JPH0669293A - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は半導体検査装置に関し、試験信号の
遅延や雑音の発生を低減でき且つ低コストの半導体検査
装置の実現を目的とする。 【構成】 半導体ウエハ１００上に形成された半導体チ
ップの電極パッドに接触する触針２と触針２を電気的に
外部に接続する接続端子とを有するプローブカード１
と、プローブカード１の接続端子と接触する入出力端子
を有し入出力端子を介して半導体チップの電気的特性を
検査するテストヘッド４とを備える半導体検査装置にお
いて、プローブカード１がテストヘッド４に固定された
状態で使用されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ上に形成さ
れた半導体チップの電気的特性を検査する半導体検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、半導
体ウエハ上に半導体チップを検査して不良チップを発見
し、不良チップについては後の組立工程を行なわないよ
うにすることで製造効率を向上させている。この検査は
各半導体チップの電気的特性を検査するものであり、プ
ローバ及びテストヘッドと称される装置を組み合せた半
導体検査装置が使用される。

【０００３】図２は従来の半導体検査装置の構成を示す
図である。検査を行なうためには、各半導体チップの電
極パッドを介して試験信号を印加し、出力される信号を
検出する必要がある。電極パッドは１０mm程度の長さに
数十個存在するため、精密に配列した細い触針をこの電
極パッドに接触させる。図２において、２００は半導体
ウエハである。２１はプローブカードであり、触針２２
を有している。２５は半導体ウエハ２００を真空吸着に
より固定するウエハチヤックである。ウエハチャック２
５はウエハ移動装置２６によって３次元方向に移動され
る。

【０００４】２４はテストヘッドであり、検査対象の半
導体チップに応じた試験信号の発生及び検出信号から良
否の判定を行なう。２３はテストヘッド２４に固定され
たパフォーマンスボードであり、テストヘッド２４の入
出力端子と次に述べるフロッグリング３０との接続部を
形成する。フロッグリング３０は鳥かごとも呼ばれ、プ
ローブカード２１とパフォーマンスボード２３との間の
接続部を形成し、プローブカード２１及びパフォーマン
スボード２３との間はポゴピンを介して接続される。

【０００５】２７はテストヘッド２４を取り付ける場合
のガイドであり、２８はプローブカード２１とフロッグ
リング３０を保持する台であり、２９は検査装置全体の
ベースである。テストヘッド２４は着脱可能であること
が必要であり、３１から３３はそのための移動機構であ
る。３３はテストヘッド２４の保持部材であり、支持台
３２に沿って移動する。支持台３２は柱３１に沿って上
下方向に移動する。ここでは上記のような移動機構を用
いたが、テストヘッドを回転させて着脱する形式のもの
もある。

【０００６】通常テストヘッド２４とパフォーマンスボ
ード２３を除く、各半導体チップ２００の電極パッドと
テストヘッド２４とを接続するための部分をプローバと
称している。パフォーマンスボード２３はテストヘッド
２４に一体に取り付けられており、テストヘッド２４の
一部を成しているといえる。半導体ウエハの検査は、ま
ずウエハチャック２５を半導体ウエハ２００の受け渡し
位置まで移動して半導体ウエハ２００を吸着する。そし
て保持した半導体ウエハ２００における各半導体チップ
の位置を、ＴＶカメラ又は顕微鏡等を用いて検出し、ウ
エハ移動装置２６のＸ軸及びＹ軸が半導体チップの配列
方向に合致するように調整する。そして半導体チップの
配列位置とウエハ移動装置２６の基準位置との相対関係
をセットする。これにより各半導体チップの電極パッド
とプローブカード２１の触針２２の位置関係が確定す
る。以下順次触針２２を電極パッドに接触させて検査を
行なう。

【０００７】電極パッドは半導体チップの品種毎に異な
るため、それに応じて触針２２の配列を変える必要があ
り、プローブカード２１は交換可能に取り付けられる必
要がある。図２ではフロッグリング３０ごと交換するこ
とになるが、下側からプローブカード２１のみを交換す
る形式のものもある。テストヘッド２４は検査対象であ
る半導体チップの品種によっては別のものに交換する必
要があることや、メインテナンスの関係からプローバに
着脱可能であることが必要である。テストヘッド２４は
かなりの重量になるため、これを精密に移動させるのは
容易でなく、精密に移動させるには大型で高価な移動機
構を設ける必要が生じる。そのため現状ではあまり高精
度な移動機構を使用していないのが現状である。

【０００８】プローブカード２１は、触針２２が電極パ
ッドに接触する必要があるため、位置及び回転位置（傾
き）が精確であることが要求される。特にこれまでの半
導体検査装置では、ウエハ移動装置２６にウエハチャッ
ク２２の傾きを調整する機能を有しないものが多かった
ため、半導体ウエハの表面に対して精確に平行であるこ
とが必要であった。もしこれが傾いていると触針が電極
パッドに均一に接触しないため、検査不良を生じること
になる。そのためプローブカード２１は本体に精確固定
されるように構成されている。

