JP3874667B2

JP3874667B2 - プローブ装置

Info

Publication number: JP3874667B2
Application number: JP2002016060A
Authority: JP
Inventors: 将人小林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JP2003218176A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被測定基板に形成された半導体素子に、プローブカードに設けられたプローブ針を接触させて電気的な検査を行うプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、半導体装置の製造分野においては、一枚の半導体ウエハ上に形成された多数の半導体素子について、これらを切断する前に夫々の電気的特性を測定してその良否を検査すること等が行われており、このような検査には、プローブ装置が使用されている。
【０００３】
すなわち、上記プローブ装置には、半導体ウエハを保持するウエハ載置台が設けられており、このウエハ載置台上方に、プローブカードを着脱自在に保持可能とされた取付治具が設けられている。なお、この取付治具インサートリング等と称されている。
【０００４】
上記プローブカードには、半導体素子の電極パッドに対応して多数のプローブ針が設けられており、このプローブカードと半導体ウエハとを相対的に移動、一般的には、ウエハ載置台側をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させることによって、プローブ針と半導体素子の電極パッドとを順次接触させ、プローブ針に電気的に接続されたテスターによって、各半導体素子の電気的特性の良否を検査するようになっている。
【０００５】
また、上述したとおり、プローブカードは、取付治具に対して着脱自在となっており、測定する半導体ウエハ（半導体素子）の種類によって、このプローブカードを交換することにより、一台のプローブ装置で、複数種の半導体ウエハの検査を行うことができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、プローブ装置においては、検査を行う半導体ウエハの種類によって、その上に形成された半導体素子の電極パッドの数、配置パターン、配列ピッチ等が相違するため、この電極パッドに対応してプローブ針が設けられたプローブカードに交換し、検査を行う必要がある。
【０００７】
しかしながら、近年においては、半導体装置の製造分野においても、多品種少量生産とされる傾向にあり、実際の工場内においては、一台のプローブ装置で１００種類以上のプローブカードを使用するような場合もある。このような場合、予め使用するプローブカードを、プローブ装置に登録しておくこととなるが、オペレータは、使用するプローブカードを、１００種類以上の中から選択して設定する必要があるため、かかる設定に時間を要するとともに、誤って異なる品種を設定してしまう可能性があるという問題があった。
【０００８】
また、プローブカードには、全く同一の仕様のものであっても、針先位置、針先の滑り量（オーバードライブを加えたときに針先が水平方向に移動する量）等に多少のばらつき（機差）があり、さらに、これらが周囲の温度によっても変化するが、従来においては、かかる針先位置の相違に対応することができないという問題もあった。
【０００９】
さらに、プローブカードにおいては、所定タッチダウン回数（オーバードライブをかける回数）毎に、針先クリーニングを行う等のメンテナンスを行う必要があるが、例えば、かかるタッチダウン回数が所定回数に達する以前に使いかけのプローブカードをプローブ装置から取り外してしまったような場合、それまでのタッチダウン回数が不明になってしまうため、使用履歴に応じて適切なタイミングで針先クリーニング等のメンテナンスを行うことができないという問題もあった。
【００１０】
さらにまた、上記のような問題を解決するために、プローブカード側に個々のプローブカードについての情報を記憶しておくメモリーを設けることも提案されているが、元々、プローブカードは、テスターとは電気的に接続されるものの、プローブ装置とは電気的に接続されておらず、かかる電気的接続を得るための接点等は具備していない。