JPH0697243A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査体の表面に対するプロ−ブ針の針先の
接触圧を常に適切な大きさにすること。 【構成】 デ−タ作成部５を電流監視部２ａを介してウ
エハ保持台２に電気的に接続すると共に、制御部６を昇
降機構２２のレベル検出部２２ａに電気的に接続する。
ウエハ保持台２上に導電板を載置し、ウエハ保持台２の
加熱手段をＯＮにしてプロ−ブ針４と導電板とを断続的
に接触させ、電流監視部２ａよりの検出電流に基づいて
プロ−ブ針４の針先レベルの時間的変化を予測したデ−
タを作成する。次いでウエハＷをウエハ保持台２上に載
置し、前期デ−タに基づいて制御部６より昇降機構２２
に制御信号を与えてプロ−ブ針４の針先レベルを制御す
る。従って被検査体の表面に対するプロ−ブ針４の針先
の接触圧を適切な大きさとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロ−ブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においてはウ
エハ内にＩＣチップが完成した後、各チップに分断され
てパッケージングされるが、パッケージングされる前に
不良チップを排除するためにプローブ装置によりウエハ
内の各チップに対してプローブテストと呼ばれる電気的
測定が行われる。

【０００３】このプローブ装置においては、従来例えば
Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動可能なウエハ保持台の上方側
に、ウエハ内のＩＣチップの電極パッド配列に対応して
配列されたプローブ針を備えたプローブカードを配置
し、ウエハ保持台を移動させてウエハ内のＩＣチップの
電極パッドとプローブ針とを位置合わせした後プローブ
針と電極パッドとを接触させ、電極パッドをプローブ針
とポゴピンなどを含むインサートリングを介してテスト
ヘッドに電気的に接続し、例えばＩＣの使用速度に対応
する高周波を用いて電気的測定を行ってＩＣチップの良
否を判定するようにしている。

【０００４】そして最近においては、各チップに分断さ
れる前に例えばウエハ保持台に設けたヒータによる加熱
手段によってウエハを例えば６０℃〜１２５℃高温に加
熱して、高温状態でウエハ上のＩＣチップについて上述
の電気的測定を行う方法も実施されている。

【０００５】このような高温状態で測定を行う場合に
は、ウエハよりの輻射熱や針先からの熱伝導によってプ
ローブカードが熱膨脹し、またプローブ針自身も伸長す
るため、これに伴ってプローブカードに配列されたプロ
ーブ針の針先レベル（プローブ針の針先の高さ位置）が
常温時に比べて低くなってくる。従ってプローブカード
の温度が、加熱されたウエハの温度に対して安定する前
に、即ちプローブ針の針先レベルが安定する前にプロー
ブ針と電極パッドとを接触させると、接触後のウエハよ
りの伝熱によってプローブカードが熱膨脹して、プロー
ブ針の針先がウエハ表面に強い力で押し付けられる。

【０００６】ここでプローブ針はプロ−ブカ−ドから斜
めに伸びているため、針先がウエハ表面に強い力で押し
付けられるとプローブ針が撓んで無理に変形し、このた
めプローブ針が損傷するおそれがあるし、あるいはプロ
ーブ針の針先が横すべりして電極パッドの測定領域から
逸脱し、この結果測定不良を生じることとなる。また、
過剰なオーバードライブ（ウエハ表面へのプローブ針の
食い込み）によりＩＣチップが損傷するおそれもある。
一方、過剰なオーバードライブを避けるためにウエハ保
持台の高さを下げコンタクトポイントを低く設定した状
態でプロービングしていると、ウエハ交換時にプローブ
カードが冷えて熱収縮し、その後はウエハが針先に届か
なくなる。