【０００９】検査装置においては、プローブカード２１
の触針２２が対応するテストヘッド２４の入出力端子に
接続されていれば、検査を行なうことができる。しかし
上記のようにテストヘッド２４の移動機構は充分な移動
精度が得られないため、プローブカード２１の接続端子
とテストヘッド２４の接続端子をそのまま接触させるの
では傾きによる接触不良が生じる。

【００１０】そこでプローブカード２１とテストヘッド
２４との間の位置の誤差を吸収するためフロッグリング
３０が設けられている。フロッグリング３０はプロー側
に設けられており、プローブカード２１の接続端子とは
ポゴピン３２を介して接続されている。上面にもポゴピ
ン３１があり、このポゴピン３１を介してパフォーマン
スボード２３の接続端子と接続される。上面のポゴピン
３１と下面のポゴピン３２との間は、例えば空中配線に
よって接続されている。

【００１１】以上のように従来の半導体検査装置では、
プローブカード２１はプローバ側に固定されており、フ
ロッグリング３０を設けてプローブカード２１とテスト
ヘッド２４との間の傾きや位置づれを吸収していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】フロッグリング３０
は、上面と下面にポゴピン３１，３２を有している。ポ
ゴピンは接続する両面の傾き誤差を吸収するために絶対
必要なものである。しかし上面と下面に多数の微小なポ
ゴピンを設ける必要があり、フロッグリング３０が非常
に高価なものになるという問題がある。

【００１３】またプローブカード２１の触針２２とテス
トヘッド２４の接続端子はできるだけ短かい経路で接続
することが雑音等の点から望ましい。しかし従来の検査
装置では、フロッグリング３０のポゴピン３１と３２が
存在し、その上両方のポゴピンを接続する線も必要であ
り、信号の遅延や雑音発生という問題が生じている。し
かも近年の半導体検査装置では、ウエハ移動装置２６は
３軸方向の平行移動とウエハチャック２５の載置面の回
転だけでなく他の２軸に垂直な面内での回転も可能なも
のが増加している。しかしあいかわらずフロッグリング
３０が使用されており、上記のような問題が発生してい
た。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、信号の遅延や雑音発生の問題が発生しない半
導体検査装置を低コストで実現することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体検査装置
は、プローブカードとテストヘッドを備えている。プロ
ーブカードは、半導体ウエハ上に形成された半導体チッ
プの電極パッドに接触する触針と、触針を電気的に外部
に接続する接続端子とを有している。テストヘッドは、
プローブカードの接続端子と接触する入出力端子を有し
ており、この入出力端子を介して半導体チップの電気的
特性を検査する。そして上記目的を達成するため、本発
明の半導体検査装置においては、プローブカードがテス
トヘッドに固定された状態で使用される。

【００１６】

【作用】プローブカードを高い位置及び傾き精度で固定
する必要があるのは、初期の半導体検査装置においては
ウエハ移動装置に傾き調整機能が設けられていなかった
ためである。固定されたプローブカードに充分な精度で
移動させることのできないテストヘッドを移動して接続
すると位置ずれや傾きの差のために接続不良が発生す
る。この位置ずれや傾きの差を吸収するのがフロッグリ
ングである。

【００１７】しかし、前述のように、近年の半導体検査
装置はウエハ移動装置が傾き調整機能を有することが多
く、たとえプローブカードがウエハチャックの載置面に
対して傾いていても平行になるように調整することが可
能であり、検査が行なえる。ウエハ移動機構は、元々３
次元方向の移動機能及び載置面の回転機能を有してい
る。従って現状の半導体検査装置では、プローブカード
がウエハチャックに対してどのような位置関係にあって
も検査は可能であるといえる。

【００１８】プローブカードをテストヘッドに固定する
ならば接続時の誤差を考慮する必要がなく、フロッグリ
ングは必要でない。テストヘッドに固定したプローブカ
ードを検査位置に移動させた時、その位置や傾きは大き
な誤差を有する。しかしこの誤差はウエハ移動装置を調
整することにより吸収でき、検査が行なえる。以上のよ
うに、本発明の半導体装置では、フロッグリングが不用
になるため、信号の遅延や雑音の発生が低減され、低コ
スト化も可能である。更にテストヘッドを検査位置から
移動させた状態では、プローブカードに直接アクセスで
きるため、プローブカードの交換も容易になるという効
果がある。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の半導体検査装置の実施例の構
成図である。図１において、１００は検査対象である半
導体ウエハであり、表面に多数の半導体チップが形成さ
れている。１はプローブカードであり、触針２を有して
いる。３はパフォーマンスボードである。４はテストヘ
ッドである。パフォーマンスボード３はテストヘッド４
にねじで固定されており、プローブカード１もパフォー
マンスボード３にねじで固定されている。すなわちプロ
ーブカード２はテストヘッド４に固定され、各触針２は
テストヘッド４の入出力端子にそれぞれ接続されてい
る。テストヘッド４は回転軸１２を中心として回転し、
テストヘッド４自体の交換や保守、及びプローブカード
１とパフォーマンスボード３の交換が行なえる。

