０の裏面の順に形成される。また、テストヘッド３０から、信号線３５、制御部３２の順に導通経路が形成される。なお、本実施の形態における導通経路は、半導体チップ３４がＩＧＢＴのような縦型半導体の場合を想定している。本実施の形態の変形例として、半導体チップ３４は横型半導体でもよい。この場合、ウエハ裏面からの信号を取り出す必要がなくなる場合がある。

１つの測定チップの測定が終了すると、駆動部２６によってコンタクト部２２が移動する。この結果、接触端子２４は、次の測定チップに対応する電極パッド２０と接触する。このとき、半導体ウエハ１０とコンタクトプローブ１８は、接触した状態が保持される。従って、半導体ウエハ１０とコンタクトプローブ１８の接触が保持された状態で、測定チップを切り替えることが可能になる。

複数の半導体チップと同時に接触可能なプローブカードを用いて半導体検査装置を構成する場合、プローブカードが備える全ての電極パッドと制御部を、同時に接続する方法が考えられる。このとき、半導体検査装置は多数の信号を制御する必要がある。このため、信号接続機構であるテストヘッドに、信号を切り替えるためのリレーを多数備える必要がある。従って、装置が大型化する。また、テストヘッドが多数のリレーを備えるため、リレーに不具合が生じたときに、問題箇所の特定が困難となる。

これに対し、本実施の形態では、接触端子２４と電極パッド２０の一度の接触によって測定される半導体チップ３４は１チップである。このため、テストヘッド３０は、１チップを測定するための信号を処理できれば良い。従って、プローブカード１６が備える全ての電極パッド２０と制御部３２を接続するよりも、少ない部品数で装置を構成することが可能になる。このため、半導体検査装置１００を小型化することが可能になる。また、装置に不具合が生じた際に、故障箇所の特定が容易になる。また、低コストで半導体検査装置１００を構成できる。

半導体検査装置を小型化する別の方法として、同時に１チップのみと接触するタイプの小型のプローブカードを用いることが考えられる。この場合、測定チップを切り替えるために、１チップ毎に半導体ウエハとプローブカードがコンタクトを繰り返すことになる。半導体ウエハとプローブカードがコンタクトすると、コンタクトプローブ側に半導体ウエハの表面熱が吸着される。このため、ウエハ表面の温度が変化し、特性値が変動する。特性値の変動を防ぐためには、コンタクト毎に温度安定のための待ち時間を設けることが考えられる。１チップを測定する毎に待ち時間を設けると、テスト時間が長くなる。

これに対し、本実施の形態では、コンタクト部２２が移動することで測定チップが切り替わる。測定チップの切り替えの際に、半導体ウエハ１０とプローブカード１６の接触は保持される。従って、測定チップを切り替える際に、半導体ウエハ１０の近傍の空間の気流および熱平衡の変化が抑制される。このため、半導体ウエハ１０の温度変化が抑制される。これにより、温度安定のための待ち時間を短縮することが可能になる。従って、テスト時間を短縮できる。

また、半導体ウエハ１０の温度変化が抑制されるため、チャックステージ１２が備える温度調整機能を簡易化することが可能になる。従って、装置を小型化することが可能になる。また、半導体ウエハ１０の温度変化が抑制されるため、特性値が安定化する。従って、測定精度を向上することが出来る。さらに、１チップ毎に半導体ウエハ１０の位置を変更することで測定チップを切り替える場合、高いコンタクト精度が必要とされる。これに対し、本実施の形態では小型のコンタクト部２２の移動により測定チップを切り替えることが出来る。従って、コンタクト精度を緩和することが出来る。

本実施の形態における接触端子２４として、スプリングプローブ、ワイヤプローブ、積層プローブ、カンチレバー式プローブ、ボールグリッドが使用できる。スプリングプローブまたはカンチレバー式プローブを用いると、接触端子２４を低コストで構成できる。ワイヤプローブまたは積層プローブを用いると、接触端子２４を長寿命化できる。また、積層プローブを用いると、接触端子２４を流れる電流を高電流密度化できる。ボールグリッドを用いると、接触端子２４と電極パッド２０の接触において要求されるコンタクト精度が緩和される。これ以外にも電極パッド２０との接触により導通を確保できるものであれば、接触端子２４として使用可能である。

