JPS61187245A - プロ−ブカ−ド - 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 本発明はオートプローバを用いた半導体ウェハの測定に
おいて、試料温度を正確に知る必要がある場合に用いる
プローブカードに関するものである。

従来の技術 半導体集積回路（ＩＣ）等の製造段階や製造終了後にお
いては、これらが意図された所定の電気的特性を維持し
ているかどうかを検査する必要がある。例えば、ＩＣは
それ自体が一つの回路機能をもつものであるから、多数
の入出力端子を有しており、そのために検査すべき電気
的特性も多項目にわたっている。従って、これを手作業
で行うことは極めて非能率的であるので、早くから自動
化が進められており、ウェハ状態での測定では従来から
ウエハプローバと呼ばれるハンドリング装置が試験装置
と共に使用され、これによってブロービング、測定、不
良チップのマーキング、ウェハ送りなどが一連の操作で
行われていた。一方、製品試験ではオートハンドラと呼
ばれる装置が使用され、試験装置と連動して一連のＩＣ
の供給、測定、選別等の作業が自動的に行えるようにな
っている。

このようなオートプローバの１例を第２図に概路的に示
した。これはウェハを固定支持し、Ｘ１Ｙ、Ｚ方向に移
動可能なステージ１１と、測定器、コントローラ、ブロ
ーバステージ駆動回路とプローブ１２とから主として構
成されている。このようなウエハプローバでは、まずマ
ニピュレータなどによってウェハ１３が固定支持される
ステージ１１に対してプローブ１２を適切な位置に設定
しなければならない。これは、検査すべきウェハの被検
パターンに合せて、ステージ１１の周囲の適切な位置に
マニピュレータを固定し、ウェハ１３がステージ上の正
しい位置に配置された際に該ウェハの所定の測定点にプ
ローブ１２が接触するように、顕微鏡観察しながらオペ
レータがプローブをマニピュレータ本体に対して水平に
移動させ、次いで高さの調整を行うことにより実施され
ていた。

また、プローブカードを使用することもでき、この場合
、まず検査すべきウェハ等の被検パターンに合ったプロ
ーブカードを選択して装着した後、ステージ上の試料と
プローブカードの探針部分とをオペレータが顕微鏡で観
察しながら、ステージを移動させて、試料を正しい初期
位置に位置付けしていた。

このようなウエハプローバにより、半導体基板上に形成
された半導体装置をウェハ状態で電気測定するためには
、上記のように全てのマニピュレータもしくはプローブ
カードをステージの回りに固定し、位置調整した後、移
動可能なステージ１１上にウェハ１３を固定支持させ、
その上に形成された半導体装置の電極パッドとプローブ
１２とを接触させる。この状態で、１つのチップの測定
を実行し、その測定の完了後、ステージを下げてプロー
ブを離し、ＸあるいはＹ方向に、チップの繰返し周期に
相当する距離だけステージを移動させた後、再度Ｚ方向
に上昇させ、次のチップの測定を開始する。このような
操作を繰返すことにより、ウェハ上に形成された各半導
体装置の電気測定が実施される。

ところで、上記のプローブカードを用いて検査すべきウ
ェハ内の被検パターンの電磁気的測定や光学的測定を行
うためには、被検ウェハの測定点の正確な温度を知る必
要がある。というのは、これらウェハもしくはその上に
形成された素子等の電気的特性は温度に対して著しく敏
感であるからであり、従って測定時の被検体の正確な温
度を知ることは、得られる測定情報の信頼度を著しく高
いものとする上で極めて重要である。即ち、バンドギャ
ップや活性化エネルギーなどの半導体についての情報の
信頼性が著しく大きなものとなる。

従来のこの種の温度測定では、半導体ウェハが固定され
ているステージの温度または半導体ウェハ近傍の雰囲気
の温度を測定し、これを該半導体ウェハの測定点におけ
る温度として代用しているにすぎなかった。