【０００７】そこで従来は、（１）測定前に例えばプロ
−ブカ−ドを予めウエハと同一温度に設定された温調板
に接触させて、プロ−ブ針が前記ウエハと同一温度にな
るまでプローブカードを十分に加熱し、その後にオペレ
ータがプローブ針と電極パッドとをＴＶカメラなどで見
ながらウエハ保持台の高さを調整してプローブ針とウエ
ハとを接触させて測定する方法、（２）ウエハをプロー
ブ針の針先の直ぐ下に位置させてウエハよりの輻射熱に
よってプローブカードを十分に加熱し、その後にオペレ
ータがプローブ針と電極パッドとをＴＶカメラなどで見
ながらウエハ保持台の高さを調整してプローブ針とウエ
ハとを接触させて測定する方法、（３）ウエハ保持台を
上昇させてプローブ針と電極パッドとを接触させ、その
後はプローブ針の針先レベルの熱による変動に対応する
ようにオペレータの経験または、事前に採取した変動デ
−タにもとづいてプローブ針と電極パッドとの接触状態
を常に均一となるよう維持しつつウエハ保持台を下降さ
せて測定する方法などが採られていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）のように温調板を用いる方法はプロ−ブ針を痛め
るおそれがあるし、前記（２）のようにウエハをプロー
ブ針の針先の直ぐ下に位置させてプローブカードをウエ
ハよりの輻射熱によって予熱する方法は、電極パッドが
針先レベルが安定したときの針先レベル以下となるよう
にウエハ保持台の高さを設定しておく必要があるのでウ
エハ保持台の高さ設定が難しいし、またプローブカード
の温度が安定するまでに可成り長い時間を要するといっ
た問題があった。

【０００９】また、前記（３）のようにプローブ針の針
先レベルの熱による変動に対応するようにオペレータの
操作によりウエハ保持台を下降させる方法は、可成りの
熟練を必要とするのでオペレータが経験を重ねなければ
ならないし、経験的手法であるためオーバードライブが
常に適切であるとは限らないといった問題もあった。更
に、上述のいずれの測定方法によってもオペレータが介
在するため、プロービング工程の自動化に対応しにくい
といった問題もあった。

【００１０】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、被検査体の表面に対するプ
ローブ針の針先の接触圧を常に適切な大きさにすること
ができるプローブ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、温度
調整された被検査体の電極パッドに、プローブカードに
配列された複数のプローブ針を接触させて電気的測定を
行うプローブ装置において、プローブ針が前記被検査体
の電極パッドとの接触により温度調整されたときの針先
の高さ位置を示すデータにもとづいて、プロ−ブカ−ド
に対する被検査体の相対的位置を制御して接触させる制
御部を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】例えばアルミニウムよりなる被検査体と同一形
状の導電板を予め定められた温度に温調した後プローブ
針とを断続的に接触させて、プローブ針と導電板との間
に流れる電流を監視し、電流オン時の導電板のレベルつ
まりプローブ針の針先レベルを検出し、これにより、プ
ローブ針が被検査体との接触により温度変化したときの
針先の高さ位置の時間的変化データを作成する。そして
実際に被検査体をプローブ針に接触させた後、このデー
タにもとづいて被検査体の上面レベルが制御される。従
って適切なオーバードライブで測定を行うことができ
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例に係るプローブ装置の
要部を説明するための説明図、図２は同実施例に係るプ
ローブ装置の全体構成を示す縦断側面図である。この実
施例ではプローブ装置本体の外装部をなす筐体１内に
は、被検査体保持台例えばウエハ保持台２が設置されて
おり、このウエハ保持台２の内部には、上面に載置され
るウエハＷを所定温度、例えば６０℃〜１２５℃に加熱
するための図示しない加熱手段、例えばヒータが設けら
れている。

【００１４】また、この例ではウエハ保持台２は金属材
で作られており、ここに電流が流れているか否かを検出
する電流監視部２ａに電気的に接続されている。更に、
このウエハ保持台２は鉛直軸のまわりに回転させる図示
しないモータなどを備えた回転機構２１に支持されると
共に、前記回転機構２１の下方側には、当該回転機構２
１を昇降させる（即ちウエハ保持台２を昇降させる）例
えば図示しないネジ機構やモータなどを備えた昇降機構
２２が設けられている。

【００１５】そして昇降機構２２のモータには、ネジ機
構の昇降位置を検出するためにエンコーダやパルスカウ
ンタなどからなるレベル検出部２２ａが組み合わされて
いる。