本実施の形態では、接触端子２４と電極パッド２０の１回の接触によって１チップが測定されるものとした。この変形例として、１回の接触で複数のチップが測定されるものとしても良い。本変形例では、接触端子２４は、測定対象である複数の半導体チップ３４を測定するための電極パッド２０と同時に接触する。測定時には、テストヘッド３０が備えるリレーにより測定回路を切り替えて、複数のチップを測定する。

接触端子２４と電極パッド２０の１回の接触で測定されるチップ数は、半導体チップ３４の一部であれば、何個でも良い。なお、１回の接触で測定されるチップ数が４チップ以下の場合は、テストヘッド３０として市販製品を使用することが可能であり、低コストで半導体検査装置１００を構成出来る。本変形例によれば、測定チップの切り替え回数を減らすことが可能になり、テスト時間を短縮することができる。

また、本実施の形態においてプローブカード１６は、半導体ウエハ１０に形成される全ての半導体チップ３４と同時に接触可能であるものとした。この変形例として、プローブカード１６は、半導体チップ３４のうち一部のチップと同時に接触するものとしても良い。本変形例では、プローブカード１６が全ての半導体チップ３４と同時に接触可能な場合と比較して、プローブカード１６を小型化することが可能になる。

図２は、本発明の実施の形態１の変形例における半導体検査装置の模式図である。図３は、本発明の実施の形態１の変形例におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。半導体検査装置１００では、コンタクト部２２とテストヘッド３０は独立した構成とした。これに対し、本変形例における半導体検査装置２００では、テストヘッド２３０はコンタクト部２２２に設けられる。コンタクト部２２２とテストヘッド２３０は一体化されている。従って、駆動部２２６は、コンタクト部２２２とともにテストヘッド２３０を駆動させる。

本変形例によれば、コンタクト部２２２とテストヘッド２３０を別個に設ける必要がない。従って、装置の構成が単純化される。また、本変形例ではコンタクト部２２２とテストヘッド２３０は一体化されているものとした。これに対し、テストヘッド２３０はコンタクト部２２２に着脱可能に固定されるものとしても良い。また、本変形例において接触端子２２４は、テストヘッド２３０に設けられるものとしても良い。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における半導体検査装置の模式図である。図５は、本発明の実施の形態２におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。本実施の形態における半導体検査装置３００は、コンタクト部３２２を備える。コンタクト部３２２は円筒型のローラー３３６を備える。ローラー３３６の表面には、接触端子３２４が設けられる。また、駆動部３２６はローラー３３６を回転させる。本実施の形態では、ローラー３３６が回転することで、接触端子３２４と接触する電極パッド２０が切り替えられる。従って、ローラー３３６が回転することで、測定チップが切り替わる。

実施の形態１において、測定チップを切り替えるために次の手順が実行される。まず、コンタクト部２２を電極パッド２０から離すように持ち上げる。次に、次の測定チップに対応する電極パッド２０の上部までコンタクト部２２を移動させる。次に、再び電極パッド２０と接触するようにコンタクト部２２を下降させる。これに対し、本実施の形態では、ローラー３３６が回転することで、測定チップが切り替わる。このため、測定チップの切り替え時間を短縮することが可能になる。本実施の形態では、接触端子３２４はボールグリッドである。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における半導体検査装置の模式図である。図７は、本発明の実施の形態３におけるコンタクト部およびプローブカードの拡大図である。本実施の形態に係る半導体検査装置４００は、接触端子３２４または電極パッド２０の表面をクリーニングするための清掃ツール４３８を備える。本実施の形態では清掃ツール４３８はブラシを備える。ブラシの材料としては樹脂および金属が使用出来る。

図８は、本発明の実施の形態３における駆動部および清掃ツールの斜視図である。ブラシはローラー３３６の上部に配置される。ローラー３３６が回転することで、接触端子３２４がブラシによってクリーニングされる。ブラシ以外に、プローブカード用研磨シート、吸着テープ、エアカッター、ワイプが清掃ツール４３８として使用可能である。これ以外にも、表面清掃が可能なものであれば使用出来る。また、清掃ツール４３８は、集塵ノズル４４０を備える。

