JPH07105414B2 - 半導体ウエハのプローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、半導体ウエハのプローブ装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来の半導体ウエハのプローブ装置としては、例えば特
開昭58−52839号公報で記載されたものが広く知られて
いる。このプローブ装置では、プローブカードに取り付
けられたプローブ針を半導体ウエハに形成された半導体
チップの電極のパッドに接触させるために感知針（エッ
ジセンサ）を使用していた。そして、このエッジセンサ
により半導体ウエハの端を検知し、これによって半導体
チップの電極とプローブ針との接触を検知した後は、仮
に半導体ウエハが測定ステージと平行に載置されていな
くてもこの検知した時の半導体ウエハの離隔距離に基づ
いて各チップにおけるプローブ針の針圧を調整するよう
にしていた。又エッジセンサによる検知を行なわない際
は、ウエハはステージと平行に載置されていると仮定し
て熟練者の勘によりパッドとプローブ針の接触による針
圧の調整を実施していた。

（発明が解決しようとする問題点） このようにプローブカードに持着されたプローブ針
（３）を半導体ウエハ（２）に形成された半導体チップ
の電極のパッドに接触させるためにエッジセンサを使用
していた。しかしながらエッジセンサは、測定ステージ
上に半導体ウエハが平行に載置されていない時などに
は、半導体ウエハの位置決め時に半導体ウエハに深く接
触したり、その状態で半導体ウエハを移動させる際に無
理な力を受けることがあり、このような場合に壊れ易
く、一度壊れてしまうと他の測定用針が正常でもプロー
ブカードが使用できなくなり、修理にはかなりな時間と
熟練工を必要とし汎用性がなく操作上極めて不便であり
コスト的にも考慮しなければならない。又熟練者がプロ
ーブ針の針圧を調整する場合には、熟練者が半導体ウエ
ハを載せた状態で測定ステージを操作して半導体ウエハ
をプローブ針に直接接触させてプローブ針の針圧を初期
設定し、この時の測定ステージの移動量を半導体チップ
の検査に必要な測定ステージの移動量としてプローブ装
置に記憶させ、以後記憶した設定値に基づいて測定ステ
ージを繰り返し移動させて半導体チップの検査を行なう
ようにしている。しかしながら、ウエハの表面はいつも
測定ステージに平行な同一な状態とは限らない。例え
ば、第４図（ａ）のように半導体ウエハ（２）がなんら
かの原因でウエハ表面が測定ステージ（１）に平行でな
かったり、表面が平坦でない場合でも、記憶されている
設定値に基づいて測定ステージ（１）がいつも一定の移
動量しか動作しないので、あるチップの部分において
は、第４図（ｂ）のようにプローブ針（３）との接触が
深すぎたり、あるチップの部分においては、第４図
（ｃ）のようにプローブ針（３）が未接触に終わるケー
スも多々ある。このためチップにプローブ針（３）の傷
がついたり、チップに未接触の際には未測定となり歩留
が低下してしまう。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、半導体ウエハの表面が傾斜していたり、測定ステー
ジでの設置状態によって半導体ウエハの表面が傾斜して
いる場合でも、半導体ウエハに形成された全ての半導体
チップの電極パッドに対してプローブ針を常に一定の接
触圧で接触させて半導体ウエハの電気的検査を簡便且つ
確実に行なうことができ、しかも歩留り及び生産性の向
上を達成することができる半導体ウエハのプローブ装置
を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明は、測定ステージ上の半導体ウエハに形成され
た半導体チップの電極にプローブ針を接触させて上記半
導体チップの電気的試験を行なう半導体ウエハのプロー
ブ装置において、上記半導体ウエハの少なくとも２点の
測定から半導体ウエハの傾きを検出する傾き測定手段
と、この傾き測定手段からの出力値を半導体ウエハの傾
きとして記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶され
た内容により上記プローブ針の上記電極に対する接触圧
を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体
ウエハのプローブ装置を提供するものである。

（作用） この発明によれば、測定ステージ上の半導体ウエハに形
成された多数の半導体チップそれぞれの電極にプローブ
針を接触させて半導体チップの電気的試験を行なう際
に、傾き測定手段によって半導体ウエハの少なくとも２
点を測定し、この測定値から半導体ウエハの傾きを求
め、この傾き測定手段から傾きを記憶手段へ出力する
と、この記憶手段によりその傾きを記憶し、この記憶手
段の記憶内容に基づいて制御手段によりプローブ針の半
導体チップに対する接触圧を逐次制御して常に均一な接
触圧で全ての半導体チップの電気的試験を行なうことが
できる。