【００２０】５は半導体ウエハ１００を真空吸差により
保持するウエハチャックであり、Ｚ軸移動機構により上
下方向に移動する。６はＺ軸移動機構を支持するＹ軸移
動台であり、Ｙ軸移動機構によって前後方向（図では左
右方向）に移動する。７はＹ軸移動機構を支持するＸ軸
移動台であり、Ｘ軸移動機構により横方向に移動する。
８はＸ軸移動機構を支持する回転台であり、傾斜台９に
設けられた回転機構に支持されており、Ｚ軸を中心とし
て回転できる。傾斜台９は台１０に設けられた傾き調整
機構に支持されている。傾き調整機構は、傾斜台９より
延びる３本又は４本のアームを、モータ１１で回転する
ねじ機構で支持し、ばねで押えるものであり、ねじ機構
を調整することにより傾斜台９の傾きが調整できる。

【００２１】１３は真空吸着用の排出口であり、真空ポ
ンプに接続される。以上の機構により、ウエハチャック
の載置面は３軸方向の平行移動及び３軸を中心とした回
転が行なえ、プローブカード１がどのような位置及び傾
きであっても触針２を各半導体チップの電極パッドに精
確に接触させることができる。なお図１ではＸＹＺ平行
移動機構を回転機構が支持し、全体を傾き調整機構が支
持しているが、傾きや回転の調整幅はあまり大きくない
ので、各移動・回転機構の相互の支持関係は任意に変更
できる。

【００２２】次にプローブカード１を取り付けたテスト
ヘッド４を検査位置に設定した後、傾き調整を行なって
プローブカード１とウエハチャック５を平行になるよう
に調整する動作について説明する。この調整としては各
種の方法が考えられるが、ここではまずウエハチャック
５に半導体ウエハを載置して吸着する。次にウエハチャ
ック５の端に近い部分を触針２の直下に移動した上で、
ウエハチャック５をゆっくり上昇させる。テストヘッド
４は触針２が半導体ウエハの表面に接触したことを検出
できるようになっており、触針２と半導体ウエハが接触
した瞬間に上昇を停止し、ウエハチャック５のＺ軸方向
の位置を記憶する。この時プローブカード１とウエハチ
ャック５は傾いているため、接触するのは触針２の一部
である。

【００２３】次にウエハチャック５を降下させた後、ウ
エハチャック５の中心を挟む反対側に移動して上記と同
様の動作を行なう。このようにして得られたＺ軸方向の
差と、測定位置の間隔からこの方向の傾きが求まる。同
様の動作を垂直な方向についても行なえばプローブカー
ド１とウエハチャック５の傾きの差が算出される。次に
この傾きの差を傾き調整機構で補正すれば、プローブカ
ード１とウエハチャック５は平行になる。

【００２４】上記のような傾き調整が終了した後、触針
２の位置及びＺ軸を中心とする回転位置を検出する。こ
の検出は、例えばウエハチャック５に保持した半導体ウ
エハを上昇させて触針に接触させ、その接触跡を観察又
は画像処理によって検出することにより行なう。以上の
動作により、プローブカード１とウエハチャック５は平
行になり、触針２の位置も判明する。

【００２５】検査動作は、従来と同様に吸着した半導体
ウエハ上の半導体チップの位置を検出し、上記の動作で
記憶した触針の位置に合せて半導体ウエハを移動し、各
半導体チップの電極パッドを触針に接触させることによ
り行なう。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高価で信号の遅延や雑音発生という問題があるフロッグ
リングを使用する必要のない半導体検査装置が実現で
き、性能の向上及びコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】従来の半導体検査装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…プローブカード ２…触針 ３…パフォーマンスボード ４…テストヘッド ５…ウエハチャック １００…半導体ウエハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハ（１００）上に形成された
   半導体チップの電極パッドに接触する触針（２）と、該
   触針（２）を電気的に外部に接続する接続端子とを有す
   るプローブカード（１）と、 該プローブカード（１）の前記接続端子と接触する入出
   力端子を有し、該入出力端子を介して前記半導体チップ
   の電気的特性を検査するテストヘッド（４）とを備える
   半導体検査装置において、 前記プローブカード（１）が前記テストヘッド（４）に
   固定された状態で使用されることを特徴とする半導体検
   査装置。