JPH07201936A

JPH07201936A - ウェハプローバ

Info

Publication number: JPH07201936A
Application number: JP35039693A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyagi; 雄治宮城
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2674499B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ウェハプローバにおけるプローバの傾斜状態
等に対応して正確な測定を可能とし、かつ素子種類の変
更に迅速に対応できるようにする。【構成】ステージ５を上動させてウェハをプローブカ
ード２２に接触させ、接続リング２１のポゴピン２４を
介してテスタに接続させる。また、スライド基板３１を
下動させてボゴピン２４に電気接触させ、端子４３、コ
ネクタピン３４を介してプローバ制御部３に電気接続す
る。プローバ制御部３ではステージ５を上昇させながら
プローブカード２２とコンタクト用ウェハ６ａとの接触
状態を順次検出し、その最初の接触高さと最後の接触高
さとを記憶し、その高さの差を演算してプローブカード
２２の良否を検出し、ウェハ測定時には記憶された最後
の接触高さ位置にステージ５を設定することで最適なウ
ェハ測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウエハに形成した素子回
路を測定するために用いるウェハプローバに関し、特に
ウェハプローバとウェハとの間の測定環境を整えるため
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にウェハの電気特性等を測定するた
めにウェハプローバが用いられているが、この測定を行
うためにはテスタに接続される多数本のプローブをウェ
ハに設けたられて電極に正しく接触させて電気接続を行
う必要がある。この場合、通常のウェハプローバではウ
ェハを上昇させてプローブに接触させる構成がとられて
いるため、ウェハの上昇位置を正しく設定することが必
要とされる。このため、従来では図に示す装置が提案
されている。この装置は特公昭６２−５２４５７号公報
で提案されているものを若干改良したものである。

【０００３】図４に示すように、ステージ５に載置され
るウェハ６に形成されている素子回路の一部にウエハ基
板７と良くコンタクトの取れるようにコンタクト抵抗が
極めて小さなサブパッド９を形成してておく。また、ウ
ェハプローバにはこのサブパッド９にコンタクトさせる
べく測定用プローブの一探針を検出プローブとして設け
ておく。そして、この検出プローブ１１を信号線４ｃに
より、ステージ５を上下移動させるステージ駆動部２８
を制御するプローバ制御部３のリレー１２へ接続する。
リレー１２は信号線４ｄでプローバ制御部３により制御
され、またステージ５は導電性材料で形成されてリレー
１２を介してプローバ制御部３に信号線４ｂで接続され
ている。

【０００４】この装置では、ウエハ６は真空吸着力によ
りステージ５に密着される。また、プローバ制御部３は
信号線４ｄによりリレー１２を開接点から、閉接点へと
信号を送り切り替え、検出プローブ１１に信号線４ｃで
電圧を印加させる。その上でステージ５を上昇させサブ
パッド９に検出プローブ１１がコンタクトしたとき、ウ
エハ基板７を介して流れた電流を信号線４ｅでプローバ
制御部３へ送る。プローバ制御部３はこのコンタクトの
検出により、ウェハ６に対してプローブが接触した状態
であると判定し、ステージ駆動部２８を制御してステー
ジ５の上昇を停止し、かつその後に、リレー１２の接点
を元の状態に戻した後、特性測定を開始する信号を出
す。

【０００５】しかしながら、このウェハプローバでは、
素子回路の一部にコンタクト検出用のサブパッド９を形
成する必要があるため、素子の高集積化が進んだ現在で
はウェハ（チップ）に素子の機能以外の余分な電極を作
り込む余裕は殆どなく、したがって高集積半導体装置に
は適用することが難しい。また、ウェハやプローバ側の
一方に傾きが生じていたような場合には、検出プローブ
１１がサブパッド９に接触された状態でも、必ずしも他
のプローブの全てが対応するパッドに接触されることに
はならず、その状態での測定を行っても正確な測定結果
を得ることができないという問題がある。

【０００６】そこで、近年では図５に示すようなウェハ
プローバが提案されている。同図において、ステージ５
はその上に測定されるウェハを載置でき、プローバ制御
部３により制御されるステージ駆動部２８によって上下
に移動される。なお、このステージ５の上下移動位置は
プローバ制御部３に内蔵した記憶装置や外部の記憶装置
に記憶されるようにななっている。そして、このステー
ジ５の上方にプローブカード２２が配置され、更に接続
リング２１を介してテスタ２３が載置され、電気的に接
続されている。

