JPWO2009047836A1 - プローブカード、検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

プローブカード（１０）には、平坦な基部（１１）、及びこの基部（１１）の下面に固定された複数の探針（１２）が設けられている。基部（１１）の下面には、試験対象となる半導体装置を取り囲むダイシングライン内の４か所と整合する位置に円筒状のストッパ（１３）が固定されている。ストッパ（１３）は探針（１２）よりも変形しにくいものとなっている。ストッパ（１３）の高さは、探針（１２）の高さと同一である。ストッパ（１３）の底部には、ばねが固定されており、その先端にストッパ（１３）から突出する位置検出探針（１４）が固定されている。

Description

本発明は、半導体装置の動作試験に好適なプローブカード、検査装置及び検査方法に関する。

半導体装置の製造後には、その動作試験が行われている。この動作試験ではプローバ（テスタ）が使用される。プローバには、複数の半導体装置が形成された半導体基板（ウェハ）が載置されるウェハステージが設けられている。また、動作試験に際しては、プローバに、各半導体装置に設けられているパッドに触れる探針が形成された所定のプローブカードが取り付けられる。

そして、実際に動作試験を行う場合には、プローブカードを取り付け、ウェはステージ上に半導体基板を載置したのち、探針とパッドとが対向するように、ウェハステージの横方向（半導体基板の表面に平行な方向）の位置を調整する。次いで、ウェハステージ又はプローブカードを縦方向（半導体基板の表面に垂直な方向）に移動させ、探針をパッドに接触させる。その後、探針及びパッドを介して半導体装置の入出力信号を測定する。このような動作試験の結果、所定の入出力信号が得られないものは、通常、不良と判断される。

しかしながら、不良と判断された半導体装置の中には正常動作をするものもある。つまり、動作試験が正常に行われなかったがために、正常な半導体装置が不良と判断されることがある。このような判断の誤りが生じると、種々の問題が生じる。つまり、正常なものが不良と判断されることにより、歩留まりが低下し、製造コストがあがってしまう。また、正常であるにもかかわらず不良と判断された半導体装置について、その原因を究明しようとした場合、どれだけ時間をかけても不良箇所を検出することができず、多大な時間が無駄に費やされてしまう。

特開昭６３−２４６８３９号公報

本発明は、動作試験の正確性を向上させることができるプローブカード、検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

本願発明者が、上述のような動作試験が正常に行われない原因を究明すべく、鋭意検討を重ねた結果、プローブカードと半導体基板とが互いに平行になっておらず、探針とパッドとの接触が不安定になっている場合があることを見出した。このような状況は、半導体基板に反りがある場合、及びプローブカードに歪がある場合に生じている。そして、接触が不安定であるために、入出力信号が正常に検出されず、誤動作していると判断されているのである。

また、仮に、巨視的にプローブカードと半導体基板とが平行になっている場合であっても、個々の半導体装置が、その歪等によりプローブカードと平行になっていないことがある。このときにも、当該半導体装置が正常であっても不良と誤って判断されてしまう。

このような場合に、プローブカードと半導体基板とを強く押し付け合えばコンタクト不良を抑制することは可能であるが、このような措置をとると、探針の機械的強度が低下してしまい、その交換頻度が大きくなってしまう。

本願発明者は、このような事情を考慮した上で、上記課題を解決すべく、更に鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係るプローブカードには、基部と、前記基部に固定された探針と、が設けられている。更に、前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパが設けられている。

本発明に係る検査装置には、プローブカードが取り付けられる取り付け部と、集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する制御手段と、が設けられている。なお、前記プローブカードには、基部と、前記基部に固定された探針と、前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、が設けられている。そして、前記制御手段は、前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する。

本発明に係る検査方法では、プローブカードが取り付けられる取り付け部と、集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、を有する検査装置を用いる。また、前記プローブカードとして、基部と、前記基部に固定された探針と、前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、を有するものを使用する。そして、前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御し、その後に、次に、前記集積回路の動作試験を行う。

図１は、本発明の実施形態に係るプローブカードを示す上面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るプローブカードを示す下面図である。 図３は、本発明の実施形態に係るプローブカードにおける探針等の位置関係を示す模式図である。 図４は、探針１２を示す模式図である。 図５は、ストッパ１３、位置検出探針１４及びばね１５を示す模式図である。 図６は、プローバの構成を示す模式図である。 図７は、半導体基板の概要を示す模式図である。 図８は、プローバの制御方法を示す模式図である。 図９は、プローブカードの他の例を示す上面図である。 図１０は、図９に示すプローブカードにおける探針等の位置関係を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１、図２は、夫々、本発明の実施形態に係るプローブカードを示す上面図、下面図である。また、図３は、本発明の実施形態に係るプローブカードにおける探針等の位置関係を示す模式図である。

