JP2011215007A - 試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 試験装置及び試験方法に関し、簡単な機構により特定のプローブピンに大電流が流れることを回避する。
【解決手段】 テスターヘッドと、テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置のテスター本体側にプローブカードに配設したプローブピンの温度を監視するサーモグラフィを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は試験装置及び試験方法に関するものであり、例えば、プローブカードPinの温度監視機能を備えた半導体試験装置等の試験装置の機構に関するものである。

一般に、高集積化した半導体装置を高品質、且つ、安定して市場に提供するためには、製造された半導体装置を厳しくチェック(試験・検査)する必要がある。半導体集積回路装置の製造工程においては、半導体ウェーハに多数の集積回路装置、即ち、半導体チップを形成したのち、ウェーハ状態で各半導体チップに対する第一次の電気的特性試験を行い、良品と不良品の選別を行っている。次いで、半導体ウェーハを半導体チップにダイシングして、選別試験、即ち、プロービング試験で良品と判定された半導体チップのみを取り出してパッケージ化している。

図８は、従来の試験装置の概念的構成図であり、テスター１０に試験項目を含めた外部入力が外部入力部１１に入力され、制御部１２を介してプローバー２０側の制御部２１に伝達されて、測定部３０によって半導体チップ等の試験対象物の試験・測定を行う。

図９は、従来の試験装置の測定部の概念的構成図であり、プローブピン３４を植設したセラミックリング３３を固着したプローブカード基盤３２を備えたプローブカード３１を半導体ウェーハ８１に当接して試験・測定を行う。このプローブカード基盤３２はプリント配線基板で構成され、裏面側にポゴパッド３５を備えるとともに、強度を高めるためのスティフナ３６を備えている。

リミットが設定されている電源２２からポゴパッド３５を介して各プローブピン３４に電流を流して測定を行う。この場合、電流を流すプローブピン３４の選択はプログラム上で行う。大元の電源２２に電流のリミットが設定されているが、各プローブピン３４の電流にはリミットが設定できる構成にはなっていない。

開発初期の段階では、半導体製造工程及び、試験プログラムを含む試験環境に不具合が存在している可能性が高く半導体装置に想定以上の電流が流れて３００℃程度まで温度が上昇するケースがある。例えば、半導体製造工程及び、試験プログラムの不具合が発生した場合、プローブカードの特定のプローブピンに大電流が流れ、温度上昇によりプローブピンの変色や焼損に至るケースが発生する。

これにより半導体装置及び、試験環境に損傷を与え開発スケジュールの遅延を引き起こす要因にもなっている。したがって、半導体装置及び試験環境の不具合を検知し損傷をいかに食い止めるかが課題となっている。こうした状況のなか、各社共に試験時の異常検知を図られている。

例えば、感熱ダイオードを用いて半導体チップの温度を監視し、温度が上場した場合に、測定を中止することが提案されている。或いは、ＴＡＢテープの試験において、赤外線撮像素子（サーモグラフィ）を用いて短絡やオープン不良を測定することも提案されている。

特開平０７−３１１２３９号公報 特開平０６−２５２２２９号公報

上述のように、現状の半導体試験装置には大元となる電源に電流計が装備されているがプローブカードの各プローブピンに流れる電流を個別に常時測定できる構成になっていない。このため半導体製造工程及び、試験プログラムの不具合が発生した場合、プローブピンの変色や焼損の発生を抑止することができないという問題がある。

なお、各プローブピンの系統に個別に電流計を設置すればプローブピンの変色や焼損の発生を抑止することは可能であるが、全てのプローブピンに電流計を設置するのは非現実的である。

また、感熱ダイオードを用いた監視では、特定のプローブピンの不具合や、半導体チップにおける不良個所の特定は困難であるという問題がある。また、赤外線撮像素子を用いた検査は、比較的ラフな測定で十分なＴＡＢテープの試験に関するものであり、これを半導体チップ等の電子デバイスの試験装置にどのように適用するかについての問題は解決されていない。

したがって、本発明は、簡単な機構により特定のプローブピンに大電流が流れることを回避することを目的とする。

開示する一観点からは、テスターヘッドと、前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置であって、前記テスター本体側に前記プローブカードに配設したプローブピンの温度を監視するサーモグラフィを有する試験装置が提供される。