【０００７】前記接続リング２１には、テスタ２３とプ
ローブカード２２を電気的に接続するためのポゴピン２
４が貫通するように固定されており、ポゴピン２４ａ，
２４ｂのプローバ側はプローブカード２２のポゴ座２５
に当接されて電気的に接触される。ポゴ座２５はプロー
ブカード２２の基板内のプローブパターン２６を通じ
て、プローブカード２２に設けられた多数本のプローブ
２７に接続される。また、ポゴピンのテスタ２３側はテ
スタ２３の基板に対して当接されて電気接続される。こ
のテスタ２３はプローバ制御部３に信号線４ｆで接続さ
れる。また、このプローバ制御部３はステージ駆動部２
８に信号線４ｂで接続される。

【０００８】このウェハプローバでは、先ず、ステージ
５の上に表面をアルミニウム膜のような導電性の膜で覆
ったコンタクト用ウエハ６ａを載せて真空吸着により密
着させた後、プローバ制御部３から信号線４ｂによりス
テージ駆動部２８に動作信号を送ってステージ５を上昇
させる。また、テスタ２３ではコンタクト検出用のプロ
グラムを作動させる。そして、ポゴピン２４、ポゴ座２
５、およびプローブパターン２６を介して最初にコンタ
クトがあった接地レベルのプローブ群のプローブ２７
と、信号レベル用のプローブ群の中のプローブ２７間で
電流が流れたことを検出するまでステージ５の上昇を続
け、検出したとき信号線４ｆを通じてプローバ制御部３
へ信号を送りステージ５の上昇を停止させる。このステ
ージの上昇位置は記憶装置に記憶される。その後、一旦
ステージを下降させ、ステージに測定されるウェハを搭
載した後、記憶された上昇位置までステージを上昇さ
せ、ウェハにプローブを接触させてテスタにより特性測
定を開始させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のウェ
ハプローバでは、最初にコンタクトした２本のプローブ
間に電流が流れることによりコンタクト状態を検出し、
そのときのステージ位置を記憶しているが、この場合に
もウェハやプローバの一方が傾斜していたときには、必
ずしも全てのプローブが接触状態になっているとは言え
ず、正確な測定ができなくなるおそれがある。

【００１０】また、この装置では、接地レベルのプロー
ブ群と信号レベル用のプローブ群の中の２本間で電流が
流れたことをテスタによって検出するため、素子の種類
によりパッドの位置が異なるウェハの位置検出を行う場
合には、そのプローブの位置及び対象本数が変化される
ことになり、これに対処するためにはテスタ側の接続を
追従して変更する必要があり、その際の変更作業が面倒
になるとともに、作業性が低下されるという問題があ
る。本発明の目的は、プローバの傾斜状態等の良否を検
出し、これに対応して正確な測定を可能とし、かつ素子
種類の変更に迅速に対応することが可能なウェハプロー
バを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のウェハプローバ
は、半導体ウェハを載置して上下移動されるステージ
と、このステージの上方に配置され、ステージが上動さ
れたときに半導体ウェハの電極に接触される多数本のプ
ローブを備えたプローブカードと、このプローブカード
に電気接続されるポゴピンを備えた接続リングと、この
接続リング上に着脱可能に設置されてポゴピンを介して
プローブカードに電気接続されるテスタと、接続リング
上に配設されて下動したときにポゴピンの上端部に接触
されるスライド基板と、ステージの上下移動を制御する
とともに、その移動高さ位置を記憶でき、かつプローブ
カードからの信号が入力されたときにプローブとウェハ
との接触状態を検出可能なプローバ制御部とを備えてお
り、スライド基板はコンタクトパターンが形成されると
ともに接続リングに対して上下移動され、下動されたと
きにポゴピンをコンタクトパターンを介してプローバ制
御部に電気接続するように構成する。

