JP2006329816A

JP2006329816A - プローブ検査装置

Info

Publication number: JP2006329816A
Application number: JP2005153925A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Ishiki; 和司石木; Tatsuo Nakajo; 達男中條
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; On Semiconductor Niigata Co Ltd
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】測定時に素子の測定条件を適切に調整できるプローブ検査装置を提供する。
【解決手段】基板の第１面に形成された素子の出力端子からの出力を測定するプローブ４０と、基板の第１面と反対側の第２面側から素子の動作環境を調整可能なコンタクト部４４と、基板を支持する基板支持機構４８とを備え、プローブ４０に対して基板の相対的な位置を変更可能とすることによって上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ検査を行うためのプローブ検査装置に関する。

半導体ウェハ上に形成された半導体素子の特性を測定するプローブ検査装置が広く用いられている。従来のプローブ検査装置は、ウェハチャック上にウェハを載置し、その上方に配置された測定部のプローブとウェハに形成された素子の電極とを電気的に接触させて素子の電気的特性を測定する。

ウェハチャックは、Ｘ−Ｙステージを備えていることが多い。Ｘ−Ｙステージによって、ウェハチャックに載置されたウェハをＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。また、ウェハチャックは、昇降機構を備えていることもある。昇降機構によって、Ｘ−Ｙステージと共にウェハチャックに載置されたウェハをＺ方向に移動させることができる。

図８に示すように、ウェハチャック１０のウェハが載置される載置面Ａには真空吸着用の溝１２が設けられている。溝１２には真空吸引孔１４が幾つか設けられている。この真空吸引孔１４から真空ポンプ等を用いて真空吸引することによって、載置面Ａに載置されたウェハがウェハチャック１０に確実にチャックされる。

特開平７−２６３５２６号公報特開２００１−２３０３０８号公報 "PRODUCTS"、[online]、SHELLCASE社、［平成14年10月１日検索]、インターネット＜URL http://www.shellcase.com/pages/products-shellOP-process.asp＞

半導体ウェハの表面上に複数の光電変換素子を行列状に形成した固体撮像素子が電子カメラや電子ビデオに用いられるようになっている。装置の小型化の要求に応じて、固体撮像素子は、図９に示すように、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ：ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）として形成することができる。

半導体基板２０の表面には光電変換素子が形成される。半導体基板２０の表面には透明な第１の支持基体２２が被せられ、第１の支持基体２２は絶縁樹脂２６によって半導体基板２０の表面に接着される。半導体基板２０の裏面には第２の支持基体２４が絶縁樹脂２７によって接着される。半導体チップ２０は第１及び第２の支持基体２２，２４によって構造的な強度を高められると共に、外部からの汚染から保護される。第２の支持基体２４の外部表面にはボール状端子２８が複数設けられる。ボール状端子２８は、半導体基板２０の表面に形成された半導体回路の内部配線と外部配線３０によって接続される。すなわち、ボール状端子２８は、半導体基板２０の表面に形成された半導体回路の外部端子となる。

このようなＣＳＰを適用した固体撮像素子の特性を測定する場合、光電変換素子が形成された半導体基板２０の表面側をウェハチャックで吸着し、半導体基板２０の裏面側に設けられたボール状端子２８にプローブを当てて測定を行う。このとき、固体撮像素子の撮像特性を測定するために、ウェハチャックの載置面を透明材料で形成して、半導体基板２０の表面に設けられた光電変換素子に光を照射しながら測定を行う必要がある。

しかしながら、従来のプローブ検査装置では、上記のようにウェハチャックの載置面に真空吸着用の溝を設ける必要があるために、載置面を透過する光が乱反射されて固体撮像素子の受光面に影ができて均一に光を照射することができない問題があった。

また、ウェハチャックを構成するガラスやプラスチック等の透明材料は形状の加工が難しく、真空吸着用の溝や真空吸引孔を設けることが困難であり、製造コストが高くなる問題があった。

また、半導体基板に形成された素子の温度を加熱又は冷却するために、ウェハチャックにペルチェ素子等を搭載する場合がある。しかしながら、ウェハチャックの真空吸着用の溝によって載置された半導体基板への熱の伝達が不均一となり、素子の温度を均一に調整することができない問題があった。