また、開示する別の観点からは、テスターヘッドと、前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置を用いた試験方法であって、前記プローブカードに設けた前記プローブピンを試験対象物に当接して試験行う際に、前記プローブピンの温度を前記テスター本体側に設けたサーモグラフィで監視する試験方法が提供される。

開示の試験装置及び試験方法によれば、簡単な機構により特定のプローブピンに大電流が流れることを回避することができる。

本発明の実施の形態の試験装置の概念的構成図である。 本発明の実施の形態の試験装置の測定部の概念的構成図である。 本発明の実施例１の試験装置の説明図である。 試験装置の試験中の説明図である。 試験装置におけるサーモグラフィ設置状況の説明図である。 異常検知時の退避状態の説明図である。 本発明の実施例２の試験装置の測定部近傍の概念的構成図である。 従来の試験装置の概念的構成図である。 従来の試験装置の測定部の概念的構成図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の試験装置を説明する。図１は本発明の実施の形態の試験装置の概念的構成図であり、外部入力部１１と制御部１２を備えたテスター１０と、制御部２１、測定部３０、サーモグラフィ４０を備えたプローバー２０とによって構成される。また、テスター本体部にはデータベース５１を格納したデータ格納部５０が備えられている。このデータベース５１には予め測定対象デバイス毎に設定した温度アラーム値を格納しておくとともに、サーモグラフィ４０で取得した画像データを格納しておく。

テスター１０の外部入力部１１に試験項目を含めた外部入力が入力され、制御部１２を介してプローバー２０側の制御部２１に伝達されて、測定部３０によって半導体チップ等の試験対象物の試験・測定を行う。また、この試験装置には、異常が発生した場合に、試験対象物を測定部３０から退避させる退避機構が備えられている。

この時、測定部３０の近傍にサーモグラフィ４０を設けて測定部３０におけるプローブピンの温度を監視し、測定した温度が予め設定した温度アラーム値を超えた時に、試験を停止すると共に、試験対象物を測定部３０から退避させる。この場合の温度アラーム値は、試験対象物によって異なるが、例えば、通常の半導体集積回路装置においては、３００℃程度に温度が上昇するとプローブピンの先端部が蒸発して損傷するので、例えば、１００℃に設定する。

図２は、本発明の実施の形態の試験装置の測定部の概念的構成図であり、プリント配線基板からなるプローブカード基盤３２に試験対象物６０のパッド数に対応した数のプローブピン３４を植設したセラミックリング３３を固着してプローブカード３１とする。プローブカード基盤３２の裏面側にはプローブピン３４に電気的に接続するポゴパッド３５を備えるとともに、強度を高めるための枠状のスティフナ３６を備えている。

また、スティフナ３６の中央の開口部３７を望むようにサーモグラフィ４０を配置し、プローブピン３４の全体の温度を監視するとともに、異常が発生した場合に画像として取得する。異常が発生した場合、例えば、測定した温度が、予め設定した温度アラーム値を超えた場合には、取得した画像をデータ格納部５０にデータベース５１として格納する。或いは、異常が発生しない場合にもリアルタイムデータとして格納しても良い。

このような装置構成において、リミットが設定されている電源２２からポゴパッド３５を介して各プローブピン３６に電流を流して測定を行う。この場合、電流を流すプローブピン３３の選択はプログラム上で行う。

サーモグラフィ４０による測定温度が、予め設定した温度アラーム値を超えた場合には、その情報をテスター１０の外部入力部１１に入力して、制御部１２からの指令により、電流の印加を停止する。それと同時に、試験対象物６０をプローブカード基盤３２から退避させる。

その結果、半導体装置の不具合や試験環境の不具合を簡単が機構によって検知することが可能になり、不具合による半導体装置やプローブピンへの損傷を未然に防ぐことが可能となる。また、開発段階においては、試験装置や半導体チップ自体に損傷が発生することがないので、開発遅延を防止することが可能となる。

また、データベース５１に異常発生時のデータを画像データとして格納しておくことでで、半導体チップにおける異常ヵ所の特定にかかる手番を短縮することが可能になる。

なお、半導体ウェーハに設けた複数の半導体チップを同時に測定するために、複数対のプローブピンセットを備えたプローブカードを用いる場合には、一つのプローブピンセットのみに対応するように一つのサーモグラフィを設けるだけで良い。