【００１６】前記昇降機構２２の下方側にはウエハ保持
台２をＸ、Ｙ方向に夫々移動させるＸ方向移動機構２３
及びＹ方向移動機構２４が設けられている。

【００１７】前記ウエハ保持台２の上方側には中央に覗
き窓３１を備えたプローブカード３がウエハ保持台２と
対向するように配置されている。またプローブカード３
の下面には、覗き窓３１の左右両側から中央に向けて斜
め下方に延伸するプローブ針４が、ウエハＷ上に例えば
一列に並んだ１０個の電極パッドを同時に測定できるよ
うに左右両側に例えば１０本ずつ合計２００本配列され
ている。また、前記プローブカード３はポゴピン３３な
どを含むインサートリング３２を介してテストヘッド３
４に電気的に接続されている。

【００１８】更に、本実施例に係るプローブ装置は、プ
ローブ針４が加熱されたときにおける針先レベルの時間
的変化の予測データを作成するデータ作成部５や、この
データにもとづいてウエハ保持台２の高さ位置を制御す
る制御部６などを備えている。

【００１９】前記データ作成部５は、電流監視部２ａ及
びレベル検出部２２ａの信号を取り込んでメモリ５１に
前記予測データを書き込む機能を備え、予測データの作
成については、ウエハ保持台２上にウエハＷと同一形状
の導電板例えばアルミニウム板を載置すると共に、この
アルミニウム板をプローブ針４に接触させて当該プロー
ブ針４を加熱し、導電板とプローブ針４とが離れている
ときには導電板に電流が流れないが、接触するときには
針先から電流が流れることから、この電流のオン、オフ
を電流監視部２ａにより検出して、そのときの昇降機構
２２のモータの角度位置即ちプローブ針４の針先レベル
を検出することによって行われる。

【００２０】また、前記制御部６はウエハ保持台２上に
被検査体たるウエハＷを載置した後、メモリ５１内のデ
ータにもとづいて昇降機構２２に制御信号を与えてウエ
ハＷの高さ位置を制御する機能を有する。

【００２１】次に上述実施例の作用について図３を参照
しながら述べる。先ず、ウエハ保持台２の加熱手段をＯ
Ｎにして、例えば被検査体たるウエハＷと同形状のアル
ミニウム板よりなる導電板をウエハ保持台２上に載置す
ると共に、ウエハ保持台２を上昇させてプローブ針４と
導電板とを接触させる。これによりプローブ針４は加熱
されて伸長し、針先レベルが下がっていき始めるが、導
電板をプローブ針４に断続的に接触させることによっ
て、既述のようにメモリ５１内に針先レベルの時間的変
化の予測デ−タが作成される。

【００２２】ここで図３（ａ）及び（ｂ）は夫々プロー
ブ針４の針先レベルと経過時間との関係を示す特性図及
びウエハ保持台２上のウエハＷの表面レベルと経過時間
との関係を示す特性図である。なお、アルミニウム板と
ウエハＷとは同一形状であるためアルミニウム板の表面
レベルもウエハＷの表面レベルとして説明する。アルミ
ニウム板を用いた針先レベルの時間的変化の検出プロセ
スは、図３（ａ）中Ａで示した領域に相当し、この領域
Ａのデ−タはウエハＷの表面レベルのデ−タから予測さ
れた、針先レベルのデ−タ（メモリ５１内のデ−タ）で
ある。また図３（ｂ）の領域Ａの部分はウエハＷの表面
レベルであり、アルミニウム板とプローブ針４とを断続
的に接触させているので実際には階段状で表される。

【００２３】そして、図３（ａ）及び（ｂ）中Ｚ_０はプ
ローブカード３が常温のとき（加熱されたアルミニウム
板がプローブ針４に接触した直後を常温として取り扱っ
ている）の針先レベルであり、Ｚ_２はアルミニウム板
（ウエハＷ）からの伝熱によりプローブカード３が十分
に加熱されて針先温度が安定したときの針先レベルであ
る。また、図３（ｂ）中Ｚ_２とＺ_３のレベル差は、ウエ
ハの厚さに関係なく、ウエハ測定中に次のチップへ移動
するためのＺ方向回避距離である。なお、図３（ａ）及
び（ｂ）の横軸（時間軸）は同一スケールで表されてい
る。