本発明は、上記従来技術の少なくとも１つを解決することができるプローブ検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板に形成された素子の特性を測定するために用いられるプローブ検査装置であって、前記基板の第１面に形成された素子の出力端子からの出力を測定するプローブを備えた測定手段と、前記基板の第１面と反対側の第２面側から前記素子の動作環境を調整可能な環境調整手段と、前記基板を支持する基板支持手段と、を備え、前記測定手段に対して前記基板の相対的な位置を変更可能とすることを特徴とする。

具体的には、前記環境調整手段は、前記基板の第２面に対して光を照射するための発光素子を備えることが好適である。例えば、前記環境調整手段の前記基板の第２面に相対する面を透明材料で構成することによって、前記透明材料を通して前記発光素子から前記基板の第２面に光を照射可能とする。前記発光素子は、発光ダイオードやレーザ等とすることができる。照射される光の波長を変更する必要がある場合には可変長の発光素子を用いることが好適である。

このとき、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面は略平坦にすることが好適である。具体的には、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面の凹凸は前記発光素子から照射される光の波長よりも小さくすることが好ましい。

前記基板支持手段により前記基板を支持すると共に、前記環境調整手段や前記測定手段とは独立に前記基板を移動させることができるように前記基板支持手段を構成することによって、前記環境調整手段に真空吸着用の溝や真空吸着孔を設ける必要がなくなる。したがって、前記環境調整手段に搭載された発光素子から前記基板の表面に形成された素子（固体撮像素子等）に光を照射する際に乱反射が発生することを防ぐことができる。特に、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面の凹凸を前記環境調整手段から照射される光の波長よりも小さくすることによって光の乱反射を効果的に低減させることができる。

また、前記環境調整手段は、前記基板を加熱するための加熱手段、又は、前記基板を冷却するための冷却手段を備えることが好適である。前記加熱手段として、前記環境調整手段にヒータ、ペルチェ素子等を組み込むことが好適である。前記冷却手段として、前記環境調整手段に冷却剤循環路、ペルチェ素子等を組み込むことが好適である。

前記基板支持手段により前記基板を支持すると共に、前記環境調整手段や前記測定手段とは独立に前記基板を移動させることができるように前記基板支持手段を構成することによって、前記環境調整手段に真空吸着用の溝や真空吸着孔を設ける必要がなくなる。したがって、前記環境調整手段に搭載された加熱手段や冷却手段によって前記基板の表面に形成された素子（固体撮像素子等）の温度を調整する際に真空吸着用の溝や真空吸着孔による不均一を防ぐことができる。

また、前記環境調整手段には真空吸着用の溝や真空吸引孔を設ける必要がなく、ガラスやプラスチック等の透明材料を用いて安価に製造することができる。

また、本発明は、基板に形成された素子の特性を測定するために用いられるプローブ検査装置であって、前記基板の第１面に形成された素子の出力端子からの出力を測定するプローブを備えた測定手段と、前記基板の第１面と反対側の第２面側から前記素子の動作環境を調整可能な環境調整手段と、を備え、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面の一部のみに真空吸着用の溝が設けられていることを特徴とする。

この場合も、前記環境調整手段は、前記基板の第２面に対して光を照射するための発光素子を備えることが好適である。例えば、前記環境調整手段の前記基板の第２面に相対する面のうち少なくとも前記真空吸着用の溝が設けられていない領域を透明材料で構成することによって、前記透明材料を通して前記発光素子から前記基板の第２面に光を照射可能とする。

このとき、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面のうち前記基板の第２面に形成された光電変換素子に対向する領域以外の領域に前記真空吸着用の溝を設けることが好適である。さらに、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面のうち前記真空吸着用の溝が設けられた領域以外の領域の凹凸は前記環境調整手段から照射される光の波長よりも小さくすることが好ましい。

これにより、前記環境調整手段に搭載された発光素子から前記基板の表面に形成された素子（固体撮像素子等）に光を照射する際に乱反射が発生することを防ぐことができる。特に、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面のうち前記真空吸着用の溝が設けられた領域以外の領域の凹凸を前記環境調整手段から照射される光の波長よりも小さくすることによって光の乱反射を効果的に低減させることができる。

また、前記環境調整手段は、前記基板を加熱するための加熱手段、又は、前記基板を冷却するための冷却手段を備えることが好適である。このとき、前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面のうち前記基板の第２面に形成された光電変換素子に対向する領域以外の領域に真空吸着用の溝を設けることが好適である。一方、前記環境調整手段の前記基板の第２面に相対する面のうち少なくとも前記真空吸着用の溝が設けられていない領域に前記加熱手段又は前記冷却手段を設けることが好適である。