【００１２】ここで、接続リングの上面にはポゴピンに
接続されるコンタクト座を有するベース基板と、プロー
バ制御部に電気接続されるコネクタピンと、スライド基
板を上下移動させる駆動部が設けられており、スライド
基板にはこのコンタクト座に対向する位置に配置された
接触子と、この接触子にコンタクトパターンを介して接
続されてコネクタピンに対向される端子を備え、駆動部
によりスライド基板が下動されたときに、接触子とコン
タクト座が電気接触され、コネクタピンと端子とが電気
接触されるように構成する。また、プローバ制御部は、
少なくともステージの上昇に伴って最初にウェハにプロ
ーブが接触されるステージ高さと、最後にプローブが接
触されるステージ高さを記憶可能な記憶装置を備える。
更に、プローバ制御部には、ステージを接地ラインとテ
スタのバアイスラインとで切替接続するリレーが設けら
れる。更に、好ましくは、スライド基板は接続リングに
対して着脱可能であり、コンタクトパターンが異なる他
のスライド基板と交換可能に構成される。

【００１３】

【作用】スライド基板を下動させてプローブカードをプ
ローバ制御部に電気接続し、この状態でステージを上昇
させながらプローブとウェハとの接触状態をプローバ制
御部が順次検出し、その最初の接触高さと最後の接触高
さとを記憶し、その高さの差を演算することでプローブ
カードの良否を検出し、かつウェハ測定時には記憶され
た最後の接触高さ位置にステージを設定することで最適
なウェハ測定が可能となる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の断面図、図２は図１のＡ
部拡大図である。図１において、ウェハを載置するステ
ージ５はステージ駆動部２８により上下移動されるよう
に構成される。このステージ駆動部２８はプローバ制御
部３により制御され、このプローバ制御部３は前記ステ
ージ５の上下動位置を記憶する記憶装置を内蔵してい
る。また、このプローバ制御部３にはリレー１２が付設
されている。

【００１５】一方、前記ステージ５の上方には多数本の
プローブを支持したプローブカード２２が配設され、ヘ
ッドプレート２０に固定支持された接続リング２１に電
気的に接続されている。この接続リング２１にはポゴピ
ン２４が必要本数だけ接続リング２１とは絶縁された状
態でリング板厚方向に貫通するように設置されている。
特に、ここではポゴピン２４の下部は前記プローブカー
ド２２に設けられたポゴ座２５に当接されてコンタクト
される。このポゴ座２５はプローブカード２２に設けた
プローブパターン２６によりプローブ２７に電気的に接
続されている。

【００１６】また、前記ポゴピン２４の上部は前記接続
リング２１より上方に突出されている。図２に示すよう
に、前記ポゴピン２４の突出した部分は接続リング２１
の上面に絶縁を保って固定されたベース基板３０に設け
たスルーホール４１を貫通される。そして、このスルー
ホール４１に嵌装された鍔付き円筒状のコンタクト座２
９に半田等の導電性接着剤４２により電気的かつ機械的
に接続されている。

【００１７】また、前記ベース基板３０に対向する位置
には、前記ポゴピン２４の突出した部分が挿通されるス
ルーホール４１を設けたスライド基板３１が配置されて
いる。このスライド基板３１のスルーホール４１は単な
る挿通穴であり、ポゴピン２４よりも若干大径に形成さ
れ、かつこのスルーホール４１を囲む前記スライド基板
３１の下面には前記ベース基板３０のコンタクト座２９
にコンタクトさせることができる環状の接触子３２を設
けている。さらに、この接触子３２からはコンタクト検
出条件に合わせて形成されたコンタクトパターン３３が
接続されている。

【００１８】図１に示すように、前記コンタクトパター
ン３３はその端部においてスライド基板３１の一側部に
設けた端子４３に接続される。この端子４３は、前記接
続リング２１の外周に取り付けたコネクタピン３４に対
向される位置に配置されており、スライド基板３１が下
動されたときにこのコネクタピン３４にコンタクトされ
る。なお、このコネクタピン３４はコンタクト信号線５
０により前記プローバ制御部３に接続されている。ま
た、前記スライド基板３１は接続リング２１の外周に均
等に配置された駆動装置３５のロッド３６に対して着脱
可能に連結されており、この駆動装置３５によって接続
リング２１に対して上下に移動されるようになってい
る。この駆動装置３５は駆動信号線５１により前記プロ
ーバ制御部３に接続されている。

