JP2004022871A - マニピュレータ型プローブ装置およびそのプローブピンの位置調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のマニピュレータ型プローブ装置1は、テスタ2、リングプレート3、マニピュレータ4、プローブピン5、ウェーハステージ6の構成に加え、新たにプローブピンの位置を調整する調整用プレート7、プローブピン5の画像を取込む第1画像取込手段8、半導体素子13の画像を取込む第2画像取込手段9、2つの画像を合成する画像処理装置10、合成した画像を表示する画像モニタ11を有している。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の電極パッドにプローブピンを接触させて電気的特性を検査するプローブ装置において、サイズの異なる種々の半導体素子を検査する際に、半導体素子を損傷させることなく、容易にプローブピンの位置調整ができるマニピュレータ型プローブ装置およびそのプローブピンの位置調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、例えばウェーハの表面に形成された半導体素子の電気的特性を検査する場合には、半導体素子の電極パッドにプローブ装置のプローブピンを接触させ、テスト信号を入出力して、半導体素子の良否を判定する検査が行われる。このプローブ装置としては、プローブカード型とマニピュレータ型がある。
【0003】
図4は、プローブカード型プローブ装置41の要部平面図及びX−X断面図である。図4に示すように、プローブカード型プローブ装置41は、テスタ42、プローブカード43、プローブピン44、ウェーハステージ45で構成される。
【0004】
テスタ42は、ウェーハ46に形成された半導体素子47からの信号を解析し、良否判定をするために、プローブピン44に信号線48を通して接続されている。プローブカード43は、半田49等の固定手段により、プローブピン44を固定するものである。プローブピン44は、半導体素子47の電極パッド50に押圧して信号の入出力を行うものであり、半導体素子47の電極パッド50に合わせて配置されている。ウェーハステージ45は、ウェーハ46を真空吸着して保持するものであり、駆動部51によりX、Y、θ方向に移動可能な構成になっている。検査方法は、テスタ42が、予めプログラムされている入力信号波形を、プローブピン44を介して半導体素子47の電極パッド50の入力端子から入力し、出力端子から出力される信号波形をテスタ42が読み取り、良否を判定するものである。
【0005】
一方、図5は、マニピュレータ型プローブ装置61の要部平面図及びY−Y断面図である。図5に示すように、マニピュレータ型プローブ装置61は、テスタ62、リングプレート63、マニピュレータ64、プローブピン65、ウェーハステージ66で構成される。
【0006】
上述したプローブカード型プローブ装置41との違いは、個々のプローブピン65にマニピュレータ64と呼ばれる3軸移動手段を取付けたものである。このマニピュレータ64により、プローブピン65が半導体素子68の電極パッド69の略中央部に位置するように調整を行う。リングプレート63は、鉄系板材で構成され、マグネットが吸着できるようになっており、上部にはマグネットを内蔵したマニピュレータ64が取付けられている。また、マニピュレータ64はリングプレート63の点線で示す円形部63aに円状に並べられており、マニピュレータ64のX軸、Y軸、Z軸はそれぞれ、X、Y、Z軸用パルスモータ64a、64b、64cにより駆動され、プローブピン65が自動的に所望の半導体素子68の電極パッド69に立体的に移動できるようになっている。その他の構成は、上述したプローブカード型プローブ装置41と同様である。
【0007】
検査方法は、先ず、プローブピン65をマニピュレータ64に取付け、マニピュレータ64をリングプレート63に装着する。次に、検査する半導体素子68を、駆動部70によりプローブピン65の下方まで移動させる。次に、マニピュレータ64のX、Y方向の調整を行って、プローブピン65が半導体素子68の各電極パッド69に接するように設定する。次に、Z方向の調整を行い、プローブピン65を100μm程度下降させてオーバードライブをかける。その後は、上述したプローブカード型プローブ装置41と同様に、予めプログラムされている入力信号波形を、テスタ62から信号線71、プローブピン65を介して、半導体素子68の電極パッド69の入力端子から入力し、出力端子から出力される信号波形をテスタ62が読み取り、良否を判定するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には、以下のような問題があった。近年の半導体集積回路の高集積化に伴い、1チップ当りの素子数が増大するとともに、信号を入出力するための電極パッドの数も増大する傾向にある。