このため、かかる構成を採用するためには、新たにプローブカードとプローブ装置とを電気的に接続するための接続機構を設けなければならず、装置構成の大幅な変更が必要になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、装置構成の大幅な変更を必要とすることなく、使用されるプローブカードに関する個々の情報を、プローブ装置側で自動的に取得することができ、プローブカードの種類、機差、使用履歴等に応じて適切な取り扱いを行うことのできるプローブ装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、被測定基板に形成された半導体素子の電極パッドに対応して複数のプローブ針が設けられたプローブカードを所定の取付治具に着脱自在に保持可能とされ、前記電極パッドと前記プローブ針を接触させて前記半導体素子の電気的検査を行うプローブ装置であって、前記プローブカードを搬送して当該プローブカードを前記取付治具に取り付け及び取り外すカード自動交換手段を具備したプローブ装置において、前記プローブカードに、少なくともカード種類に関する情報を含む、当該プローブカードに関する情報を記憶する記憶手段を具備した第１の無線通信手段を設けるとともに、装置内の所定の通信領域に前記プローブカードが位置した時に前記第１の無線通信手段と無線通信を行う第２の無線通信手段を設け、前記記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報を読取り可能とし、前記カード自動交換手段による前記プローブカードの前記取付治具への取り付け前に、前記第１の無線通信手段と前記第２の無線通信手段とが無線通信を行って前記カード種類に関する情報を読み出し、登録されている種類のカードか否かを検索するよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載のプローブ装置において、前記第１の無線通信手段の前記記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報のうちの一部を、前記第２の無線通信手段から書き換え可能としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のプローブ装置において、前記カード自動交換手段は、前記記憶手段から読み出された前記カード種類に関する情報に基づいて、前記プローブカードの前記取付治具への取り付け作業工程を実施することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３記載のプローブ装置において、前記記憶手段から読み出された前記プローブ針の針立て高さに関する情報に基づいて前記プローブ針を撮像するカメラを前記プローブ針の針先近傍に近づけることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載のプローブ装置において、前記第１の無線通信手段が、前記第２の無線通信手段から電磁誘導により電力を得るように構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載のプローブ装置において、前記第１の無線通信手段が、前記プローブカードに貼着されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載のプローブ装置において、前記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報は、さらに、前記プローブ針の針先位置に関する情報、前記プローブ針の針先滑り量に関する情報、熱変位による補正量に関する情報、使用履歴に関する情報、のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態のプローブ装置の外観構成を示すものであり、同図に示すように、プローブ装置は、その外装体である筐体２を具備している。
【００２１】
上記筐体２の上面には、プローブカード４を保持するための取付治具を構成するインサートリング２１が設けられている。
【００２２】
また、筐体２の中には、半導体ウエハＷが載置されるウエハ載置台、半導体ウエハを収容したウエハカセット、これらのウエハ載置台とウエハカセットとの間で半導体ウエハＷを搬送するための搬送機構等が収納されている。
【００２３】
さらに、本実施形態においては、プローブカード４をインサートリング２１と筐体２の外部との間で搬送するためのトレー３を備えている。このトレー３は、使用時には図１（ａ）に示すように水平な状態で、筐体２内と外部との間で水平に回動しかつ昇降できるよう構成されており、また、不使用時には図１（ｂ）に示すように、縦に倒れて筐体２の正面側と平行な状態とされるように構成されている。
【００２４】
筐体２の正面側には、縦に倒れている不使用時のトレー３及びトレー３の搬入口２２を覆うようにカバー２３が設けられている。このカバー２３は、図示しないガイド機構により上下にガイドされると共に、上下するときに上部２３ａが手前側に倒れてトレー３と干渉しないように構成されている。
【００２５】
なお、図１中、符号２４は、プローブ装置を操作するための画面を表示するためのディスプレイ装置を示している。
【００２６】
