JP2005340696A - プローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略な装置構成の下で実行できるプローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置を提供する。
【解決手段】 端子１０５および端子１０６に所定の電位を与えた状態で、それぞれに第１および第２の位置検出用針を位置合わせ用パッド１０２，１０３に接触させることにより、コンタクト位置１０４，１０７での電位を測定する（電位測定工程）。このとき、パッド１０２，１０３には、それぞれ第１の方向および第１の方向と略垂直な第２の方向に電位勾配が与えられていることになる。次に、位置算出工程においては、電位測定工程において測定された電位に基づいて、検査用パッドに対するプローブ針の位置ずれ量を算出する（位置算出工程）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置に関する。

半導体の高集積化が進む中、電気特性をテストするためのパッド（検査用パッド）のサイズも縮小化の傾向にあり、それゆえ検査用パッドとプローブ針との位置合わせのための工夫が一層重要となっている。従来から広く使用されてきたカメラを用いる方法は、１回あたりの位置合わせに１分程度を要し、ウエハ内で何度も位置合わせを行うと時間的ロスが大きいという問題がある。

かかる時間的ロスの問題を解消する手法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。図５を参照しつつ、同文献に記載の方法を説明する。この図は、ウエハ上のチップ１（被検査チップ）を示す平面図である。まず、全ての信号入出力用パッド２（検査用パッド）と対応する信号印加針３（プローブ針）との位置関係を目視により確認し、プローブカードに対するウエハ上チップ１の位置合わせを、ウエハを移動させながら行う。次いで、コンタクトチェック専用信号印加針（位置検出用針）Ｓ１−Ｓ２間、Ｓ３−Ｓ４間、Ｓ５−Ｓ６間およびＳ７−Ｓ８間にそれぞれ電位差を与え、それにより流れる電流値から抵抗値を算出し、その結果から、コンタクトチェック専用信号印加針Ｓ１〜Ｓ８がそれぞれ接続されている、コンタクトチェック専用パッド（位置検出用パッド）Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１４およびＰ１５に対する良否判定を行う。こうして、信号印加針３が接続される信号入出力用パッド２に対するズレの程度が検出される。なお、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３、Ｒ４〜Ｒ６、Ｒ７〜Ｒ９およびＲ１０〜Ｒ１２は、それぞれ３個の抵抗値が相異なる値に設定されており、それらの抵抗値は予め測定されて明確に規定されている。
特開平６−３１０５７７号公報

しかしながら、この方法においては、横方向（図５における左右方向）のズレを検出するのに４本のコンタクトチェック専用信号印加針Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８を必要とし、同様に縦方向（図５における上下方向）についても４本のコンタクトチェック専用信号印加針Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６を必要としている。それゆえ、この方法では、全部で８本ものコンタクトチェック専用信号印加針が形成されたプローブカードを用いねばならず、簡略な装置構成の下で行うことができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡略な装置構成の下で実行できるプローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるプローブ針の位置検出方法は、被検査チップ上の検査用パッドに対するプローブ針の位置を検出する方法であって、被検査チップ上に形成され、検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドに、プローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針をそれぞれ接触させることにより、第１および第２の位置検出用パッドにおけるそれぞれ第１および第２の位置検出用針との接触部での電位を測定する電位測定工程と、電位測定工程において測定された電位に基づいて、検査用パッドに対するプローブ針の位置を算出する位置算出工程と、を含み、電位測定工程における電位測定は、第１の位置検出用パッドに第１の方向に所定の第１電位勾配を与えるとともに、第２の位置検出用パッドに第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の第２電位勾配を与えた状態で実行することを特徴とする。

また、本発明による半導体検査装置は、検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドを備える被検査チップを検査する装置であって、前記検査用パッドと接触すべきプローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針を有するプローブカードと、前記第１および第２の位置検出用パッドにおけるそれぞれ前記第１および第２の位置検出用針との接触部での電位を測定する電位測定手段と、前記電位測定手段により測定された電位に基づいて、前記検査用パッドに対する前記プローブ針の位置を算出する位置算出手段と、を備え、前記電位測定手段による電位測定は、前記第１の位置検出用パッドに第１の方向に所定の第１電位勾配を与えるとともに、前記第２の位置検出用パッドに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の第２電位勾配を与えた状態で実行することを特徴とする。

これらの位置検出方法および半導体検査装置においては、第１の方向に電位勾配が与えられている第１の位置検出用パッドと第１の位置検出用針との接触部での電位を測定することにより、第１の方向について検査用パッドに対するプローブ針の位置ずれ量が求められる。また、第２の方向に電位勾配が与えられている第２の位置検出用パッドと第２の位置検出用針との接触部での電位を測定することにより、第２の方向について検査用パッドに対するプローブ針の位置ずれ量が求められる。これにより、検査用パッドに対するプローブ針の位置を検出することができる。

