JPH01212448A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、検査技術に関し、特に、半導体装置の製造に
おいて実施されるウェハテストに適用して有効な技術に
関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体装置の製造におけるウェハ処理工程で
実施されるウェハテストについては、株式会社工業調査
会、昭和５８年１１月１５日発行、「電子材料Ｊ　１９
Ｂ３年１１月号別冊、Ｐ１９５〜Ｐ１９８に記載されて
いる。

その概要は、所定のプロセスを経て半導体ウェハ上の複
数の矩形領域に個別に形成された複数の半導体素子を個
々に分離する工程に先立って、個々の半導体素子に形成
された外部接続電極などに探針を接触させる。

そして、この探針を介して個々の半導体装置と外部のテ
スタとの電気的な導通をとり、所定の動作信号を印加し
て動作特性の可否などを判別するものである。

ところで、個々の半導体素子の高集積化・高密度化など
に伴い、外部接続電極の数は増大する傾向にあり、半導
体素子の全面に、半田バンブなどの複数の外部接続電極
が密に配設されるようになりつつある。

このため、従来のように屈曲した探針の弾性によって当
該探ｉ十を個々の外部接続電極に押圧する方式では探針
同志が接触するなどして検査が不可能となりつつあり、
これに代えて、剛性の高いプローブカードに剣山状に植
設された探針を接触させることが考えられる。

すなわち、昇降自在な試料台などに半導体ウェハを載置
するとともに、この半導体ウェハに前記プローブカード
の探針を対向させて固定し、ステッピングモータなどに
よる試料台の上昇動作によって接触させるようにしたも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このように、昇降台の上昇動作によって半導
体ウェハに探針を接触させる方式では、当該昇降台や駆
動系の慣性などによって、所定の停止位置から行き過ぎ
て戻る、いわゆるオーバーシュートを生じることは避け
られず、試料台が所定の停止位置に戻った際に、オーバ
ーシュートによる最接近位置で塑性変形した半田バンプ
と探針との間に隙間を生じることとなり、検査中などに
おける接触不良発生の一因となっていることを本発明者
は見出した。

そこで、本発明の目的は、検査中における被検査物と探
針との接触を安定に維持することが可能な検査技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、板状の被検査物を変位自在に支持する試料台
と、試料台に載置された被検査物に対向して配設された
支持基板に突設される複数の探針とからなり、支持基板
に対して試料台を相対的に変位させることにより、被検
査物と探針とを接触させて所定の検査を行う検査装置で
あって、支持基板および試料台の少なくとも一方に、探
針と被検査物とを相対的に接近する方向に変位させる圧
電アクチエエータを設けたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば、試料台の変位によっ
て、当該試料台に載置された被検査物を支持基板に突設
された探針に所定の距離まで接近させる第１の段階と、
圧電アクチュエータによる変位によって被検査物と探針
とを接触させる第２の段階とを経て被検査物と探針とを
接触させることにより、単に試料台の相対的な移動動作
のみによる被検査物と探針との接触動作に比較して、試
料台や当該試料台の駆動系などの慣性によるオーパージ
ニートに起因する被検査物の過度の塑性変形が回避され
る。

これにより、探針に接触する際の被検査物の過度の塑性
変形によって、探針と被検査物との間に不安定な隙間を
生じることが回避され、検査中における被検査物と探針
との接触を安定に維持することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である検査装置の要部を示
す説明図である。

本実施例においては、検査装置が半導体装置の製造にお
けるウェハプローバとして構成されている。

すなわち、はぼ水平に設けられた試料台１の上には、半
導体ウェハ２（被検青物）が着脱自在に載置されている
。

この半導体ウェハ２の複数の矩形領域の各々には、所定
のプロセスを経ることによって図示しない半導体素子が
形成されており、この半導体装置の各々の表面には、内
部の図示しない半導体集積回路などに接続される外部接
続電極としての複数の半田バンプ２ａがそれぞれ突設さ
れている。