【0009】
このような、多種多様の半導体素子を、同一のプローブ装置で検査しようとする場合、図4に示すプローブカード型プローブ装置41では、測定する半導体素子47のサイズが変わる毎に、それに合わせてプローブカード43を交換する必要がある。そのため、高価なプローブカード43を製品の数だけ揃えなければならず、多大なコストがかかると同時に、プローブカード43の交換に要する作業工数も膨大であり、効率が悪い。
【0010】
一方、図5に示すマニピュレータ型プローブ装置61では、製品のサイズに合せて、測定前にプローブピン65の位置調整を行なうので、測定する半導体素子68のサイズが変わっても、プローブカードの交換が不要であり、コスト的に安くなる利点がある。しかし、プローブピン65の位置調整作業は、作業者がプローブピン65と電極パッド69の上部に顕微鏡をセットし、その顕微鏡によりプローブピン65と電極パッド69を観察して行っている。このとき、実際の半導体素子68を使用して位置調整を行うので、タングステン等の金属製材料からなるプローブピン65が半導体素子68を傷付け、不良品としてしまうおそれがある。また、作業自体も顕微鏡を覗きながら行なうので、調整に時間がかかり、作業者への負担が大きくなって作業効率も悪い。
【0011】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、プローブカードの交換が不要という利点を有するマニピュレータ型プローブ装置を用いて、サイズの異なる種々の半導体素子の電気的特性を検査する際に、半導体素子を傷付けることなく、プローブピンの位置調整を精度良く、かつ簡便に行なうことができるマニピュレータ型プローブ装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項1記載のマニピュレータ型プローブ装置は、ウェーハに配列された半導体素子の電気的特性を検査するマニピュレータ型プローブ装置において、プローブピンの位置調整を行なう調整用プレートと、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像を取込む第1画像取込手段と、検査する半導体素子の画像を取込む第2画像取込手段と、前記第1画像と前記第2画像を、同一画面上に合成して表示する画像合成手段を備えたことを特徴とする。この構成により、合成された画像を見ながらプローブピンの位置調整を行うことができ、実際の半導体素子に接触させる必要がないので、半導体素子を損傷させることがない。
【0013】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記第1画像取込手段と前記第2画像取込手段が、光学顕微鏡とCCDカメラからなることを特徴とする。この構成により、光学顕微鏡で任意に画像を拡大できるとともに、その拡大画像をCCDカメラで画像信号に変換できるので、拡大画像の処理が容易になる。
【0014】
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記画像合成手段が、画像処理装置からなることを特徴とする。この構成により、CCDカメラから出力される前記第1画像と前記第2画像のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、信号処理により合成して同一画像モニタ上に表示できるので、画像処理の精度が上がるとともに、作業効率も向上する。
【0015】
また、請求項4記載の発明は、請求項1記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記画像合成手段が拡大投影機からなることを特徴とする。この構成により、CCDカメラで取り込んだアナログ信号をそのまま、拡大投影でき、画像処理装置を使用しなくて済むので、装置が安価になる。
【0016】
また、請求項5記載の発明は、請求項1記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記調整用プレートが、金属材料からなることを特徴とする。この構成により、プローブピンの位置調整後に通電チェックを行うことにより、調整用プレートとプローブピンが正常に接触しているかどうかを容易に確認できる。
【0017】