次に、プローブカード４を保持するための取付治具を構成するインサートリング２１の構造について説明する。インサートリング２１は、図２に示すように、筐体２に取り付けられた支持リング８１を備えており、この支持リング８１の外側には、昇降リング８２が設けられている。昇降リング８２は支持リング８１下端部の上に位置しているＯリング８３との間に気密な空間８４が形成されるように、断面コ字状に構成され、空間８４内の気圧を調整することによって支持リング８１に対して昇降できるようになっている。
【００２７】
昇降リング８２の下部側には、昇降リング８２と係合しながら回転機構８５により水平面に沿って回転可能な回転リング８６が設けられており、この回転リング８６には、内側方向に突出する突片部８７が形成されている。この突片部８７は、周方向に沿って、所定間隔を設け、複数配置されている。一方、プローブカード４の周縁部に固定されたカードホルダー４３の外周縁には、上記突片部８７に対応して、複数の突片部４５が設けられている。
【００２８】
そして、突片部８７の間から、突片部４５が入り込み、回転リング８６が上昇、回転することによって突片部４５と突片部８７が係合し、プローブカード４がインサートリング２１に保持されるようになっている。
【００２９】
上記インサートリング２１に取り付けられたプローブカード４の下方には、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ（Ｚ軸まわり）方向に移動自在なウエハ載置台９が設けられており、このウエハ載置台９によって半導体ウエハＷを移動させ、半導体ウエハＷに形成された半導体素子の電極パッドと、プローブカード４のプローブ針４１とを接触させ、電気的な導通を得て、図示しないテスターにより、各半導体素子の電気的特性の測定を行うようになっている。
【００３０】
以上のように、プローブカード４は、カードホルダー４３が取り付けられた状態で、トレー３上に載置され、トレー３によって搬送されて、インサートリング２１に、着脱自在に保持されるようになっている。そして、検査を行う半導体ウエハＷの種類（半導体素子の種類）によって、これに対応したプローブカード４に交換し、一台のプローブ装置で多品種の半導体ウエハＷに対応できるようになっている。
【００３１】
また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、上記プローブカード４を構成するプリント配線基板４２の上側の空き領域に、カード側無線通信機構４７が設けられている。このカード側無線通信機構４７は、無線通信可能なＩＣカードから構成されており、プリント配線基板４２上に貼着されることによって固定されている。
【００３２】
なお、カード側無線通信機構４７としては、例えば図４に示すように、メモリーを備えたＩＣチップ４７ａと、ループ型アンテナ４７ｂとが埋設された周知のＩＣカードを使用することができ、外部から電磁誘導により電力を供給する無電池型のものを使用することが好ましい。そして、このカード側無線通信機構４７のメモリーに、各プローブカード４に関する情報、つまり、カード種類に関する情報（品種情報）、針先位置に関する情報、針先滑り量に関する情報、針立て高さに関する情報、熱変位による補正量に関する情報、使用履歴に関する情報等が記憶されている。
【００３３】
なお、図３において、（ａ）はプローブカード４の上側面の構成を示すもので、（ｂ）は縦断面構成を示すものである。同図に示されたプローブカード４では、プリント配線基板４２の周縁部には、図３には図示されていないカードホルダー４３との固定に使用されるネジ穴４２ａが形成されており、その内側部であって、プリント配線基板４２の上面には、テスターのテストヘッドとの電気的接続を行うためのコンタクトリングのポゴピンと当接されるコンタクト部４２ｃが形成されている。
【００３４】
一方、図３（ｂ）に示すように、プローブ針４１は、プリント配線基板４２の下側中央部付近に設けられており、プリント配線基板４２の中央部には、プローブ針４１の針先を上側から観察可能とする開口４２ｂが形成されている。
【００３５】
そして、コンタクト部４２ｃとプローブ針４１との電気的な接続は、プリント配線基板４２の上側に形成された配線部４２ｄ、プリント配線基板４２の上側と下側とを電気的に接続するスルーホール４２ｅ、プリント配線基板４２の下側に形成された配線部４２ｆによって行われるよう構成されている。したがって、配線部４２ｆの形成部位に対応するプリント配線基板４２の上側部分は空き領域となっており、ここにカード側無線通信機構４７が設けられている。
【００３６】
なお、図３（ａ）には、プローブ針４１、コンタクト部４２ｃ、配線部４２ｄ、スルーホール４２ｅ等の構成を１つのみ示してあるが、これらの構成は、プリント配線基板４２上を埋め尽すように、所定間隔を設けて放射状に多数設けられており、図中に示した点線は、かかる態様を示すものである。
【００３７】