図１、図２及び図３に示すように、本実施形態に係るプローブカード１０には、平坦な基部１１、及びこの基部１１の下面に固定された複数の探針１２が設けられている。探針１２は、試験対象となる半導体装置のパッドと整合する位置に設けられている。また、基部１１の下面には、試験対象となる半導体装置を取り囲むダイシングライン内の４か所と整合する位置に円筒状のストッパ１３が固定されている。ストッパ１３は探針１２よりも変形しにくいものとなっている。また、ストッパ１３の高さは、探針１２の高さと同一である。探針１２の先端は、図４に示すように、球状となっている。また、ストッパ１３の底部には、図５に示すように、ばね１５（弾性材）が固定されており、その先端にストッパ１３から突出する位置検出探針１４が固定されている。従って、位置検出探針１４の先端は、探針１２の先端よりも、基部１１から離間した位置にある。

このようなプローブカード１０を用いて動作試験を行うプローバ（テスタ）には、プローブカード１０が取り付けられる取り付け部が設けられている。このプローバには、図６に示すように、複数の半導体装置が形成された半導体基板（ウェハ）２１を固定するウェハステージ２０も設けられている。更に、プローブカード１０及びウェハステージ２０の３次元的の位置及び向きを制御する位置制御部１が設けられている。つまり、位置制御部１により、プローブカード１０及びウェハステージ２０が、半導体基板２１の表面に平行な方向（以下、横方向ということがある）及び垂直な方向（以下、縦方向ということがある）に移動され、また、回転される。この結果、位置制御部１により、プローブカード１０及び半導体基板２１の相対的な位置及び向きが制御される。

次に、試験対象である半導体装置が形成された半導体基板について説明する。図７は、半導体基板の概要を示す模式図である。

半導体基板３１には、例えば、複数の矩形のチップ領域３６が形成されており、これらが縦横に延びるダイシングライン３５により区画されている。チップ領域３６の中央には、種々の半導体素子を含む集積回路領域３２が設けられ、その周囲に、集積回路領域３２を構成する半導体素子に接続された複数のパッド３３が設けられている。更に、ダイシングライン３５の交点に位置検出パッド３４が設けられている。位置検出パッド３４は、例えば接地されている。

次に、上述のプローブカード１０が取り付けられたプローバの制御方法、つまり、プローバを用いた検査方法について説明する。図８は、プローバの制御方法を示す模式図である。

先ず、ウェハステージ２０上に半導体基板２１を固定する。次に、位置制御部１がウェハステージ２０又はプローブカード１０を横方向に移動させて、所望のチップ領域３６の直上にプローブカード１０を位置させる。この時、プローブカード１０とチップ領域３６とが互いに平行になっていないことがある（図８の左側）。また、これらが互いに平行になっている場合であっても、横方向において位置ずれが生じていることもある。このような状態のまま、プローブカード１０とチップ領域３６と互いに接近させて動作試験を行うと、チップ領域３６に異常がない場合であっても、コンタクト不良のために当該チップ領域３６が不良と判断されることがある。

本実施形態では、所望のチップ領域３６の直上にプローブカード１０を位置させた後、位置制御部１が、ウェハステージ２０及びプローブカード１０を互いに接近させながら、４つの位置検出探針１４を所定の４つの位置検出パッド３４に夫々接触させる。このような接触がなされているか否かは、これらの間の接触抵抗を測定することにより検出することができる。そして、これらの接触を検出できない場合は、これらの接触を検出できるまでウェハステージ２０及び／又はプローブカード１０の位置及び／又は向きを調整する（図８の右側）。

次いで、位置制御部１が、４つの位置検出探針１４と４つの位置検出パッド３４との接触を維持したまま、半導体基板２１が各ストッパ１３に接するまで、ウェハステージ２０及びプローブカード１０を互いに接近させる。半導体基板２１とストッパ１３との接触は、機械的に検出してもよく、電気的に検出してもよい。

この結果、位置検出探針１４はばね１５の弾性変形によりストッパ１３内に収容される。また、ストッパ１３の高さは探針１２の高さと同一であるので、プローブカード１０とチップ領域３６とが互いに平行になる。つまり、縦方向における位置合わせが適切なものとなる。更に、４つの位置検出探針１４と４つの位置検出パッド３４との接触が維持されているため、横方向における位置合わせも適切なものとなる。この結果、探針１２が所定のパッド３３に適切に接することとなる。