また、請求項6記載の発明は、マニピュレータ型プローブ装置のプローブピンの位置調整方法であって、前記プローブピンを調整用プレート上に移動させ、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像と、検査する半導体素子の画像を合成し、その合成画像を見ながら、マニピュレータにより前記プローブピンの位置調整を行ない、前記プローブピンの位置調整後に、前記プローブピンに電流を流して金属性の前記調整用プレートを通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことを特徴とする。この方法により、合成された画像を見ながらプローブピンの位置調整を行うことができ、実際の半導体素子に接触させる必要がないので、半導体素子を損傷させることがない。また、作業効率も向上し、プローブピンの位置調整時間が大幅に短縮できる。また、通電チェックにより、プローブピンの位置調整が正常に行われたかどうかを容易に確認できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明のマニピュレータプローブ装置1の概略構成を示すブロック図である。
本発明のマニピュレータプローブ装置1は、テスタ2、リングプレート3、マニピュレータ4、プローブピン5、ウェーハステージ6の構成に加え、新たに調整用プレート7、第1画像取込手段8、第2画像取込手段9、画像処理装置10、画像モニタ11を有している。
【0019】
調整用プレート7は、ウェーハ12上に形成された半導体素子13の電気的特性を検査する前に、半導体素子13の電極パッド14の配置に合わせて、プローブピン5の位置を調整するためのものであり、金属材料からなり交換可能である。
【0020】
第1画像取込手段8は、光学顕微鏡8a、CCDカメラ8bから構成され、調整用プレート7上のプローブピン5の画像を取込むためのものである。光学顕微鏡8aは、その先端に対物レンズが取付けられ、この対物レンズを通してプローブピン5を拡大する。CCDカメラ8bは、光学顕微鏡8aによるプローブピン5の観察像を受光して画像信号に変換する。
【0021】
第2画像取込手段9は、光学顕微鏡9a、CCDカメラ9bから構成され、検査対象である半導体素子13の画像を取込むためのものである。光学顕微鏡9aは半導体素子13を拡大し、CCDカメラ9bはその画像を画像信号に変換する。
【0022】
画像処理装置10は、両者のCCDカメラ8b、9bから出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、画像の拡大又は縮小処理等を行った後、両者の画像の同期を取り、デジタル画像を合成して出力するものである。
【0023】
画像モニタ11は、CRTや液晶からなり、画像処理装置10にて処理して得られた処理画像を表示するものである。
【0024】
その他の構成であるテスタ2、リングプレート3、マニピュレータ4、プローブピン5、ウェーハステージ6は、図5に示した従来のマニピュレータ型プローブ装置61と同様の働きをする。
【0025】
次に、本発明のマニピュレータ型プローブ装置1におけるプローブピン5の位置調整方法について説明する。図2は、画像処理装置10による画像の合成を説明する図である。
【0026】
先ず、図1に示すように、検査する半導体素子13の形成されたウェーハ12をウェーハステージ6に真空吸着して固定する。次に、ウェーハステージ6に併設した調整用プレート7を、駆動部15により、プローブピン5の下方まで移動させる。次に、第1画像取込手段8を、他の駆動部(図示せず)によりプローブピン5の上方に移動し、光学顕微鏡8aの対物レンズを調整して、プローブピン5の拡大画像(図2(a))を得る。次に、第2画像取込手段9を、他の駆動部(図示せず)により測定対象の半導体素子13の上方に移動し、光学顕微鏡9aの対物レンズを調整して、半導体素子13の拡大画像(図2(b))を得る。
【0027】
プローブピン5と半導体素子13は、それぞれ光学顕微鏡8a、9aにより、同倍率に拡大され、1視野が1素子分となる検査画像として、CCDカメラ8b、9bで画像信号に変換され、その画像信号は画像処理装置10に供給される。
【0028】
画像処理装置10は、両者のCCDカメラ8b、9bから出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、拡大又は縮小等を行なう。さらに、両者の画像の同期を取り、デジタル画像を重ね合わせ、同一の画像モニタ11上に合成画像(図2(c))として出力する。
【0029】
以上の工程によってリアルタイムで表示される画像モニタ11上の合成画像を見ながら、作業者が、プローブピン5の先端が半導体素子13の電極パッド14の略中央部に位置するように、マニュピュレータ4のX、Y、Z軸用パルスモータ4a、4b、4cにより、プローブピン5の位置調整を行なう。プローブピン5の位置調整後に、プローブピン5に電流を流して、金属性の調整用プレート7を通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行う。これにより、プローブピン5と調整用プレート7が正常に接触しているかどうかが確認できる。