一方、図５に示すように、プローブ装置の筐体２内には、上記カード側無線通信機構４７と無線通信して、上記した各プローブカード４に関する情報を読取り、また、必要に応じて使用履歴に関する情報を書き換えるための無線通信機構２５が設けられている。そして、この無線通信機構２５によってカード側無線通信機構４７から読み取られた情報は、プローブ装置の全体の動作を制御するための制御部２６に送られ、また、カード側無線通信機構４７の情報を書き換えるための情報は、制御部２６から無線通信機構２５に送られるようになっている。
【００３８】
なお、無線通信機構２５は、カード側無線通信機構４７が、近接した所定の通信領域に位置した時のみ無線通信可能とされており、カード側無線通信機構４７が無電池型の場合は、無線通信機構２５側から電磁誘導によって、カード側無線通信機構４７に電力を供給する。
【００３９】
本実施形態では、上記無線通信機構２５は、前述したトレー３によるプローブカード４の搬送経路の途中に設けられており、トレー３によるプローブカード４の搬送途中において、カード側無線通信機構４７と無線通信を行うようになっている。
【００４０】
すなわち、図６、図７に示すように、無線通信機構２５は、図１（ａ）に図示したトレー３の搬入口２２近傍に設けられている。
【００４１】
そして、プローブカード４の交換を行う際に、プローブカード４を取り外す際には、まず、図６（ａ）に示すようにトレー３を水平な状態とし、次に図６（ｂ）に示すようにトレー３を回転軸６１の回りに回転させてインサートリング２１に固定されたプローブカード４の下方に位置させて、インサートリング２１から取り外したプローブカード４を載置し、この後、図６（ｃ）に示すようにトレー３を、先程とは逆方向に回転させて引き出してくる。
【００４２】
この際、プローブカード４が、無線通信機構２５の下方を通過した際に、無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信を行う。上記のように、それまで使用していたプローブカード４を取り外す場合には、カード側無線通信機構４７のメモリーに記憶されていたタッチダウン回数を、今回行ったタッチダウン回数分加算した新たなタッチダウン回数に書き換える等の使用履歴情報の更新を行う。
【００４３】
この後、図７（ａ）に示すように、トレー３上の取り外されたプローブカード４を、次に使用するプローブカード４に載せ換え、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、トレー３を回転させてプローブカード４をインサートリング２１の下方に搬送して、インサートリング２１に取り付ける。
【００４４】
この際も、プローブカード４が、無線通信機構２５の下方を通過した際に、無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信を行う。上記のように、新たに使用するプローブカード４を取り付ける場合には、カード側無線通信機構４７のメモリーに記憶されているカード種類に関する情報（品種情報）、針先位置に関する情報、針先滑り量に関する情報、針立て高さに関する情報、熱変位による補正量に関する情報、使用履歴に関する情報等を読み取り、これらの情報を、制御部２６に送る。
【００４５】
図８は、上記構成のプローブ装置の一連の動作の流れを示すフローチャートであり、上述したとおり、新たなプローブカード４を取り付けて検査を実行する際には、まず、プローブカード４の搬送途中において無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信を行い（１０１）、カード側無線通信機構４７のメモリーに記憶されている情報（カードデータ）を読み取る（１０２）。
【００４６】
そして、制御部２６は、読み取ったカードデータの中のカード種類に関する情報（品種情報）に基づいて、制御部２６に予め登録されている品種情報を検索する（１０３）。
【００４７】
この時、該当するものがあれば（１０４）、登録されている品種に関するデータとともに、読み取ったカードデータの中のカードの個別データ（例えば、前述した針先位置に関する情報、針先滑り量に関する情報、熱変位による補正量に関する情報）を制御パラメータとして設定し（１０５）、プローブカード４の取付け（１０６）、及び半導体素子の検査を行う（１０７）。一方、制御部２６に品種情報が登録されていない場合は（１０４）、動作を中断する。
【００４８】
そして、半導体素子の検査が終了し、プローブカード４を交換する際には、まず、プローブカード４の取り外しを実行し（１０８）、トレー３によるプローブカード４の搬送途中で、カード側無線通信機構４７のメモリーに、無線通信によりデータ（例えば、タッチダウン回数等の使用履歴に関する情報）の書き込みを行う（１０９）。
【００４９】
以上のように、本実施形態では、無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信によって、プローブカード４の品種情報等をプローブ装置側で得られるようになっている。