【００１９】なお、前記ステージ５はステージ駆動部２
８と連動して動作するが、電気的には絶縁されており、
信号線４ｅによってプローバ制御部３のリレー１２のコ
モンに接続される。このリレー１２は非作動時にはコモ
ンは図の下側端子に接続されており、この端子は図外の
テスタのバイアスライン４０側の接点に接続される。ま
た、リレー１２は作動時にはコモンが図の上側端子に接
続され、前記プローバ制御部３に接続される。また、図
３は前記プローバ制御部３、リレー１２、プローブ２７
の相互の結線状態を示す模式配線図であり、多数本のプ
ローブを複数のグループに分け、各グループ毎にそれぞ
れコネクタピン３４及びコンタクト信号線５０ａ〜５０
ｄによりプローバ制御部３に接続を行っている。

【００２０】次に、以上の構成になる本実施例の動作を
説明する。先ず、ステージ５の上に、表面を導電性膜で
覆ったコンタクト用ウエハ６ａを載せる。また、同時に
プローバ制御部３のリレー１２の接点を信号線４ｄから
の信号で切り替え、ステージ５を電気的に接地レベルに
するとともに、プローバ制御部３は駆動信号線５１を通
して動作信号を駆動装置３５へ送りロッド３６を短縮し
てスライド基板３１を下方へ動作させ、その接触子３２
をベース基板３０のコンタクト座２９に電気接触させ
る。また、接触子３２にコンタクトパターン３３を介し
て接続されている端子４３を接続リング２１の外周に配
置したコネクタピン３４に接続させ、プローバ制御部３
よりコンタクト信号線５０を介してプローブ２７に一定
の電圧を印加する。

【００２１】次いで、ステージ駆動部２８に信号線４ｂ
により上昇信号を送り、ステージ５を上昇させる。そし
て、プローブ２７の少なくとも１本がコンタクト用ウエ
ハ６ａと接触したとき、電気回路が構成され、コンタク
ト用ウエハ６ａとステージ５と信号線４ｅが接続されて
いるリレー１２を介して、プローバ制御部３へ電流が流
れる。これにより、プローバ制御部３では、最初のコン
タクトがあったことを検出でき、その時のコンタクト高
さと、コンタクト信号線５０ａ〜５０ｄのいずれにおい
て電流が流れたかを内蔵の記憶装置に記憶しておく。

【００２２】更に、ステージ５を上昇させ、順次コンタ
クト用ウェハ６ａに接触したプローブ２７とそのときの
コンタクト信号線を順次プローバ制御部３で検出し、そ
の時のコンタクト高さとコンタクト信号線を記憶装置に
記憶する。この動作を繰り返し、最後にコンタクトした
信号線がコンタクトしたことを検出したとき、プローバ
制御部３はステージ５の上昇動作を停止させる。また、
このステージ高さを記憶する。そして、最初と最後にコ
ンタクトしたプローブのコンタクト高さの差を演算し、
この差がウェハプローバの内部パラメータで予め設定さ
れている値を越えたときにはアラームを出し、プローブ
カード２２が極端に傾斜しているものであると判定し、
プローブカード２２の異常を報知する。この報知を受け
て作業者はプローブカード２２を交換する。

【００２３】プローブカード２２を交換した後に、再び
前記した操作を行う。そして、得られたコンタクト高さ
の差が設定されている値以内であれば、プローバ制御部
３から駆動信号線５１にて駆動装置３５へ信号を送り、
スライド基板３１を上昇させベース基板３０のコンタク
ト座２９とスライド基板３１の接触子３２を離すととも
に、コネクタピン３４からも離し、プローバ制御部３の
リレー１２を信号線４ｄで切り替え、テスタからのバイ
アスライン４０へ接続する。

【００２４】この後、図５に示したように、接続リング
２１上にテスタ２３を載置し、接続リング２１のポゴピ
ン２４にテスタ２３を電気的に接触させる。また、ステ
ージ５は一旦下降させた後にその上にコンタクト用ウェ
ハに代えて測定されるウェハ（図示せず）を載置し、か
つステージ５をプローバ制御部３に記憶されている最も
高いステージ高さにまで上昇させる。これにより、全て
のプローブ２７がウェハに接触されることになり、この
状態でテスタ２３はウェハに通電を行い、正確なウェハ
の測定を実行する。このため、プローバ側が極端に傾斜
しているときにはこれを異常として交換できるので、常
に正常なプローバでのウェハ測定が可能となる。また、
ウェハ側が多少傾斜されていても、全てのプローブ２７
がウェハに接触される状態にステージ５が位置設定され
るため、常に正確な測定が可能となる。