【0030】
その後、位置調整の完了したプローブピン5を、検査対象である実際の半導体素子13の電極パッド14の位置まで移動した後、従来どおり、テスタ2により信号線16、プローブピン5を介して、半導体素子13の電気的特性を検査する。
【0031】
以上のように、本発明のマニピュレータプローブ装置1は、サイズの異なる半導体素子13の電気特性を検査する前に行うプローブピン5の位置調整を、実際の半導体素子13上で行うのではなく、新たに設けた調整用プレート7上で行うようにしたので、半導体素子13を破損させることがない。また、画像モニタ11で合成画像を見ながら調整できるので、調整作業が格段に早くなる。
【0032】
次に、本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第2の実施の形態について、図面を参照して説明する。図3は、本発明のマニピュレータ型プローブ装置21の概略構成を示すブロック図である。第2の実施の形態の特徴は、2つのCCDカメラの出力側に拡大投影機を設け、CCDカメラのアナログ画像を拡大投影機により、投影部に重ねて投射させるようにしたことである。画像処理装置を使用しないので、装置が安価になる。
【0033】
本発明のマニピュレータ型プローブ装置21は、テスタ22、リングプレート23、マニピュレータ24、プローブピン25、ウェーハステージ26、調整用プレート27、第1画像取込手段28、第2画像取込手段29、第1拡大投影機30、第2拡大投影機31、投影部32から構成される。
【0034】
調整用プレート27は、ウェーハ33上に形成された半導体素子34の電気的特性を測定する前に、半導体素子34の電極パッド35の配置に合わせて、プローブピン25の位置を調整するためのものであり、第1の実施の形態と同様の働きを有する。また、金属材料からなり交換可能である。
【0035】
第1画像取込手段28は、光学顕微鏡28aとCCDカメラ28bから構成され、第2画像取込手段29は、光学顕微鏡29aとCCDカメラ29bから構成される。
【0036】
第1拡大投影機30は、第1画像取込手段28により出力された画像を拡大投影するものであり、第2拡大投影機31は、第2画像取込手段29により出力された画像を拡大投影するものである。両者の画像は、投影部32にて、合成された画像として表示される。
【0037】
以上の工程によってリアルタイムで表示される投影部32上の合成画像を見ながら、作業者が、プローブピン25の先端が半導体素子34の電極パッド35の略中央部に位置するように、マニュピュレータ24のX、Y、Z軸用パルスモータ24a、24b、24cによりプローブピン25の位置調整を行なう。位置調整後は、プローブピン25に電流を流して、金属性の調整用プレート27を通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことにより、プローブピン25と調整用プレート27が正常に接触しているかどうかの確認を行う。その後、プローブピン25を、検査対象である実際の半導体素子34の電極パッド35の位置まで移動し、従来どおり、半導体素子34の電気的特性を検査する。
【0038】
以上のように、本発明のマニピュレータプローブ装置21は、サイズの異なる半導体素子34の電気特性を検査する前に行うプローブピン25の位置調整を、実際の半導体素子34上で行うのではなく、新たに設けた調整用プレート27上で行うようにしたので、半導体素子を破損させることがない。また、CCDカメラ28b、29bのアナログ画像を投影部32に直接拡大投影できるので、合成画像がより見やすくなるとともに、装置が安価になる。なお、上述した投影部32は、スクリーン表面にビーズ状のガラスを吹き付けたビーズスクリーン、スクリーン表面にガラス粉や貝殻粉を塗料に混ぜて塗布したホワイトマットスクリーン、プラスチックボードにアルミ薄膜を蒸着したアルミスクリーンなどが使用できる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマニピュレータ型プローブ装置は、プローブピンの位置調整をする際に、プローブピンの画像と検査対象の半導体素子の画像を別々に取り込み、両者を合成して画像モニタに表示し、作業者が画像モニタを見ながらプローブピンの位置調整できるようにした。これにより、実際の半導体素子を使用してプローブピンの位置調整する必要がなくなり、誤って半導体素子を破損させることがない。また、本発明のマニピュレータ型プローブ装置におけるプローブピンの位置調整方法によれば、合成された拡大画像を見ながら位置調整ができるので、視認性が良くなって作業効率も向上する。また、プローブピンの位置調整後に通電チェックを行うことにより、位置調整が正常に行われたかどうかも容易に確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第1の実施の形態を示すブロック図