その後、所定の信号をチップ領域３６に入力し、チップ領域３６から出力される信号を検出することにより、動作試験を行う。

このような制御方法（検査方法）によれば、各探針１２が所定のパッド３３に適切に接触した状態で動作試験が行われる。従って、コンタクト不良から生じる誤判断を回避することができる。つまり、正常に動作するチップ領域３６を不良と判断することが回避される。この結果、歩留まりの低下及び製造コストの上昇を抑制することができる。また、不良原因の不要な究明に基づく時間の浪費を回避することができる。

なお、上述の実施形態では、位置検出探針１４がストッパ１３内のばね１５に固定されているが、位置検出探針１４及びばね１５とストッパ１３とが一体化されている必要はない。例えば、図９及び図１０に示すように、位置検出探針１４が固定されたばね１５が、ストッパ１３よりも低いばね収容部４３内に収容されていてもよい。この場合、ストッパ１３は、隣り合うばね収容部４３の中間に位置していることが好ましい。このようなプローブカード４０を用いても、上述の実施形態と同様に、横方向及び縦方向の位置合わせを適切なものとすることができる。

なお、従来のプローバにおける探針のコンタクト不良の主な原因は、チップ領域とプローブカードとが平行になっていないことがあるということである。このため、縦方向の位置合わせの精度が向上すれば、誤った判断が行われる頻度は大きく低下する。従って、位置検出パッド３４が設けられていない半導体基板を用いる場合には、横方向の位置合わせの精度を上述の実施形態と同程度とすることはできないが、ストッパ１３を用いた縦方向の位置合わせにより、誤判断の発生頻度を大きく低下させることは可能である。つまり、位置検出パッド３４が設けられていない半導体基板に本発明を適用した場合でも、十分な効果を得ることは可能である。従って、位置検出探針１４が設けられていなくともよい。

また、上述の実施形態では、位置検出パッド３４がチップ領域３６の外部（ダイシングライン３５内）に設けられているが、チップ領域３６の内部に設けられていてもよい。また、ストッパ１３が接する部分もチップ領域３６の外部（ダイシングライン３５内）となっているが、チップ領域３６の内部であってもよい。但し、いずれにしても、これらの部分には外部から力が作用するため、パッド３３の近傍等の集積回路領域３２からできるだけ離間していることが好ましい。

また、面は、１直線上にない３点が定まれば一義的に決定されるため、ストッパ１３は３個以上あればよい。また、面が一義的に決定されている場合、当該面内の２点が定まれば、当該面内のすべての点の位置が決定されるため、位置検出探針１４は２個以上あればよい。但し、多くの場合、チップ領域３６は矩形であるため、その４隅又は４辺に対応するように、ストッパ１３及び位置検出探針１４の個数は４個であることが好ましい。

本発明によれば、試験対象となる半導体基板の表面に垂直な方向における半導体基板とプローブカードの基部との間隔を一定に保持することが可能となるため、この方向における位置合わせの誤差を抑制することができる。この結果、探針とパッドとの接触を良好な状態に維持することが可能となり、より正確な検査を実施することができる。