試料台１は、垂直な昇降軸３を介して、たとえばステッ
ピングモータなどからなる昇降駆動部４に支持され、さ
らにこの昇降駆動部４は、筐体５に支持されるｘ−Ｙス
テージ６の上に固定されている。

そして、ｘ−Ｙステージ６の水平面内における移動動作
と、昇降駆動部４による上下動などを組み合わせること
により、試料台ｌの水平および垂直方向における位置決
め動作が行われるものである。

また、試料台１には、図示しない回動機構が設けられて
おり、水平面内における試料台１の回動変位が可能にさ
れている。

試料台ｌの上方には、当該試料台１に平行に対向する姿
勢でベース７が設けられ、このペース７の試料台１に対
する対向面には、プローブカード８（支持基板）が水平
に固定されている。

このプローブカード８には、半導体ウェハ２に形成され
た個々の半導体素子に設けられる複数の半田バンプ２ａ
の各々に一致するように所定のピッチで配列された複数
の探針８ａが垂直下向きに突設されており、各々の探針
８ａは、プローブカード８に接続されるケーブル９を介
してテスタｌＯに接続されている。

この場合、プローブカード８を支持するベース７と、こ
のペース７の上側の筐体５との間には、複数のピエゾ素
子などの圧電アクチエエータ１１が介設されており、各
々の圧電アクチュエータ１１には、複数のケーブル１２
を介して複数の駆動電源１３が接続されている。

この圧電アクチュエータ１１は、たとえば、１００〜１
０００　Ｖ程度の電圧の印加によって、当該電圧に比例
して長さ方向に１０〜１００　μｍ程度の伸びが生じる
ものである。

そして、駆動電源１３から圧電アクチュエータ１１に印
加される電圧に応じて当該圧電アクチンエータ１１に発
生する上下に伸縮する方向の歪によって、プローブカー
ド８に突設された探針８ａの上下方向の微動動作が、オ
ーバーシュートなどを生じることなく実現されるように
構成されている。

複数の駆動電源１３は、制御パス１４を介してマイクロ
プロセッサ１５に接続されており、このマイクロプロセ
ッサ１５によって統括して制御される構造とされている
。

同様に、前述の昇降駆動部４の動作を制御する昇降駆動
制御部４ａは、制御バス１４を介してマイクロプロセッ
サ１５に接続されており、昇降駆動部４による試料台１
の上下動と、圧電アクチュエータ１１によるプローブカ
ード８の試料台ｌに対する上下方向の微動動作とを連携
して行わせることが可能にされている。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、試料台１の上には、半導体ウェハ２が当該半導体
ウェハ２に形成された複数の半導体素子の、半田バンプ
２ａが上側になるように所定の姿勢で載置され、固定さ
れる。

次に、マイクロプロセッサ１５は、ｘ−ｙステージ６を
適宜移動させることにより、半導体ウェハ２に形成され
た図示しない複数の半導体素子のうちの目的の半導体素
子がプローブカード８の探針８ａの直下に位置決めされ
るとともに、試料台ｌを適宜回動させることにより、複
数の半田バンプ２ａの配列方向と探針８ａの配列方向の
平行度などを調整する。

その後、昇降駆動制御部４ａを介して昇降駆動部４を作
動させ、試料台ｌを所定の高さまで上昇させることによ
って、プローブカード８の探針８ａの先端と試料台ｌに
載置された半導体ウェハ２の半田バンプ２ａとを非接触
な状態で所定の距離まで接近させる。（第１の段階） 次に、複数の駆動電源１３の各々から複数の圧電アクチ
ュエータ１１に対して所定の値まで徐々に電圧を印加す
ることにより、個々の圧電アクチ一エータ１１を所定量
だけ伸長させ、オーバーシュートなどを生じることなく
、プローブカード８を試料台１に平行な姿勢を保ったま
ま当該試料台１に所定の距離だけ下降させ、プローブカ
ード８に突設されている複数の探針８ａの各々の先端を
目的の半導体素子における複数の半田バンプ２ａの各々
に所定量だけ確実に減り込ませ、個々の探針８ａと半田
バンプ２ａとが電気的に確実に接続された状態にする。