【図2】画像処理装置による画像の合成を説明する図
【図3】本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第2の実施の形態を示すブロック図
【図4】従来のプローブカード型プローブ装置の要部平面図及びX−X断面図
【図5】従来のマニピュレータ型プローブ装置の要部平面図及びY−Y断面図
【符号の説明】
1 マニピュレータ型プローブ装置
2 テスタ
3 リングプレート
4 マニピュレータ
4a X軸用パルスモータ
4b Y軸用パルスモータ
4c Z軸用パルスモータ
5 プローブピン
6 ウェーハステージ
7 調整用プレート
8 第1画像取込手段
8a 光学顕微鏡
8b CCDカメラ
9 第2画像取込手段
9a 光学顕微鏡
9b CCDカメラ
10画像合成装置
11 画像モニタ
12 ウェーハ
13 半導体素子
14 電極パッド
15 駆動部
16 信号線
21 マニピュレータ型プローブ装置
22 テスタ
23 リングプレート
24 マニピュレータ
24a X軸用パルスモータ
24b Y軸用パルスモータ
24c Z軸用パルスモータ
25 プローブピン
26 ウェーハステージ
27 調整用プレート
28 第1画像取込手段
28a 光学顕微鏡
28b CCDカメラ
29 第2画像取込手段
29a 光学顕微鏡
29b CCDカメラ
30 第1拡大投影機
31 第2拡大投影機
32 投影部
33 ウェーハ
34 半導体素子
35 電極パッド
36 駆動部
37 信号線
41 プローブカード型プローブ装置
42 テスタ
43 プローブカード
44 プローブピン
45 ウェーハステージ
46 ウェーハ
47 半導体素子
48 信号線
49 半田
50 電極パッド
51 駆動部
61 マニピュレータ型プローブ装置
62 テスタ
63 リングプレート
64 マニピュレータ
64a X軸用パルスモータ
64b Y軸用パルスモータ
64c Z軸用パルスモータ
65 プローブピン
66 ウェーハステージ
67 ウェーハ
68 半導体素子
69 電極パッド
70 駆動部
71 信号線
Claims (6)
- ウェーハに配列された半導体素子の電気的特性を検査するマニピュレータ型プローブ装置において、プローブピンの位置調整を行なう調整用プレートと、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像を取込む第1画像取込手段と、検査する半導体素子の画像を取込む第2画像取込手段と、前記第1画像と前記第2画像を、同一画面上に合成して表示する画像合成手段を備えたことを特徴とするマニピュレータ型プローブ装置。
- 前記第1画像取込手段及び前記第2画像取込手段が、光学顕微鏡とCCDカメラからなることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
- 前記画像合成手段が、画像処理装置からなることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
- 前記画像合成手段が拡大投影機からなることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
- 前記調整用プレートが、金属材料からなることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
- マニピュレータ型プローブ装置のプローブピンの位置調整方法において、前記プローブピンを調整用プレート上に移動させ、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像と、検査する半導体素子の画像を合成し、その合成画像を見ながら、マニピュレータにより前記プローブピンの位置調整を行ない、前記プローブピンの位置調整後に、前記プローブピンに電流を流して金属性の前記調整用プレートを通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことを特徴とするプローブピンの位置調整方法。
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