発明が解決しようとする問題点 従来の上記のような温度測定は、半導体装置を固定しで
あるステージに温度センサーを埋込むことにより実施さ
れていたが、このような測定では温度センサーと、プロ
ーブ先端の当たる測定点とは大きな距離の隔りがあり、
またこれらの間に熱的性質の異る複数の層などが介在す
るために、温度センサーの示す温度と、測定中の実際の
試料の温度とが対応していない可能性が極めて高い。市
販されている温度制御可能なホットチャックもこの点が
問題であった。更に、半導体ウェハ、チップ近傍の雰囲
気温度を試料温度として代用する場合にも同様な問題が
あることは明らかである。

そこで、このようなウェハ、チップ検査時のセンサ一温
度と被検体温度（測定点温度）との対応性の問題を解決
し、被検体自体の温度とその物性とを正確に把握するこ
とは、得られる情報の信頼度を高めるために、更にはま
た誤測定による製品の選別誤差等を解決し、オートハン
ドラ等の試験精度を高める上で極めて意義がある。

そこで、本発明の目的は上記従来法の欠点を解決し、測
定点の温度を確実かつ正確に測定することのできるプロ
ーブカードを提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は０、従来のウェハまたはチップの検査方法
においてみられた温度測定法の欠点は、ステージに取付
けたセンサーと測定点とが距離的にも、またこれらの間
に介在する物質の物性においても一定していないことに
起因するものであり、これは測定点と温度センサー設置
位置とが常に同一のあるいは極めて接近した位置にある
ように工夫することにより解決し得るものであり、従っ
て、温度センサーを備えたエツジセンサーを測定用プロ
ーブ先端近傍に配置させることにより解決し得ることを
見出した。本発明はかかる知見に基き完成されたもので
ある。

即ち、本発明の検査用プローブカードは絶縁性のカード
本体と、該カード本体のほぼ中央部分に設けられた開口
の周縁部から突出して設けられた複数のプローブおよび
エツジセンサーとを具備するものである。また、その特
徴は前記エツジセンサーが一対の針部材から構成され、
その一方が針本体と、温度センサーと、該センサーを前
記針本体に固定保持するための支持体とを具備すること
にある。

上記本発明のプローブカードにおけるエツジセンサーは
、第１図に模式的に示したように、２本の針部材からな
り、該針部材の一方はエツジセンサ一本体ｌと、その先
端部に支持体２によって固定保持された温度センサー３
とから主として構成され、このエツジセンサー２は測定
用プローブ４の近傍に配置されている。該２本の針部材
は相互に短絡されており、かつこれがパッド５にある場
合にのみ解放状態となるようにされている。そのいずれ
か一方の先端に温度センサーを設けることができる。

本発明において有用なエツジセンサーにおいて、温度セ
ンサーとしては公知の任意の熱電対（Ｃｕ　−コンスタ
ンクン、クロメル−コンスクンクン、白金−ロジウムな
ど）が使用でき、場合によってはｐｎ接合型の半導体温
度センサー、例えばアモルファスＳｉ　ｐ　ｎ接合熱電
対、水晶温度計などを使用することも当然可能である。

また、支持体としてはアロン・セラミックなどが特に有
利であり、またこの支持体は熱伝導性絶縁材料であれば
いがなるものであってもよく、例えば石英、ＢＮ、　（
ＡＩＮ）、アルミナなどを例示することができる。

一般に、プローブカードの開口部に設けるべきプローブ
並びにエツジセンサーの数および位置は、検査すべきウ
ェハの各パターンに応じて設定されているので、被検パ
ターン毎に異るプローブカードを準備する必要がある。

本発明の意図するプローブカードはこれらすべてを包含
するものであり、特に制限はない。

心理 本発明のプローブカードの特徴は、その中央部開口に突
出して設けられたエツジセンサーの先端部に温度センサ
ーを設け、これを測定用プローブの近傍に配置したこと
にあり、これによって測定点の温度を正確に測定するこ
とが可能となる。