ここで、電位測定においては位置検出用パッドに電位勾配を与えているため、第１および第２の位置検出用針共にそれぞれ１本ずつで電位を測定することができる。また、第１および第２の位置検出用パッドもそれぞれ１枚ずつで足りるため、全部で２本の位置検出用針で検査用パッドに対するプローブ針の位置を検出することができる。したがって、この方法によれば、簡略な装置構成の下で、プローブ針の位置を検出することができる。

本発明によるプローブ針の位置検出方法は、位置算出工程において算出された、検査用パッドに対するプローブ針の位置に基づいて、当該位置が所定の位置になるように、検査用パッドとプローブ針との相対的位置を調整する位置調整工程を備えていてもよい。また、本発明による半導体検査装置は、位置算出手段により算出された、検査用パッドに対するプローブ針の位置に基づいて、当該位置が所定の位置になるように、検査用パッドとプローブ針との相対的位置を調整する位置調整手段を備えていてもよい。これらの場合、プローブ針の位置を検出するのみならず、その検出結果に基づいて、検査用パッドとプローブ針との位置合わせをすることができる。

なお、「検査用パッドとプローブ針との相対的位置を調整する」には、何れか一方の位置を変位させることにより両者の相対的位置を調整する態様の他、両方の位置を変位させることにより調整する態様も含む。

また、本発明による半導体装置は、半導体検査においてプローブ針と接触すべき検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドを備え、第１および第２の位置検出用パッドは、それぞれ第１の方向および第１の方向と略垂直な第２の方向に沿って配列された複数の副パッドと、互いに隣接する副パッド間を電気的に接続する抵抗素子と、両端に位置する副パッド間に所定の電圧を印加するための電圧印加用端子と、を有していることを特徴とする。

この半導体装置においては、第１の位置検出用パッドの両端に位置する副パッドに所定の電圧を印加することにより、第１の位置検出用パッドに第１の方向に電位勾配（第１電位勾配）を与えることができる。また、第２の位置検出用パッドの両端に位置する副パッドに所定の電圧を印加することにより、第２の位置検出用パッドに第２の方向に電位勾配（第２電位勾配）を与えることができる。この状態で、プローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針をそれぞれ第１および第２の位置検出用パッドに接触させることにより電位を測定すれば、検査用パッドに対するプローブ針の位置を検出することができる。ここで、第１および第２の位置検出用針共にそれぞれ１本ずつで電位を測定することができるため、かかる構成の半導体装置であれば、簡略な装置構成の下でプローブ針の位置を検出することができる。

上記位置検出方法においては、第１および第２の位置検出用パッド上にはそれぞれ第１および第２の方向に沿って複数の副パッドが配列され、互いに隣接する副パッド間はそれぞれ抵抗素子を介して電気的に接続されており、第１および第２の位置検出用パッド上それぞれにおいて、両端に位置する副パッド間に所定の電圧を印加することにより、第１および第２の電位勾配を与えてもよい。これにより、第１および第２の位置検出用パッドに対し、簡略な構成で所定の電位勾配を与えることができる。

なお、第１の電位勾配と第２の電位勾配とは、同一であってもよく、相異なっていてもよい。同様に、第１の位置検出用パッドにおける両端の副パッドに印加する電圧と、第２の位置検出用パッドにおける両端の副パッドに印加する電圧とは、同一であってもよく、相異なっていてもよい。

また、副パッド間に設けられる抵抗素子は全て、互いに実質的に等しい抵抗値をもっていてもよい。この場合、一層簡略な装置構成の下で、プローブ針の位置を検出することができる。

また、互いに隣接する副パッド間の間隔は、第１および第２の位置検出用針の先端の直径よりも小さくてもよい。これにより、隣接する２つの副パッド間に位置検出用針が接触する場合であっても、位置検出用針は上記２つの副パッドのうち少なくとも何れか一方に接触することとなるため、プローブ針の位置を検出することができる。

本発明によれば、簡略な装置構成の下で実行できるプローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明によるプローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、半導体検査の対象となる被検査チップ上の位置検出用パッドの構成を説明するための図である。第１実施形態に係る半導体装置は、図１に示される位置検出用パッド１０２および１０３を備えるものである。また、図２は、本実施形態に係る半導体検査装置の概略構成を示す図である。