即ち、隣接する半導体チップは、一般的には同じ製造履歴を有しており、一つの半導体チップに不具合があれば、隣接する半導体チップにも不具合があるので、サーモグラフィはプローブカードに一個だけ設ければ良い。各プローブピンセットに対してそれぞれサーモグラフィを設けても良いが、装置構成が複雑化するとともに、高コスト化につながる。

以上を前提として、次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施例１の試験装置を説明する。図３は、本発明の実施例１の試験装置の説明図であり、図３（ａ）は、本発明の実施例１の試験装置の斜視図であり、図３（ｂ）は、プローブカードの取り付け状態を示す斜視図である。図に示すように、試験装置７０は、プローバー本体部７１と、プローバー本体部７１に対して開閉自在に取り付けられたテストヘッド７２とからなる。

テストヘッド７２にはパフォーマンスボード７４が装着され、テストヘッド７２に設けられたコンタクトピン（７３）がパフォーマンスボード７４に当接する。一方、プローバー本体部７１にはフロックリング７６が設けられ、このフロックリング７６にプローブカード３１が装着され、フロックリング７６に設けたコンタクトピン（７７）がプローブカード３１に当接する。このフロックリング７６の上部で、且つ、投影的にフロックリング７６の内側にサーモグラフィ４０を配置する。

プローバー本体部７１内にはｘ−ｙ方向に移動可能なワークユニット７９が収容されており、このワークユニット７９の上部には、ｚ方向に移動可能なステージを備えたワークサブユニット８０が設けられている。このステージ上に試験対象物である半導体ウェーハ８１を載置し、試験時にはステージをｚ方向に上昇させて半導体ウェーハ８１に設けたパッドとプローブカード３１に設けたプローブピン３４とを当接させる。

図４は、試験装置の試験中の説明図であり、図４（ａ）は試験中の斜視図であり、また、図４（ｂ）は試験中の各部材の接続状態の説明図である。図４（ａ）に示すように、試験を行う際には、テストヘッド７２を閉じてパフォーマンスボード７４をフロックリング７６に当接させる。

図４（ｂ）に示すように、試験中は、テストヘッド７２に設けられたコンタクトピン７３がパフォーマンスボード７４に当接し、パフォーマンスボード７４に設けたコンタクトピン７５がフロックリング７６に当接する。また、フロックリング７６に設けたコンタクトピン７７がプローブカード３１に当接し、プローブカード３１に設けたプローブピン３４が半導体ウェーハ８１に設けたパッドと当接する。テスター１０からの電気信号は上述の接続関係を介して半導体ウェーハ８１に入力されて測定が行われる。

図５は、試験装置におけるサーモグラフィ設置状況の説明図であり、試験中の状態を示している。断面がＬ字状の中空筒状の取り付け部材４１をフロックリング７６に設けた開口部７８に挿入する。なお、この場合、取り付け部材４１は、例えば、ステンレスで作製し、フロックリング７６に対して電気的に絶縁状態とするために、その間に絶縁物を介挿する（図示は省略）。

この取り付け部材４１の内部にサーモグラフィ４０を挿入し、例えば、ねじ部材４２を用いて、取り付け部材４１に固定する。サーモグラフィ４０は、フロックリング７６に設けた開口部７８、スティフナ３６に設けた開口部３７、プローブカード基盤３２に設けた開口部、及び、セラミックリング３３に設けた開口部を介して、プローブピン３４の温度を監視する。

図６は、異常検知時の退避状態の説明図である。サーモグラフィ４０が予め設定した温度アラーム温度より高い温度を検知した場合には、電源２２からの電流の供給を停止するとともに、ワークサブユニット８０に設けたステージを下降させて、プローブカード３１から半導体ウェーハ８１を退避させる。

このように、本発明の実施例１においては、プローブカード３１の近傍にサーモグラフィ４０を設けてプローブピン３４の温度をリアルタイムで監視しているので、異常が発生し始めた時に、直ちに、電流の供給を停止することが可能になる。その結果、プローブピンが過剰に温度上昇して損傷することがなく、且つ、半導体チップ側にも電極パッドを介して大電流が流れることがない。