（第２の段階） この状態で、ケーブル９および複数の探針８ａなどを介
して、半導体ウェハ２に形成された図示しない半導体素
子とテスタｌＯとの間で動作電力や動作試験信号などの
授受を行い、当該半導体素子の動作特性の可否などを判
別する。

上記の一連の操作が半導体ウェハ２に形成された複数の
半導体素子の各々について実施され、すべての半導体素
子について動作特性の可否などが判別される。

そして、不可と判定された半導体素子は、たとえば、後
のグイシング工程後の封止工程などにおいて排除される
。

ここで、従来のように、試料台１のステッピングモータ
などの昇降駆動部４による単なる上昇動作によって、半
導体ウェハ２に設けられた複数の半田バンプ２ａを複数
の探針８ａに対して押圧する方式では、試料台１が所定
の停止位置からある程度オーパージニートすることは避
けられず、目的の停止位置よりも行き過ぎた分だけ、す
なわち、探針８ａに対して半導体ウェハ２が接近しすぎ
た分だけ、探針８ａの先端部によって半田バンプ２ａの
一部が過度に窪んだ状態に塑性変形されることとなる。

このため、試料台ｌがオーバーシュート後に目的の停止
位置に戻った状態では、すなわち半導体ウェハ２が探針
８ａに対する最接近位置からオーバーシュート分だけ下
降した状態では、探針８３の先端部と半田バンプ２ａに
形成された窪み部との間などに間隙が生じることとなり
、試験中などにおいて、探針８ａに対する半田バンプ２
ａの接触不良が発生し、半導体素子の安定な動作試験を
行うことができないなどの問題を生じるものである。

ところが、本実施例においては、試料台１の上昇動作に
よって半導体ウェハ２に形成された半田バンプ２ａを探
針８ａの先端部に所定の距離まで接近させる第１の段階
と、圧電アクチエエータ１１の伸長によるオーバーシェ
ーＦのない探針８ａの下降変位によって探針８ａ′の先
端部を半田バンプ２ａに所定の量だけめり込ませる第２
の段階とを経て、複数の半田バンプ２ａと探針８ａとの
接触動作が行われるので、半田バンプ２ａに対する探針
８ａの減り込み量を精密に制御することができ、半田バ
ンプ２ａが探針８ａと接触する際に過度に塑性変形して
隙間を生じることが回避される。

これにより、試験中などにおいて、半導体ウェハ２に形
成された図示しない複数の半導体素子の半田バンプ２ａ
と探針８ａとの電気的な接続を確実に維持することが可
能となり、安定な試験結果を得ることができる。

このように本実施例においては以下の効果を得ることが
できる。

（１）、半導体ウェハ２が載置される試料台１を昇降さ
せる昇降駆動部と、試料台１に対向して配設されるプロ
ーブカード８を支持するベース７と筐体５との間に介設
され、プローブカード８を上下方向に微小変位させる複
数の圧電アクチエエータ１１とを備え、試料台１の上昇
動作によって半導体ウェハ２に形成された半田バンプ２
ａを探針８ａの先端部に所定の距離まで接近させる第１
の段階と、圧電アクチエエータ１１の伸長によるオーバ
ーシュートのない探針８ａの下降変位によって探針８ａ
の先端部を半田バンプ２ａに所定の量だけめり込ませる
第２の段階とを経て、複数の半田バンプ２ａと探針８ａ
との接触動作が行われるので、半田バンプ２ａが探針８
ａと接触する際に過度に塑性変形して隙間を生じること
が回避される。