図２の測定ウエハ１１０上には、図１の測定チップ１０１（被検査チップ）が複数形成されている。測定チップ１０１に形成されているパッドにおいて、横方向の位置合わせ用パッド１０２（第１の位置検出用パッド）には、針位置を検出する為のパッドＰ１〜Ｐ６（副パッド）が第１の方向（図中の左右方向）に沿って配列されている。各パッドＰ１〜Ｐ６は、パッド１０２上において第１の方向と垂直な方向に延びる矩形状をしている。各副隣接パッド間にはそれぞれ同一の抵抗値を持つＲ１〜Ｒ５の抵抗にて直列に回路が形成されており、抵抗Ｒ１の左端と抵抗Ｒ５の右端間、すなわちパッドＰ１とパッドＰ６との間に所定の電圧を印加している。本実施形態において具体的には、抵抗Ｒ５の右端を接地し、端子１０５に正電位を与えている。これにより、パッド１０２には、第１の方向に電位勾配（第１電位勾配）が形成される。なお、各隣接副パッド間の間隔は、後述する第１の位置検出用針の先端の直径よりも小さく設定されている。

同様に、縦方向の位置合わせ用パッド１０３（第２の位置検出用パッド）には、針位置を検出する為のパッドＰ７〜Ｐ１２（副パッド）が第２の方向（図中の上下方向）に沿って配列されている。各パッドＰ７〜Ｐ１２は、パッド１０３上において第２の方向と垂直な方向に延びる矩形状をしている。各隣接パッド間にはそれぞれ同一の抵抗値を持つＲ６〜Ｒ１０の抵抗にて直列に回路が形成されており、抵抗Ｒ６の下端と抵抗Ｒ１０の上端間、すなわちパッドＰ７とパッドＰ１２との間に所定の電圧を印加している。本実施形態において具体的には、抵抗Ｒ１０の上端を接地し、端子１０６に正電位を与えている。これにより、パッド１０３には、第２の方向に電位勾配（第２電位勾配）が形成される。なお、各隣接副パッド間の間隔は、後述する第２の位置検出用針の先端の直径よりも小さく設定されている。

上記位置合わせ用パッド１０２，１０３は、それぞれ測定チップ１０１上において検査用パッドに対して位置決めされている。ここで、検査用パッドとは、半導体検査においてプローブ針が接触すべきパッドのことである。また、本実施形態において、これらのパッド１０２，１０３は、測定チップ１０１上の４隅のうち対角線上に位置する２隅にそれぞれ１つずつ設けられている。

図２を参照しつつ、本実施形態に係る半導体検査装置について説明する。本半導体検査装置は、プローブカード１０９、電圧測定ユニット１１１、および位置制御部１０８により構成されている。

プローブカード１０９には、プローブ針と共に、プローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針（図示せず）が形成されている。これら第１および第２の位置検出用針は、プローブ針が測定チップ１０１上の検査用パッドの中心部に位置するとき、それぞれパッド１０２，１０３の略中心部に位置するように位置決めされている。

電圧測定ユニット１１１は、位置合わせ用パッド１０２における第１の位置検出用針との接触部における電位、および位置合わせ用パッド１０３における第２の位置検出用針との接触部における電位をそれぞれ測定する電位測定手段である。

位置制御部１０８は、電圧測定ユニット１１１により測定された電位に基づいて、検査用パッドに対するプローブ針の位置を算出する位置算出手段である。すなわち、パッド１０２について測定した電位値から、パッド１０２に対する第１の位置検出用針の位置ずれ量を求め、パッド１０３について測定した電位値から、パッド１０３に対する第２の位置検出用針の位置ずれ量を求めることにより、検査用パッドに対するプローブ針の位置（位置ずれ量）を二次元的に算出することができる。

さらに、本実施形態において位置制御部１０８は、算出した上記位置ずれ量に基づいて、当該位置が所定の位置になるように、検査用パッドとプローブ針との相対的位置を調整する位置調整手段でもある。位置制御部１０８は、例えば測定ウエハ１１０の位置を直接制御することにより、かかる位置調整を実行する。

続いて、図２の半導体検査装置の動作、ならびに本発明による位置検出方法の一実施形態を説明する。端子１０５および端子１０６に所定の電位を与えた状態で、第１および第２の位置検出用針を位置合わせ用パッド１０２，１０３に接触させることにより、これらのパッド１０２，１０３におけるそれぞれ第１および第２の位置検出用針とのコンタクト位置（接触部）での電位を測定する（電位測定工程）。