【００２４】次にデ−タ作成後、ウエハ保持台２を所定
レベルまで下降させ図示しない搬送機構によって被検査
体たるウエハＷを導電板と交換してウエハ保持台２上に
載置し、所定の位置合わせをした後ウエハＷの上面レベ
ルがＺ_２となるようにウエハ保持台２を上昇させる。な
お、この交換作業中にプローブカード３は冷却されて温
度が下がるので、図３（ａ）のＢの領域で示すように針
先レベルはＺ_２より高い位置（Ｚ_１）となり、従ってウ
エハＷを先ずＺ_２まで高速で上昇させた後、緩やかに上
昇させてプローブ針４に接触させる。この接触は、例え
ばタッチセンサなどにより検出でき、そのときのモータ
の回転角度からプローブ針４の針先レベル（この例では
Ｚ_１）がわかる。なお、実際には所定のオーバードライ
ブ量だけ針先がウエハＷ表面に食い込むが、説明の便宜
上ウエハＷ表面と針先レベルとは同じ高さ位置として説
明する。

【００２５】更にプロ−ブ針とウエハＷとの接触後プロ
ーブカード３の温度がウエハＷよりの伝熱によって上昇
するので、図３（ａ）及び（ｂ）のＣ領域で示すように
既に作成したメモリ５１内のデータにもとづいて例えば
Ｚ_１とＺ_２とをＡ領域で採取したメモリ５１内のデ−タ
に基づき、曲線で結ぶまたは階段状に結んだラインに沿
ってウエハＷ表面が下降するように制御部６により昇降
機構２２に制御信号を与え、ウエハ保持台２を針先レベ
ルがＺ_２となるまでプローブ針４と電極パッドとを接触
させたまま下降させ、その後電気的測定を開始する。な
お、図３（ａ）及び（ｂ）中Ｄで示した領域は、ウエハ
Ｗ上のあるＩＣチップ（あるいはＩＣチップ列）に対す
る測定が完了した後に、引続き他のＩＣチップ（あるい
はＩＣチップ列）を検査するプロセスにおける針先レベ
ルとウエハＷの上面レベルを示す。この場合ウエハ保持
台２の“ステップ移動”時は、ウエハがいったん下方に
回避して、次のステップに移動するため図３（ｂ）のよ
うになる。この回避動作に対応した“針の冷え”を示す
ために図３（ａ）のＤ領域の針先レベルをわずかな間上
昇して示してある。実際にはこのスッテプ移動時間は、
１秒に満たないため、この針先レベルの上昇は極わずか
である。そして、引続きウエハＷを交換して測定を行う
ときには、図３（ａ）及び（ｂ）のＢ領域〜Ｄ領域に示
したパタ−ンと同様のパタ−ンで測定が行われる。

【００２６】このような実施例によれば、プロ−ブ針４
がウエハＷと接触して加熱された後の針先レベルの高さ
の時間的デ−タデータを予め作成し、このデータにもと
づいて制御部６によりウエハＷの上面レベルの高さ位置
を制御しているので針先がウエハＷに強い力で押し付け
られてプローブ針４が撓んで損傷するおそれがなく、あ
るいはプローブ針４の針先が横すべりして電極パッドか
ら逸脱して測定不良を生じることがない。また、過剰な
オーバードライブによりＩＣチップが損傷するおそれも
なくなると共に、プロ−ブ針の直ぐ下にウエハを待機さ
せていた方法に比べてプローブカード３の予熱時間を大
幅に短縮することができ、更にプロービング処理が自動
化されるため、スループットの向上を図ることができ
る。