図７は、本発明の実施例２の試験装置の測定部近傍の概念的構成図であり、ここでは、４個同時測定可能なプローブカードとして示している。図に示すように、プローブカード基盤３２には4つのセラミックリング３３_１〜３３_４が設けられており、その内のひとつのセラミックリング３３_１に対応するように、サーモグラフィ４０が設けられている。

このように、複数個の半導体チップを同時測定する場合にも、設けるサーモグラフィ４０は１個のみ設ければ良く、簡単な装置構成によって半導体チップ或いは測定環境に不具合が生じた場合にも、プローブピンの損傷の発生を確実に回避することができる。なお、図７においては、４個同時測定の例を示しているが、２個同時、８個同時、或いは、１６個同時等の他の個数の同時測定の場合にも、設置するサーモグラフィは１個だけで良い。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）
テスターヘッドと、前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を
有する試験装置であって、前記テスター本体側に前記プローブカードに配設したプローブピンの温度を監視するサーモグラフィを有する試験装置。
（付記２）
前記サーモグラフィを、前記フロックリングの上部で、且つ、投影的に前記フロックリングの内側に配設した付記１に記載の試験装置。
（付記３）
前記サーモグラフィで異常を検知した場合に、試験対象物を前記プローブカードから退避させる退避機構を有する付記１または付記２に記載の試験装置。
（付記４）
前記サーモグラフィで異常を検知した場合のデータをデータベースとして格納するデータ格納機構を有する付記１乃至付記３のいずれか１に記載の試験装置。
（付記５）
前記データ格納機構に、試験対象物の温度アラーム値を格納してある付記４に記載の試験装置。
（付記６）
前記プローブカードが、複数の測定対象物を同時に測定可能にする複数のプローブピンセットを有しており、前記サーモグラフィを前記プローブピンセットのうちの一つのプローブピンセットのみに設けた付記１乃至付記５のいずれか１に記載の試験装置。
（付記７）
テスターヘッドと、前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置を用いた試験方法であって、前記プローブカードに設けた前記プローブピンを試験対象物に当接して試験を行う際に、前記プローブピンの温度を前記テスター本体側に設けたサーモグラフィで監視する試験方法。
（付記８）
前記サーモグラフィが検出した温度が、予め設定した温度アラーム値に達した時に、前記試験対象物を前記プローブカードから退避させる付記７に記載の試験方法。

１０ テスター
１１ 外部入力部
１２ 制御部
２０ プローバー
２１ 制御部
２２ 電源
３０ 測定部
３１ プローブカード
３２ プローブカード基盤
３３ セラミックリング
３４ プローブピン
３５ ポゴパッド
３６ スティフナ
３７ 開口部
４０ サーモグラフィ
４１ 取り付け部材
４２ ねじ部材
５０ データ格納部
５１ データベース
６０ 試験対象物
７０ 試験装置
７１ プローバー本体部
７２ テストヘッド
７３，７５，７７ コンタクトピン
７４ パフォーマンスボード
７６ フロックリング
７８ 開口部
７９ ワークユニット
８０ ワークサブユニット
８１ 半導体ウェーハ

Claims (5)

1. テスターヘッドと、前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置であって、
   前記テスター本体側に前記プローブカードに配設したプローブピンの温度を監視するサーモグラフィを有する試験装置。
2. 前記サーモグラフィを、前記フロックリングの上部で、且つ、投影的に前記フロックリングの内側に配設した請求項１に記載の試験装置。
3. 前記サーモグラフィで異常を検知した場合に、試験対象物を前記プローブカードから退避させる退避機構を有する請求項１または請求項２に記載の試験装置。
4. 前記プローブカードが、複数の測定対象物を同時に測定可能にする複数のプローブピンセットを有しており、前記サーモグラフィを前記プローブピンセットのうちの一つのプローブピンセットのみに設けた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の試験装置。
5. テスターヘッドと、
   前記テスターヘッドと電気的に接続されるパファーマンスボードと、前記パフォーマンスボードと電気的に接続されるフロックリングと、前記フロックリングに電気的に接続されるプローブカードとを少なくとも備えたテスター本体部を有する試験装置を用いた試験方法であって、
   前記プローブカードに設けた前記プローブピンを試験対象物に当接して試験を行う際に、前記プローブピンの温度を前記テスター本体側に設けたサーモグラフィで監視する試験方法。
   

Images