（実施例） 次に本発明半導体ウエハ処理装置を半導体ウエハプロー
バに適用した実施例を第１図、第２図、第３図を参照し
て説明する。この実施例の半導体ウエハのプローブ装置
は、測定ステージ（11）上の半導体ウエハ（以下、単に
「ウエハ」と称す。）（12）に多数形成された半導体チ
ップ（以下、単に「チップ」と称す。）（13）それぞれ
の電極のパッド（14）にプローブカード（15）に取り付
けられたプローブ針（16）を接触させて全てのチップ
（13）について電気的試験を行なうものである。そし
て、このプローブ装置は、ウエハ（12）の少なくとも２
点の測定からウエハ（12）の傾きを検出する傾き測定手
段（図示せず）と、この傾き測定手段からの出力値をウ
エハ（12）の傾きとして記憶する記憶手段としてのメモ
リー（図示せず）と、このメモリーの記憶内容に基づい
てプローブ針（16）のパッド（14）に対する接触圧を制
御する制御手段（図示せず）とを備えた構成になってい
る。そして、上記傾き測定手段は、上記測定ステージ
（11）上でのウエハ（12）の傾き、平坦度などを検出す
る容量センサ（18）を有し、この容量センサ（18）の検
出値に基づいて傾き、平坦度などの設置状態を分布する
構成になっている。そして、上記容量センサ（18）は、
例えば上記プローブカード（15）を保持するインサート
リング（図示せず）より前方に配置されたアライメント
ブリッジ（19）に配設され、図２に示すようにその下方
において上記測定ステージ（11）がＸ方向・Ｙ方向で移
動できるようになっている。また、上記制御手段は、上
記メモリーの記憶内容に基づいて測定ステージ（11）を
Ｚ方向で昇降制御する構成になっている。尚、このアラ
イメントブリッジ（19）は、プローブ装置の筐体内に収
納され、ウエハ（12）を正確に位置決めするアライメン
ト機構（図示せず）の一部を構成している。

上記プローブ装置は、ウエハ（12）を収納した状態のカ
セットをカセット収納部（17）に搬入し、この収納部
（17）からウエハ（12）を一枚づつ取出し、オリフラ合
わせ後測定ステージ（11）上に搬送する。この搬送され
たウエハ（12）をオリフラなどを基準に微細位置合わせ
したのち、上方からプローブカード（15）が自動的にウ
エハ上にソフトランディングし、自動的に検査を開始す
る構成になっている。この自動工程を実行するために連
続工程に先だちティーチング操作を行なう必要がある。
この操作は拡大鏡例えばマイクロスコープを用いてウエ
ハ（12）のパッド（14）位置を確認しながら操作者によ
り行なわれる。これが唯一の人間により行なわれるもの
でこのティーチング操作を可能なかぎり自動化すること
が望まれている。この要望に応えたものが上述した容量
センサ（18）であり、ウエハ（12）の設置状態をプロー
ブ装置にティーチングする際に、この容量センサ（18）
は、その下方へ移動した測定ステージ（11）に対して垂
直になるようにアライメントブリッジ（19）に設置して
ある。

従って、ティーチング時には、まずウエハ（12）が載置
された測定ステージ（11）をＸ方向・Ｙ方向で移動させ
て容量センサ（18）によるウエハ（12）の測定位置に測
定ステージ（11）を設定する。設定された測定ステージ
（11）は、Ｚアップにより容量センサ（18）との間隔を
例えば1.6mmに常に保つ。この段階において、測定ステ
ージ（11）をＸ方向・Ｙ方向の移動により、ウエハ（1
2）の中央部および周方向で90°の間隔をおいての４箇
所、合計５箇所において、容量センサ（18）とウエハ
（12）との距離を測定する。その後、傾き測定手段で
は、この測定された各距離によりウエハ（12）の設置状
態を計算し、測定動作における各チップ（13）に対応し
たＺアップ量を算出し、それぞれの算出値をプローブ装
置内に設置されているメモリーへ出力し、このメモリー
内にそれぞれの出力値を記憶しておく。この容量センサ
（18）による測定の後、測定ステージ（11）をテスター
に接続している測定部に移動し電気的諸性能の測定を開
始する。この測定動作時には固定されたプローブカード
（15）に持着されたプローブ針（16）に測定ステージ
（11）を上記メモリーにより記憶されている各チップ
（13）の移動量を制御手段を介してＺアップさせてチッ
プ（13）のパッド（14）を接触させてチップ（13）の電
気的諸性能を測定し、１つのチップ（13）の測定が終わ
りしだいＺダウンする。この動作を規則的に並んでいる
チップ（13）に対応して測定ステージ（11）をＸ方向・
Ｙ方向に移動し、各チップ（13）のメモリーにそったＺ
アップ量の動作を行ない、規則的なチップの測定順序通
りにすべてのチップ（13）の測定をするものである。