これにより、前記環境調整手段に搭載された加熱手段や冷却手段によって前記基板の表面に形成された素子（固体撮像素子等）の温度を調整する際に真空吸着用の溝や真空吸着孔による不均一を防ぐことができる。

本発明によれば、プローブ測定において真空吸着用の溝や真空吸着孔による照射光の乱反射を防ぐことができる。また、プローブ測定において真空吸着用の溝や真空吸着孔による温度調節の不均一を防ぐことができる。また、プローブ検査装置を安価に製造することができる。

本発明の実施の形態におけるプローブ検査装置１００は、図１の側面図に示すように、プローブ４０、プローブ昇降機構４２、コンタクト部４４、コンタクト昇降機構４６及び基板支持機構４８を含んで構成される。プローブ検査装置１００は、半導体ウェハ、ガラス等の基板５０に形成された素子の特性を測定するために用いられる。なお、図１はプローブ検査装置１００の構成を分かり易く示すために模式的に記載している。

プローブ検査装置１００は、測定時に測定対象となる素子が形成された基板５０を支持する基板支持機構４８と、測定対象となる素子の動作環境の条件を調整するコンタクト部４４と、を別々の機構として備えている。そして、基板支持機構４８によってコンタクト部４４に対する基板の相対的な位置を変更できる。

プローブ４０は、基板５０に形成された素子の電極から素子に電気信号を入力したり、素子から電気信号を取り出したりするのに用いられる。プローブ４０は、図２に示すように、一般的に、銅、アルミニウム等の金属からなる触針４０ａを複数備える。触針４０ａの測定対象となる素子に設けられた電極と接触する部分は、オーミック接触を形成する金属で構成することが好ましい。また、測定対象となる素子の電極とオーミック接触となる金属を触針４０ａの先端部にめっきしてもよい。触針４０ａはプローブ４０の本体部４０ｂから押し出されるように付勢され、素子の電極等に触針４０ａの先端が押し付けられたときに適度な圧力で電極と、プローブ各触針は、電源や測定器に接続され、必要な測定内容によって電源から素子に電気信号を入力し、それに応答して出力される信号を測定器で測定する。

プローブ昇降機構４２は、図１に示すように、プローブ４０に付設される。プローブ昇降機構４２は、基板支持機構４８によって支持された基板５０に対してプローブ４０を昇降させる。プローブ昇降機構４２は、例えば、筒状の容器内に設けられたモータと、モータで回転するボールネジと、ボールネジと螺合したナット部材と、を備える。ナット部材がプローブ４０に機械的に結合される。測定を開始する際には、外部からの制御信号によってモータが駆動され、ボールネジに螺合したナット部材が下降させられ、プローブ４０が基板５０に形成された素子の電極に接触させられる。基板５０を平面上で移動させる際には、プローブ４０が基板５０から離れるようにナット部材が上昇させられる。なお、プローブ昇降機構４２はこれに限定されるものではなく、既知の他の構成によっても実現することができる。プローブ４０とプローブ昇降機構４２は、本発明の測定手段の一部を構成する。

コンタクト部４４は、基板５０に形成された素子の測定環境を調整する。コンタクト部４４は、例えば、図３に示すように、固体撮像素子の受光部が形成された基板の面に対して光を照射する発光素子４４ａを含んで構成される。発光素子４４ａは、発光ダイオードやレーザ等とすることができる。測定において照射する光の波長を変更する必要がある場合には可変長の発光素子４４ａを用いることが好適である。

コンタクト部４４の基板と相対する側の部材４４ｂは、発光素子４４ａからの光が透過できるように透明な材料で構成される。このとき、コンタクト部４４の基板と相対する面Ｂはほぼ平坦に加工されていることが好ましい。特に、コンタクト部４４の基板と相対する面Ｂの凹凸の周期は、発光素子４４ａから照射される光の波長（領域）よりも小さくすることが好ましい。このように、コンタクト部４４の面Ｂを平坦にすることによって、発光素子４４ａから照射された光が乱反射されることなく測定対象となる素子に到達することになる。

さらに、部材４４ｂに真空吸着用の溝や真空吸引孔を設ける必要がなくなり、部材４４ｂをガラスやプラスチック等の透明材料で構成する場合にもプローブ検査装置の製造コストを従来よりも低くすることができる。