これにより、試験中などにおいて、半導体ウェハ２に形
成された図示しない複数の半導体素子、の半田バンプ２
ａと探針８ａとの電気的な接続を確実に維持することが
できる。

（２）、前記（１）の結果、探針８ａと半田バンプ２ａ
との接触不良などに起因する試験結果のばらつきなどが
低減され、安定な試験結果を得ることができる。

（３）、前記（１）の結果、半導体装置の製造における
ウェハテスト工程での生産性を向上させることができる
。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、圧電アクチュエータを試料台に設けてもよい
し、またプローブカードと試料台の双方に設けても良い
ことは言うまでもない。

また、複数の圧電アクチュエータを一つの駆動電源で動
作させるようにしてもよい。

また、試験中に圧電アクチュエータに印加する電圧を上
げ続けて、探針を徐々に深くめり込ませることによって
、より確実に接触を維持してもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造に
おけるウェハテスト技術に適用した場合について説明し
たが、被検査物に対する探針の接触によって所定の試験
を行う試験技術に広く適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、板状の被検査物を変位自在に支持する試料台
と、該試料台に載置された前記被検査物に対向して配設
された支持基板に突設される複数の探針とからなり、前
記支持基板に対して前記試料台を相対的に変位させるこ
とにより、前記被検査物と前記探針とを接触させて所定
の検査を行う検査装置であって、前記支持基板および前
記試料台の少なくとも一方に、前記探針と前記被検査物
とを相対的に接近する方向に変位させる圧電アクチュエ
ータを備えた構造であるため、たとえば、試料台の変位
によって、当該試料台に載置された被検査物を支持基板
に突設された探針に所定の距離まで接近させる第１の段
階と、圧電アクチュエータによる変位によって被検査物
と探針とを接触させる第２の段階とを経て被検査物と探
針とを接触させることにより、試料台の相対的な移動動
作のみによる被検査物と探針との接触動作に比較して、
試料台や当該試料台の駆動系などの慣性によるオーパー
ジニートに起因する被検査物の過度の塑性変形が防止さ
れる。

これにより、探針に接触する際の被検査物の過度の塑性
変形によって、探針と被検査物との間に不安定な隙間を
生じることが回避され、検査中における被検査物と探針
との接触を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である検査装置の要部を示す
説明図である。 １・・・試料台、２・・・半導体ウェハ（被検査物）、
２ａ・・・半田バンプ、３・・・昇降軸、４・・・昇降
駆動部、４ａ・・・昇降駆動制御部、５・・・筐体、６
・・・ｘ−Ｙステージ、７・・・ペース、８・・・プロ
ーブカード（支持基板）、８ａ・・・探針、９・・・ケ
ーブル、１０・・・テスタ、１１・・・圧電アクチュエ
ータ、１２・・・ケーブル、１３・・・駆動電源、１４
・・・制御パス、１５・・・マイクロプロセッサ。 代理人　弁理士　筒　井　大　和

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状の被検査物を変位自在に支持する試料台と、該
   試料台に載置された前記被検査物に対向して配設された
   支持基板に突設される複数の探針とからなり、前記支持
   基板に対して前記試料台を相対的に変位させることによ
   り、前記被検査物と前記探針とを接触させて所定の検査
   を行う検査装置であって、前記支持基板および前記試料
   台の少なくとも一方に、前記探針と前記被検査物とを相
   対的に接近する方向に変位させる圧電アクチュエータを
   設けたことを特徴とする検査装置。 ２、前記試料台を前記支持基板に対して相対的に変位さ
   せることにより、前記被検査物を前記探針に対して所定
   の距離まで接近させる第１の段階と、前記圧電アクチュ
   エータによる変位によって前記被検査物に前記探針を接
   触させる第２の段階とを経て、前記被検査物に対して前
   記探針を接触させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の検査装置。 ３、前記被検査物が半導体ウェハであり、前記検査がウ
   ェハテストであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の検査装置。