また、面は、１直線上にない３点が定まれば一義的に決定されるため、ストッパ１３は３個以上あればよい。また、面が一義的に決定されている場合、当該面内の２点が定まれば、当該面内のすべての点の位置が決定されるため、位置検出探針１４は２個以上あればよい。但し、多くの場合、チップ領域３６は矩形であるため、その４隅又は４辺に対応するように、ストッパ１３及び位置検出探針１４の個数は４個であることが好ましい。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
基部と、
前記基部に固定された探針と、
前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
を有することを特徴とするプローブカード。
（付記２）
前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
を有することを特徴とする付記１に記載のプローブカード。
（付記３）
前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出していることを特徴とする付記２に記載のプローブカード。
（付記４）
前記ストッパは、半導体基板のダイシングラインに対応する位置に設けられていることを特徴とする付記１に記載のプローブカード。
（付記５）
前記弾性材及び位置検出探針は、半導体基板のダイシングラインに設けられた位置検出パッドに対応する位置に設けられていることを特徴とする付記２に記載のプローブカード。
（付記６）
前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする付記１に記載のプローブカード。
（付記７）
プローブカードが取り付けられる取り付け部と、
集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、
前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する制御手段と、
を有し、
前記プローブカードは、
基部と、
前記基部に固定された探針と、
前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
を有し、
前記制御手段は、前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御することを特徴とする検査装置。
（付記８）
前記プローブカードは、
前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
を有し、
前記制御手段は、前記半導体基板に設けられた位置検出パッドに前記位置検出探針が接触するように、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御することを特徴とする付記７に記載の検査装置。
（付記９）
前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出しており、
前記制御手段は、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する際に、前記半導体基板を用いて前記位置検出探針を前記ストッパ内に押し込むことを特徴とする付記８に記載の検査装置。
（付記１０）
前記制御手段は、前記ストッパを、前記半導体基板のダイシングラインに接触させることを特徴とする付記７に記載の検査装置。
（付記１１）
前記位置検出パッドは、前記半導体基板のダイシングラインに設けられていることを特徴とする付記８に記載の検査装置。
（付記１２）
前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする付記７に記載の検査装置。
（付記１３）
プローブカードが取り付けられる取り付け部と、
集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、
を有する検査装置を用いた検査方法であって、
前記プローブカードとして、
基部と、
前記基部に固定された探針と、
前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
を有するものを使用し、
前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する工程と、
次に、前記集積回路の動作試験を行う工程と、
を有することを特徴とする検査方法。
（付記１４）
前記プローブカードとして、
前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
を有するものを使用し、
前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記半導体基板に設けられた位置検出パッドに前記位置検出探針が接触するように、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する工程を有することを特徴とする付記１３に記載の検査方法。
（付記１５）
前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出しており、
前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記半導体基板を用いて前記位置検出探針を前記ストッパ内に押し込む工程を有することを特徴とする付記１４に記載の検査方法。
（付記１６）
前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記ストッパを、前記半導体基板のダイシングラインに接触させる工程を有することを特徴とする付記１３に記載の検査方法。
（付記１７）
前記位置検出パッドは、前記半導体基板のダイシングラインに設けられていることを特徴とする付記１４に記載の検査方法。
（付記１８）
前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする付記１３に記載の検査方法。

Claims (18)

1. 基部と、
   前記基部に固定された探針と、
   前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
   を有することを特徴とするプローブカード。
2. 前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
   夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
   前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出していることを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
4. 前記ストッパは、半導体基板のダイシングラインに対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
5. 前記弾性材及び位置検出探針は、半導体基板のダイシングラインに設けられた位置検出パッドに対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
6. 前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
7. プローブカードが取り付けられる取り付け部と、
   集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、
   前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する制御手段と、
   を有し、
   前記プローブカードは、
   基部と、
   前記基部に固定された探針と、
   前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
   を有し、
   前記制御手段は、前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御することを特徴とする検査装置。
8. 前記プローブカードは、
   前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
   夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記半導体基板に設けられた位置検出パッドに前記位置検出探針が接触するように、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御することを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
9. 前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
   前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出しており、
   前記制御手段は、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する際に、前記半導体基板を用いて前記位置検出探針を前記ストッパ内に押し込むことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
10. 前記制御手段は、前記ストッパを、前記半導体基板のダイシングラインに接触させることを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
11. 前記位置検出パッドは、前記半導体基板のダイシングラインに設けられていることを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
12. 前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
13. プローブカードが取り付けられる取り付け部と、
    集積回路が形成された半導体基板が載置されるステージと、
    を有する検査装置を用いた検査方法であって、
    前記プローブカードとして、
    基部と、
    前記基部に固定された探針と、
    前記基部に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針と同じ長さの少なくとも３個のストッパと、
    を有するものを使用し、
    前記半導体基板が前記ストッパの各々に接するように前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する工程と、
    次に、前記集積回路の動作試験を行う工程と、
    を有することを特徴とする検査方法。
14. 前記プローブカードとして、
    前記基部に固定された少なくとも２個の弾性材と、
    夫々、前記弾性材に固定され、前記探針と同じ方向に延び、前記探針よりも前記基部から離間した位置に先端が位置する位置検出探針と、
    を有するものを使用し、
    前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記半導体基板に設けられた位置検出パッドに前記位置検出探針が接触するように、前記プローブカード及び半導体基板の相対的な位置及び向きを制御する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
15. 前記弾性材は、前記ストッパ内に収容されており、
    前記位置検出探針は、前記ストッパの内側から突出しており、
    前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記半導体基板を用いて前記位置検出探針を前記ストッパ内に押し込む工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の検査方法。
16. 前記相対的な位置及び向きを制御する工程は、前記ストッパを、前記半導体基板のダイシングラインに接触させる工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
17. 前記位置検出パッドは、前記半導体基板のダイシングラインに設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の検査方法。
18. 前記探針の先端が球状となっていることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
    

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