また、コンタクト部４４の面Ｂから照射される光が均一となるように、コンタクト部４４の内部に散乱板４４ｃを設けることも好適である。図３では、散乱版４４ｃはコンタクト部４４の内部の一面のみに設けているが、複数の面にもうけてもよい。これによって、発光素子４４ａから出力された光がコンタクト部４４の内部で散乱されて、コンタクト部４４の面Ｂの全面に亘ってほぼ均一な強度の光を出力することができる。

また、コンタクト部４４の基板と相対する面Ｂ以外の面は不透明な材料で形成することが好ましい。これにより、発光素子４４ａから出力された光以外の迷光が測定対象となる素子に照射されることがなくなる。

また、コンタクト部４４、例えば、基板に形成された素子の温度を調節するための加熱手段及び冷却手段の少なくとも１つを備えることも好適である。加熱手段は、電熱線等のヒータやペルチェ素子とすることができる。また、冷却手段は、冷却剤を循環させる冷却剤循環装置やペルチェ素子とすることができる。この場合、コンタクト部４４を金属等の熱伝導率の高い材料で構成することが好ましい。

また、この場合も、コンタクト部４４の基板と相対する面Ｂはほぼ平坦に加工されていることが好ましい。コンタクト部４４の面Ｂを平坦にすることによって、コンタクト部４４の面Ｂと基板との接触が均一となり、加熱手段や冷却手段による素子の温度を均一に調整することが可能となる。もちろん、コンタクト部４４に、発光素子４４ａと加熱手段や冷却手段の両方を備えてもよい。

コンタクト昇降機構４６は、図１に示すように、コンタクト部４４に付設される。コンタクト昇降機構４６は、基板支持機構４８によって支持された基板５０に対してコンタクト部４４を昇降させる。コンタクト昇降機構４６は、プローブ昇降機構４２と同様に、筒状の容器内に設けられたモータと、モータで回転するボールネジと、ボールネジと螺合したナット部材と、を備える。ナット部材は、コンタクト部４４に機械的に結合される。測定を開始する際には、外部からの制御信号によってモータが駆動され、ボールネジに螺合されたナット部材が上昇させられ、コンタクト部４４が基板５０に形成された素子の近傍に近づけられ、好ましくは接触させられる。基板５０を平面方向に移動させる場合には、ナット部材が下降させられ、コンタクト部４４は基板５０の表面から離される。なお、コンタクト昇降機構４６はこれに限定されるものではなく、既知の他の構成によっても実現することができる。コンタクト部４４とコンタクト昇降機構４６は、本発明の環境調整手段の一部を構成する。

本実施の形態では、コンタクト部４４は、基板支持機構４８によって支持された基板を挟んでプローブ４０と対向する位置に配置される。これによって、図９に示したようなＣＳＰが適用された固体撮像素子を測定対象とした場合に、ＣＳＰが適用された固体撮像素子の素子が形成された基板の表側からコンタクト部４４から光照射や温度調節を行うとともに、基板の裏側からプローブ４０を素子のボール状端子に接触させて測定を行うことができる。

基板支持機構４８は、測定対象となる素子が形成された基板５０を支持する。基板支持機構４８は、図４に示すように、チャック４８ａ及びＸ−Ｙステージ４８ｂを含んで構成される。測定対象となる素子が形成された基板（半導体ウェハ）５０は、図５に示すように、透明なプラスチック製のシート５２に接着剤等で取り外し可能に貼り付けられる。シート５２としては、例えば、ポリオレフィン（ＰＥ）等からなるダイシング用のテープを用いることができる。シート５２を、半導体基板５０の裏面（ＣＳＰではボール状端子が形成されていない側の面）に貼り、ダイシング工程において、ウェハをスクライブラインに沿ってダイシングすることでチップ個々を電気的、物理的に分離する。ダイシングを施さなくともチップ個々が電気的に分離されている場合には、ダイシング工程前の基板５０を測定対象とすることもできる。また、基板５０の周囲を取り囲むように中抜きのリング状の支持体５４がシート５２に貼り付けられる。チャック４８ａは、支持体５４を支持することによって間接的に基板５０を支持できるように構成される。チャック４８ａは、例えば、支持体５４の外周よりも僅かに小さい内周を有する２枚のリング状の板によって支持体５４を上下から挟み込む機構を備える。これによって、支持体５４を支持することができる。このとき、基板５０は、支持体５４によって張られたシート５２上に支持される。