例えば端子１０５，１０６にそれぞれ５Ｖを印加した場合、パッド１０２上のＰ１〜Ｐ６の電位は、順にそれぞれ、５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、０Ｖ（グランド）となる。コンタクト位置の電位は、プローブカード１０９を通じて電圧測定ユニット１１１にて測定される。位置制御部１０８は、測定された電位に基づいて、検査用パッドに対するプローブ針の第１の方向に関する位置ずれ量を算出する。パッド１０３についても同様に、Ｐ７に５Ｖ、Ｐ８に４Ｖ、Ｐ９に３Ｖ、Ｐ１０に２Ｖ、Ｐ１１に１Ｖ、Ｐ１２に０Ｖ（グランド）の電位が与えられている。位置制御部１０８は、測定された電位に基づいて、検査用パッドに対するプローブ針の第２の方向に関する位置ずれ量を算出する（位置算出工程）。次に、位置制御部１０８は、当該位置ずれ量に基づいてウエハ１１０の位置を調整する（位置調整工程）。

例えば、図１に示すように、コンタクト位置１０４で例えば３Ｖが検出できた場合は、針位置がパッドＰ３の上にある事を示す。したがって、Ｐ３−Ｐ４間のピッチをＬ（図３参照）とすると、プローブ針を検査用パッドに対してＬ／２程、Ｐ４側へ横移動すれば良い事になる。同様に、コンタクト位置１０７で例えば３Ｖが検出できた場合は、針位置がパッドＰ９の上にある事を示しており、同様にＬ／２程、Ｐ１０側に縦移動して位置補正すれば良い。

図１のパッド１０２におけるコンタクト位置１０４の理想とする位置は、パッドＰ３−Ｐ４との間である。この時、Ｐ３−Ｐ４間はコンタクトチェック用針によって短絡されるので、丁度中間の電位２．５Ｖとなり、この電位が測定された場合は横方向の補正は不要となる。同様にパッド１０３においても、２．５Ｖが検出された場合は、縦方向の補正は不要となる。

この様にして、縦方向および横方向の位置ずれを検出し補正する為の位置検出用針は２本のみで良く、位置合わせ用パッドも２ヶ所で位置補正ができる。

（第２実施形態）
図４は、位置検出用パッドの別の構成を説明するための図である。第２実施形態に係る半導体装置は、図４に示される位置検出用パッド１０２および１０３を備えるものである。本実施形態は、検査用パッドとプローブ針との位置合わせにある程度の許容範囲がある場合に特に有用である。パッド１０２においては、許容範囲に合わせた巾を持つパッドＰ２、Ｐ３、Ｐ５と、許容範囲から外れた位置に配置したパッドＰ１、Ｐ６とから構成されている。またパッド１０３においても許容範囲に合わせた巾を持つパッドＰ８、Ｐ９、Ｐ１１と、許容範囲から外れた位置に配置したパッドＰ７、Ｐ１２とから構成されている。その他の構成は、図１と同様であるため、説明を省略する。

パッド１０２において、コンタクト位置１０４がＰ２又はＰ５にある場合、許容範囲内であるので、半導体検査は続行する。ただし、次の被検査チップに移る場合は許容範囲を外れる可能性があるので、次チップへ移動時に相応の位置補正を行う。パッドＰ２と接触している場合は、Ｐ２とセンター位置の距離だけ反対方向へ位置補正する。パッド１０３においても同様の動作を行う。

許容範囲外の副パッドにコンタクトした場合をパッド１０３の例で説明する。コンタクト位置１０７が許容範囲外のパッドＰ７に接触しているので、検査前にもう一度センターからパッドＰ７までの位置補正を行い、テストを再開する。パッド１０２においても同様である。

この場合も実施例１と同様に、縦方向および横方向の位置ずれを検出し補正する為の位置検出針は２本のみで良く、位置検出用パッドも２ヶ所で位置補正ができる。

上記実施形態１は、特に精度の高い位置合わせを必要としている製品に対して有効である。また、実施形態２は、位置ずれに対して許容範囲のある製品に適用でき、検出用パッドの数が減る事から、パッドの作成も容易になる。

本発明によるプローブ針の位置検出方法、半導体装置および半導体検査装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、互いに同一の抵抗値を持つ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１０を用いたが、これらの抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１０の抵抗値は相異なるものであってもよい。また、位置合わせ用パッド１０２，１０３上において隣接副パッド間の間隔を位置検出用針の先端の直径よりも小さくする構成を示したが、こうすることは必須ではない。また、半導体検査装置が位置調整手段を備える例を示したが、半導体検査装置は位置調整手段を備えない構成としてもよい。