以上説明したようにこの実施例によれば、ウエハ（12）
毎に表面の平坦度が異なったり、その表面が測定ステー
ジ（11）での載置状態によって異なる場合でも、ウエハ
（12）に形成された多数のチップ（13）の電極パッド
（14）に対するプローブ針（16）の接触圧を傾き測定手
段及び制御手段を介して自動的に制御して常に一定の接
触圧で全てのチップ（13）の電気的検査を確実に行なう
ことができる。

また、この実施例によれば、傾き測定手段の容量センサ
（18）で測定したウエハ（12）との距離に基づいてウエ
ハ（12）の多数のチップ（13）にそれぞれ対応した測定
ステージ（11）のＺ方向の移動量を算出し、それぞれの
移動量に基づいて制御手段によって測定ステージ（11）
を逐次制御できるため、通常チップ（13）の電極に対応
して構成された各プローブ針（16）をウエハ（12）のい
ずれのチップ（13）に対しても均一な接触圧に制御して
接触させることができる。

上記実施例ではセンサとして容量センサ（18）を用いて
ウエハ（12）載置状態を算出していたが、ウエハ（12）
と非接触状態でウエハ（12）との距離を算出可能なセン
サなら何れでもよく、例えば光の反射を利用したセンサ
でもさしつかえない。又センサによる測定箇所は、必ず
しも上記のような５箇所に設定する必要はなく、ウエハ
の設置状態を正確につかむことが可能であれば、測定位
置は任意に決定してもかまわない。

このように実施例として半導体ウエハのプローブ装置に
適用した例を示してきたが、他の半導体処理装置例えば
露光装置などにも適応可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、半導体ウエハの
少なくとも２点の測定から半導体ウエハの傾きを検出す
る傾き測定手段と、この傾き測定手段からの出力値を半
導体ウエハの傾きとして記憶する記憶手段と、この記憶
手段に記憶された内容によりプローブ針の電極に対する
接触圧を制御する制御手段とを備えた半導体ウエハのプ
ローブ装置を提供することにより、半導体ウエハの表面
が傾斜していたり、測定ステージでの設置状態によって
半導体ウエハの表面が傾斜している場合でも、半導体ウ
エハに形成された全ての半導体チップの電極パッドに対
してプローブ針を常に一定の接触圧で接触させて半導体
ウエハの電気的検査を簡便且つ確実に行なうことがで
き、しかも歩留り及び生産性の向上を達成することがで
きる。

また、この発明によれば、傾き測定手段の容量センサで
測定した半導体ウエハとの距離値に基づいて半導体ウエ
ハの多数の半導体チップに対応した測定ステージのＺ方
向の移動量を算出し、それぞれの移動量を測定ステージ
の制御手段によって逐次制御できるため、通常チップの
電極に対応して構成された各プローブ針をウエハのいず
れのチップに対しても均一な接触圧に制御して接触させ
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を説明するためのウエハプロ
ーバの上面図、第２図は第１図の容量センサによる測定
図、第３図は第１図の測定検査の図、第４図は従来のプ
ローブ測定の際の問題点の図である。 12……ウエハ 13……チップ 14……パッド 15……プローブカード 16……プローブ針 18……容量センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定ステージ上の半導体ウエハに形成され
   た半導体チップの電極にプローブ針を接触させて上記半
   導体チップの電気的試験を行なう半導体ウエハのプロー
   ブ装置において、上記半導体ウエハの少なくとも２点の
   測定から半導体ウエハの傾きを検出する傾き測定手段
   と、この傾き測定手段からの出力値を半導体ウエハの傾
   きとして記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶され
   た内容により上記プローブ針の上記電極に対する接触圧
   を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体
   ウエハのプローブ装置。
2. 【請求項２】上記傾き測定手段は容量センサを有し、こ
   の容量センサにより予め定められた少なくとも２点の位
   置で上記半導体ウエハまでの距離を測定することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハのプロ
   ーブ装置。
3. 【請求項３】上記制御手段は上記半導体ウエハのそれぞ
   れの半導体チップに応じて上記測定ステージのＺ方向移
   動量を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の半導体ウエハのプローブ装置。