Ｘ−Ｙステージ４８ｂは、チャック４８ａを平面方向に移動させることができる構成を備える。外部からの制御信号によって、Ｘ−Ｙステージ４８ｂは支持された基板５０の面内方向にチャック４８ａを移動させる。また、Ｘ−Ｙステージ４８ｂは、プローブ４０及びコンタクト部４４が基板の表面及び裏面にアクセスできるように中空構造となっている。これによって、プローブ４０及びコンタクト部４４に対する基板５０の相対的な位置を変更することができると共に、基板５０の表面に形成された素子を順に選択してプローブ４０及びコンタクト部４４により測定することができる。

以上のように、基板支持機構４８は、本発明の基板支持手段の一部を構成する。本実施の形態におけるプローブ検査装置では、基板支持機構４８により基板を支持すると共に、コンタクト部４４やプローブ４０とは独立に基板５０を移動させることができるように基板支持機構４８を構成することによって、真空吸着用の溝や真空吸着孔を設ける必要がなくなる。これによって、素子に照射される光を均一にし、素子の温度を均一に調整することができる。また、プローブ検査装置を従来よりも安価に製造することができる。

なお、図６に示すように、コンタクト部４４の基板と相対する面Ｂの一部のみに真空吸着用の溝７０を設けてもよい。例えば、図７の斜視図に示すように、基板６０の表面に複数の固体撮像素子６２が行列状に形成されている場合、各固体撮像素子６２のそれぞれ受光領域６２ａがある。その受光領域６２ａではない領域に含まれる領域６２ｂ（ハッチングで示す領域）に対応するコンタクト部４４の面Ｂ内の領域に真空吸着用の溝７０を設ける。図７に示すように、基板６０上において２行×２列に配置された４つの固体撮像素子６２の領域６２ｂが互いに隣接するように配置されている場合、図６に示すように、４つの固体撮像素子６２が配置された領域の中心部、すなわち互いに隣接するように配置された受光領域６２ａでない領域６２ｂに対応するようにコンタクト部４４の面Ｂ内に真空吸着用の溝７０を設ける。面Ｂにおける溝７０が設けられた領域以外は略平坦に形成する。

溝７０に真空吸引孔を設けて、真空吸引孔から外部の真空ポンプ等を用いて真空吸引することによって、コンタクト部４４の面Ｂに基板６０が真空吸着される。これによって、素子に照射される光をより均一にし、素子の温度をより均一に調整することができる。

本発明の実施の形態におけるプローブ検査装置の構成の主要部を示す模式図である。本発明の実施の形態における測定手段の構成の一部を示す斜視図である。本発明の実施の形態における環境調整手段の構成の一部を示す斜視図である。本発明の実施の形態における基板支持手段の構成の一部を示す斜視図である。本発明の実施の形態における基板の支持方法を説明する図である。本発明の実施の形態における基板支持手段の別例を示す斜視図である。本発明の実施の形態における素子の構成を説明する図である。従来のチャックの構成を示す図である。チップサイズパッケージを適用した素子の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０ウェハチャック、１２溝、１４真空吸引孔、２０半導体基板、２２，２４支持基体、２６，２７絶縁樹脂、２８ボール状端子、３０外部配線、４０プローブ、４０ａ触針、４０ｂ本体部、４２プローブ昇降機構、４４コンタクト部、４４ａ発光素子、４４ｂ部材、４４ｃ散乱板、４６コンタクト昇降機構、４８基板支持機構、４８ａチャック、４８ｂステージ、５０基板、５２シート、５４支持体、６０基板、６２固体撮像素子、６２ａ受光領域、６２ｂ受光領域以外の領域、７０溝、１００プローブ検査装置。

Claims

基板に形成された素子の特性を測定するために用いられるプローブ検査装置であって、
前記基板の第１面に形成された素子の出力端子からの出力を測定するプローブを備えた測定手段と、
前記基板の第１面と反対側の第２面側から前記素子の動作環境を調整可能な環境調整手段と、
前記基板を支持する基板支持手段と、
を備え、
前記測定手段に対して前記基板の相対的な位置を変更可能とすることを特徴とするプローブ検査装置。
請求項１に記載のプローブ検査装置であって、
前記環境調整手段は、前記基板の第２面に対して光を照射する発光素子を備えることを特徴とするプローブ検査装置。
請求項２に記載のプローブ検査装置であって、
前記環境調整手段の前記基板の第２面と相対する面の凹凸は前記発光素子から照射される光の波長よりも小さいことを特徴とするプローブ検査装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のプローブ検査装置であって、
前記環境調整手段は、前記基板を加熱するための加熱手段、又は、前記基板を冷却するための冷却手段を備えることを特徴とするプローブ検査装置。