清掃ツール４３８によって接触端子３２４または電極パッド２０の表面が清掃される。これにより、接触端子３２４と電極パッド２０の接触不良を抑制することが出来る。また、集塵ノズル４４０により、清掃によって発生した塵が吸い取られる。このため、装置をクリーンに保つことが出来る。本実施の形態の変形例として、ブラシをローラー３３６の側面に配置しても良い。この時、集塵ノズル４４０はブラシまたはローラー３３６の下部に配置する。この構成によれば、集塵ノズル４４０は、清掃によって発生した塵をブラシまたはローラー３３６の下部で受けるようにして回収することが可能になる。このため、塵を効率よく回収することが可能になる。

本実施の形態では、半導体検査装置４００はコンタクト部３２２を備えるものとした。これに対し、半導体検査装置４００は、実施の形態１で示したコンタクト部２２またはコンタクト部２２２を備えるものとしても良い。

図８に示すように、駆動部３２６は、Ｘ軸駆動部３２６ａ、Ｙ軸駆動部３２６ｂ、Ｚ軸駆動部３２６ｃおよびθ軸駆動部３２６ｄを備える。Ｘ軸駆動部３２６ａはコンタクト部３２２をＸ軸方向に駆動させる。Ｙ軸駆動部３２６ｂはコンタクト部３２２をＹ軸方向に駆動させる。Ｚ軸駆動部３２６ｃはコンタクト部３２２をＺ軸方向に駆動させる。θ軸駆動部３２６ｄはコンタクト部３２２を、Ｚ軸を中心に回転させる。Ｘ、ＹおよびＺ軸は、図８に示される座標軸である。駆動部３２６がコンタクト部３２２をＸ、ＹおよびＺ軸方向に移動およびＺ軸を中心に回転させることで、電極パッド２０と接触端子３２４を接触させる。図８に示す構成は駆動部３２６の一例であり、この構成に限るものでは無い。なお、駆動部３２６の構成は、実施の形態１に示す駆動部２６、２２６に適用することも出来る。

１００、２００、３００、４００ 半導体検査装置、１０ 半導体ウエハ、１６ プローブカード、２０ 電極パッド、２２、２２２、３２２ コンタクト部、２４、２２４、３２４ 接触端子、３０ テストヘッド、３１、３３、３５ 信号線、３２ 制御部、３４ 半導体チップ、２６、２２６、３２６ 駆動部、３３６ ローラー、４３８ 清掃ツール

Claims (12)

1. 半導体ウエハを検査するための信号を発する制御部と、
   前記制御部に接続された接触端子を備えたコンタクト部と、
   前記半導体ウエハに形成された複数の半導体チップと同時に接触可能なプローブカードと、
   駆動部と、
   を備え、
   前記接触端子は、前記プローブカードが備える電極パッドの一部と接触可能であり、
   前記駆動部は、前記接触端子と接触する電極パッドを切り替えるように前記コンタクト部を駆動させ、
   前記コンタクト部は、表面に前記接触端子を備えたローラーを備え、
   前記駆動部は、前記接触端子と接触する電極パッドを切り替えるように前記ローラーを回転させ、移動させることを特徴とする半導体検査装置。
2. 前記プローブカードは、前記半導体ウエハに形成された全ての半導体チップと同時に接触が可能であることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
3. 前記コンタクト部は、前記接触端子と前記制御部の間の信号線を接続するためのテストヘッドを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体検査装置。
4. 前記接触端子は、１つの半導体チップを測定するための電極パッドと同時に接触することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体検査装置。
5. 前記接触端子は、複数の半導体チップを測定するための電極パッドと同時に接触することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体検査装置。
6. 前記接触端子は、スプリングプローブであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体検査装置。
7. 前記接触端子は、ワイヤプローブであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体検査装置。
8. 前記接触端子は、積層プローブであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体検査装置。
9. 前記接触端子は、カンチレバー式プローブであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体検査装置。
10. 前記接触端子は、ボールグリッドであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体検査装置。
11. 前記接触端子または前記電極パッドをクリーニングするための清掃ツールを備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体検査装置。
12. 前記清掃ツールは、前記ローラーの上部または側面に配置され、
    前記ローラーが回転することで、前記接触端子が前記清掃ツールによってクリーニングされることを特徴とする請求項１１に記載の半導体検査装置。

Images