既に詳しく述べたように、従来の方法では、温度センサ
ーと測定点との間には熱伝導率の異るいくつかの物質が
介在しており、しかも大きな距離の隔りがあったために
、温度センサーによる温度と測定点の温度とが必ずしも
一致していなかった。

そこで、オートプローバなどのエツジセンサーを上記の
ような構成とすることにより被検ウェハの電気的、光学
的測定と共に、該測定点近傍での正確な温度をも決定す
ることができる。また、このような構成となっているの
で、極めてコンパクトであり、従来のプローブカードと
大きさも殆ど変らない。従って、従来のプローブカード
とそのまま置換することができ、更に他の測定との組合
せも簡単に行うことができる。

実施例 以下、実施例により本発明のプローブカードの奏する効
果を実証する。しかし、以下の実施例により本発明の範
囲は何等制限されない。

実施例１ プローブカードの測定用プローブとエツジセンサーとを
第１図に示したような構成とし、熱電対部分として５０
μｍの銅−コンスタンクンを使用し、これをタングステ
ン管（エツジセンサー）中に通した。該タングステン管
と熱電対とを支持体としてのアロン・セラミックで固め
保持した。

この例では、相互に短絡され、かつパッドにあるときに
のみ解放となる一対の針のパッドと接触する側の針の先
端に温度センサー（熱電対）を装着し、この針の方をア
ースとした。

かくして、オシロスコープに熱電対の出力電圧を人力し
、その波形を出力させたところ、該針（温度センサーを
装着した）がパッドに接触してから１０ｍ５ｅｃ後には
、熱電対の出力電圧にはノイズがみられず、更にｌ、　
５ｓｅｃ後には温度が一定となったことが確Ｓ忍された
。

また、比較のために、ステージに温度センサーを埋設し
た従来法を用いて、温度測定を行った。

尚、この場合ステージとして、温度制御用ヒータが埋込
まれている通常の市販品を用いた。その結果の一例とし
て、同一の測定点に対して、本発明のプローブカードを
用いた場合には２９８．８　Ｋであったのに対し、上記
従来の温度センサーの温度表示は２９９．５　Ｋであっ
た。この違いは、既に述べたように、従来法において測
定点と温度センサーとの間にある距離があり、しかも熱
特性の異る介在物が存在することを如実に示すものであ
り、従来法では温度センサーが測定点の温度を正確に示
していないことが理解できる。

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の半導体ウェハ、チ
ップの検査用プローブカードによれば、エツジセンサー
の一方の針の先端部に温度センサ−を装着したことに基
き、電磁気的もしくは光学的測定中の各測定点における
正確な温度をも同時に追跡することができる。従って、
バンドギャップ、活性化エネルギーなど、半導体につい
ての情報の信頼度を大巾に高めることが可能とする。

また、本発明の温度センサーはコンパクトなものであり
、プローブカードの寸法は従来のプローブカードと殆ど
変らないので、そのまま代用することができ、従って他
の測定との組合せも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプローブカードを説明するための、プ
ローブおよびエツジセンサ一部分のみを拡大して示した
模式的な図であり、 第２図は電気測定用のオートプローバを概略的に示した
図である。 （主な参照番号） １・・エツジセンサー、　　２・・支持体、３・・温度
センサー、　４・・測定用プローブ、５・・パッド、　
１１・・ステージ、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性のカード本体と、該本体のほぼ中央部に設
   けられた開口の周縁部から突出して設けられたプローブ
   およびエッジセンサーとを具備する半導体ウエハ、チッ
   プの特性評価用プローブカードであって、 前記エッジセンサーが、一対の針部材からなり、その一
   方が針本体と該針先端部に支持体によって固定・保持さ
   れた温度センサーとで構成されていることを特徴とする
   上記プローブカード。
2. （２）前記温度センサーが熱電対、半導体温度センサー
   またはサーミスタ温度計であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のプローブカード。
3. （３）前記温度センサーがパッドと接触する側の針の先
   端に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のプローブカード。