半導体検査の対象となる被検査チップ上の位置検出用パッドの構成を説明するための図である。 本実施形態に係る半導体検査装置の概略構成を示す図である。 図２の半導体検査装置の動作を説明するための図である。 位置検出用パッドの別の構成を説明するための図である。 従来技術に係る、プローブ針の位置検出方法を説明するための図である。

符号の説明

１０１ 測定チップ
１０２，１０３ 位置合わせ用パッド
１０４，１０７ コンタクト位置
１０５，１０６ 端子
１０８ 位置制御部
１０９ プローブカード
１１０ 測定ウエハ
１１１ 電圧測定ユニット
Ｐ１〜Ｐ１２ パッド
Ｒ１〜Ｒ１０ 抵抗素子

Claims (10)

1. 被検査チップ上の検査用パッドに対するプローブ針の位置を検出する方法であって、
   前記被検査チップ上に形成され、前記検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドに、前記プローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針をそれぞれ接触させることにより、前記第１および第２の位置検出用パッドにおけるそれぞれ前記第１および第２の位置検出用針との接触部での電位を測定する電位測定工程と、
   前記電位測定工程において測定された電位に基づいて、前記検査用パッドに対する前記プローブ針の位置を算出する位置算出工程と、を含み、
   前記電位測定工程における電位測定は、前記第１の位置検出用パッドに第１の方向に所定の第１電位勾配を与えるとともに、前記第２の位置検出用パッドに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の第２電位勾配を与えた状態で実行することを特徴とする、プローブ針の位置検出方法。
2. 請求項１に記載のプローブ針の位置検出方法において、
   前記位置算出工程において算出された、前記検査用パッドに対する前記プローブ針の位置に基づいて、当該位置が所定の位置になるように、前記検査用パッドと前記プローブ針との相対的位置を調整する位置調整工程を備える、プローブ針の位置検出方法。
3. 請求項１または２に記載のプローブ針の位置検出方法において、
   前記第１および第２の位置検出用パッド上にはそれぞれ前記第１および第２の方向に沿って複数の副パッドが配列され、互いに隣接する前記副パッド間はそれぞれ抵抗素子を介して電気的に接続されており、
   前記第１および第２の位置検出用パッド上それぞれにおいて、両端に位置する前記副パッド間に所定の電圧を印加することにより、前記第１および第２の電位勾配を与える、プローブ針の位置検出方法。
4. 請求項３に記載のプローブ針の位置検出方法において、
   前記副パッド間に設けられる前記抵抗素子は全て、互いに実質的に等しい抵抗値をもつ、プローブ針の位置検出方法。
5. 請求項３または４に記載のプローブ針の位置検出方法において、
   互いに隣接する前記副パッド間の間隔は、前記第１および第２の位置検出用針の先端の直径よりも小さい、プローブ針の位置検出方法。
6. 半導体検査においてプローブ針と接触すべき検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドを備え、
   前記第１および第２の位置検出用パッドは、それぞれ第１の方向および前記第１の方向と略垂直な第２の方向に沿って配列された複数の副パッドと、互いに隣接する前記副パッド間を電気的に接続する抵抗素子と、両端に位置する前記副パッド間に所定の電圧を印加するための電圧印加用端子と、を有していることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記副パッド間を電気的に接続する前記抵抗素子は全て、互いに実質的に等しい抵抗値をもつ、半導体装置。
8. 請求項６または７に記載の半導体装置において、
   互いに隣接する前記副パッド間の間隔は、前記第１および第２の位置検出用パッドに接触すべき位置検出用針の先端の直径よりも小さい、半導体装置。
9. 検査用パッドに対して位置決めされた第１および第２の位置検出用パッドを備える被検査チップを検査する装置であって、
   前記検査用パッドと接触すべきプローブ針に対して位置決めされた第１および第２の位置検出用針を有するプローブカードと、
   前記第１および第２の位置検出用パッドにおけるそれぞれ前記第１および第２の位置検出用針との接触部での電位を測定する電位測定手段と、
   前記電位測定手段により測定された電位に基づいて、前記検査用パッドに対する前記プローブ針の位置を算出する位置算出手段と、を備え、
   前記電位測定手段による電位測定は、前記第１の位置検出用パッドに第１の方向に所定の第１電位勾配を与えるとともに、前記第２の位置検出用パッドに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の第２電位勾配を与えた状態で実行することを特徴とする半導体検査装置。
10. 請求項９に記載の半導体検査装置において、
    前記位置算出手段により算出された、前記検査用パッドに対する前記プローブ針の位置に基づいて、当該位置が所定の位置になるように、前記検査用パッドと前記プローブ針との相対的位置を調整する位置調整手段を備える、半導体検査装置。

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