【００２５】また、ウェハ上の素子の種類が変更された
場合やプローブカード２２が変更された場合には、異な
るコンタクトパターンに形成されているスライド基板３
１に交換すれば、各プローブ２２とプローバ制御部３と
の接続を変更して素子種類に対応したステージ位置設定
が可能となり、作業の簡易化が可能となる。更に、テス
タを用いないでウェハの最適位置を検出することができ
るので、この際に大型テストヘッド等の機械的な制約を
無くすことも可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、接続リン
グ上に設けたスライド基板を上下動させることでプロー
ブカードを所要の回路構成でプローバ制御部に電気接続
でき、プローバ制御部はプローブカードにおけるウェハ
との接触状態からステージの高さを検出し、かつこれか
らプローブカードの良否を検出し、かつウェハ測定に好
適なステージ高さを検出することができる。これによ
り、プローバやウェハが傾斜された状態でも正確な測定
を実現することができる。また、テスタを使わずにプロ
ーバ単独でステージの好適位置を検出できるため、大型
テストヘッド等の機構的制約がなくなる。更に、スライ
ド基板を異なるコンタクトパターンのものに交換するこ
とによりプローブカードや素子の種類に対応してそれぞ
れプローブカードの良否や好適なステージ位置の検出が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェハプローバの一実施例の断面図で
ある。

【図２】図１のＡ部の拡大図である。

【図３】図１の実施例の模式的な回路図である。

【図４】従来提案されているウェハプローバの模式的な
断面図である。

【図５】従来の改善されたウェハプローバの一例の断面
図である。

【符号の説明】

３プローバ制御部５ステージ６ウェハ６ａコンタクト用ウェハ２１接続リング２２プローブカード２３テスタ２４ポゴピン２７プローブ３１スライド基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハを載置して上下移動される
ステージと、このステージの上方に配置され、ステージ
が上動されたときに前記半導体ウェハの電極に接触され
る多数本のプローブを備えたプローブカードと、このプ
ローブカードに電気接続されるポゴピンを備えた接続リ
ングと、この接続リング上に着脱可能に設置されて前記
ポゴピンを介して前記プローブカードに電気接続される
テスタと、前記接続リング上に配設されて下動したとき
に前記ポゴピンの上端部に接触されるスライド基板と、
前記ステージの上下移動を制御するとともに、その移動
高さ位置を記憶でき、かつ前記プローブカードからの信
号が入力されたときにプローブとウェハとの接触状態を
検出可能なプローバ制御部とを備え、前記スライド基板
はコンタクトパターンが形成されるとともに前記接続リ
ングに対して上下移動でき、下動されたときに前記ポゴ
ピンをコンタクトパターンを介して前記プローバ制御部
に電気接続するように構成したことを特徴とするウェハ
プローバ。
【請求項２】接続リングの上面にはポゴピンに接続さ
れるコンタクト座を有するベース基板と、前記プローバ
制御部に電気接続されるコネクタピンと、前記スライド
基板を上下移動させる駆動部が設けられ、スライド基板
にはこのコンタクト座に対向する位置に接触子と、この
接触子にコンタクトパターンを介して接続されて前記コ
ネクタピンに対向される端子を備え、前記駆動部により
スライド基板が下動されたときに、接触子とコンタクト
座が電気接触され、コネクタピンと端子とが電気接触さ
れるように構成してなる請求項１のウェハプローバ。
【請求項３】プローバ制御部は、少なくともステージ
の上昇に伴って最初にウェハにプローブが接触されるス
テージ高さと、最後にプローブが接触されるステージ高
さを記憶可能な記憶装置を備える請求項１または２のウ
ェハプローバ。
【請求項４】プローバ制御部には、ステージを接地ラ
インとテスタのバアイスラインとで切替接続するリレー
が設けられる請求項３のウェハプローバ。
【請求項５】スライド基板は接続リングに対して着脱
可能であり、コンタクトパターンが異なる他のスライド
基板と交換可能である請求項２ないし４のいずれかのウ
ェハプローバ。