【００２７】以上において、本発明は、例えば図４に示
すようにプローブ針４を予め加熱してプローブ針４の温
度と針先レベルとの関係を示すデータを予め作成してお
き、このデータにもとづいてウエハＷの表面レベル（ウ
エハ保持台２）を制御するようにしてもよい。即ち、図
４において３ａはプローブカード３の温度を検出する熱
伝対などの温度検出部であり、この実施例では先述の実
施例と同様に予めアルミニウム板を用いて針先レベルを
検出しているが、温度検出部３ａよりの検出信号を取り
込んで温度と針先レベルとの関係を示すデータを作成し
ている。そして、ウエハＷ測定時には温度検出部３ａよ
りの検出信号とメモリ５１内のデータにもとづいて制御
部６により、そのときの温度の針先レベルに対応するよ
うにウエハ保持台２の高さ位置を制御している。

【００２８】この実施例において、温度検出部３ａはプ
ローブカード３の上面に設けることに限られるものでは
なく、例えばプローブカード３に埋設してもよいし、ま
たデ−タはデータ作成部５で作成されたものに限られる
ものではなく、例えば予めフロッピーディスクなどにフ
ァイルされているデ−タであってもよい。更に、プロー
ブカード３の温度に対応したプローブ針４の針先レベル
のメモリ５１への書き込みは、上述の実施例のようにプ
ローブ針４を導電板に接触させてデータ作成部５への入
力信号にもとづいてメモリ５１に書き込む方法に限られ
るものではなく、例えば図５に示すようにプローブ針４
に光源７よりの光を照射し、その反射光を受光器７１で
受光し、この受光器７１よりの出力にもとづいて解析部
７２でプローブ針４の針先レベルを算出して、この算出
データをメモリ５１にデータ作成部５を介して書き込む
ようにしてもよい。

【００２９】またプローブカード３に対するウエハＷの
相対高さ位置の制御は、制御部６よりの制御信号によっ
て昇降機構２２を駆動させてウエハ保持台２を昇降させ
る制御に限らず、例えば制御部６よりの制御信号によっ
てプローブカード３を昇降させる制御であってもよい。

【００３０】なお、先述したようにウエハＷの表面レベ
ルはオーバードライブを見込んで制御され、このオーバ
ードライブは例えば３０μｍ〜７０μｍであればよく、
この場合にはオーバードライブ分だけウエハＷの表面レ
ベルを上述の実施例よりも高くなるように制御すればよ
い。

【００３１】また、本実施例では被検査体が加熱された
時のプロ−ブ針の膨脹につき述べたが、被検査体が常温
以下に冷却された時のプロ−ブ針の収縮に対しても本発
明を適応することができる。更に被検査体としてはＬＣ
Ｄ基板に対しても適用できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、温度調整された被検査
体をプローブ針に接触させた後のプローブ針の針先の高
さ位置のデータにもとづいて被検査体の相対的位置を制
御しているので、被検査体の表面に対するプローブ針の
針先の接触圧を被検査体の温度に依存しない適切な強さ
にして測定を行うことができ、プロ−ブ針の電極パッド
との接触不良やプロ−ブ針の損傷などを防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプローブ装置の要部を説
明するための説明図である。

【図２】本発明の実施例に係るプローブ装置の全体構成
を示す縦断側面図である。

【図３】プローブ針の針先レベルと経過時間との関係、
及び被検査体の表面レベルと経過時間との関係を示す特
性図である。

【図４】本発明の他の実施例を説明するための説明図で
ある。

【図５】プローブ針の針先レベルを検出する一例を説明
するための説明図である。

【符号の説明】

２ ウエハ保持台 ２ａ 電流監視部 ２２ 昇降機構 ２２ａ レベル検出部 ３ プローブカード ４ レベル検出部 ５ データ作成部 ６ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度調整された被検査体の電極パッド
   に、プローブカードに配列された複数のプローブ針を接
   触させて電気的測定を行うプローブ装置において、 プローブ針が前記被検査体の電極パッドとの接触により
   温度調整されたときの針先の高さ位置を示すデータにも
   とづいて、プロ−ブカ−ドに対する被検査体の相対的位
   置を制御して接触させる制御部を設けたことを特徴とす
   るプローブ装置。