【００５０】
したがって、新たな電気的接点等を設けるなどの装置構成の大幅な変更を必要とすることなく、例えば、プローブカード４においてはカード側無線通信機構４７を貼着するという簡単な変更のみで、プローブ装置側で上記のような情報を自動的に取得することができるようになる。
【００５１】
また、本実施形態では、プローブカード４を取り付ける際の搬送途中で無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信を行うので、例えば、プローブ装置に登録されていない誤った品種のプローブカード４が取り付けられるような事態が発生することを未然に防止できるとともに、カード品種に合った取り付け作業工程を実施することができ、誤った取り付け作業工程を実施することによってプローブカード４を破損してしまうようなことを防止することができる。
【００５２】
例えば、前述した針立て高さは、品種によって、例えば３．１ｍｍ、８．３ｍｍ、１２ｍｍ等と異なっているが、プローブカード４を取り付けてカメラによりプローブ針４１の針先を撮像する際には、上記の針立て高さであることを前提として、カメラを針先近傍に近付ける。このため、例えば針立て高さが１２ｍｍのものに対して、３．１ｍｍのものと誤認したような場合、カメラとプローブ針４１とが干渉して、プローブカード４を破損させるような事態が生じる危険性があるが、本実施形態では、このような危険性を回避することができる。
【００５３】
なお、このような針立て高さの情報については、品種情報とは独立に、針立て高さ情報として、カード側無線通信機構４７に記憶させておけば、例えば、設計変更等によって、ある品種の針立て高さを変更したような場合においても、確実に上記のような危険性を回避することができる。
【００５４】
また、カード側無線通信機構４７に、例えば、針先位置に関する情報、針先滑り量に関する情報、熱変位による補正量に関する情報等の個々のプローブカード４に特有な個別の情報を記録しておくことによって、アライメントを迅速に行えるとともに、プローブ針４１を確実に半導体素子の電極パッドに接触させて良好な検査を行うことができる。
【００５５】
さらに、カード側無線通信機構４７にタッチダウン回数等の使用履歴に関する情報を記憶させておき、使用する度にかかる使用履歴に関する情報を更新することによって、常に適切なタイミングで針先クリーニング（針先研磨）等のメンテナンスを実行することができ、効率良く、かつ、常に良好な針先状態で検査を行うことができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、プローブカード４の搬送途中で無線通信機構２５とカード側無線通信機構４７とによる無線通信を行うよう構成したが、例えば、プローブカード４の搬送機構を具備していないプローブ装置等では、プローブカード４をプローブ装置（インサートリング２１）に取り付けた状態で、無線通信を行うよう構成しても良い。
【００５７】
また、カード側無線通信機構４７は、プローブカード４に貼着するものに限らず、直接プローブカード４にカード側無線通信機構４７を形成したり、他の方法で固定しても良いことは勿論である。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、プローブカード４の一つの空き領域に一つのカード側無線通信機構４７を設けたが、例えば、空き領域が多い場合は、一枚のプローブカード４に複数のカード側無線通信機構４７を設けても良く、また、空き領域が少ない場合は、一枚のプローブカード４の複数箇所に分散させて一つのカード側無線通信機構４７を設けるようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、装置構成の大幅な変更を必要とすることなく、使用されるプローブカードに関する個々の情報を、プローブ装置側で自動的に取得することができ、プローブカードの種類、機差、使用履歴等に応じて適切な取り扱いを行うことのできるプローブ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブ装置の一実施形態の全体構成を示す図。
【図２】図１のプローブ装置の要部概略構成を示す図。
【図３】図１のプローブ装置の要部概略構成を示す図。
【図４】図１のプローブ装置の要部概略構成を示す図。
【図５】図１のプローブ装置の要部概略構成を示す図。
【図６】図１のプローブ装置のプローブカードの搬送状態を説明するための図。
【図７】図１のプローブ装置のプローブカードの搬送状態を説明するための図。
【図８】図１のプローブ装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
２……筐体、３……トレー、４……プローブカード、２５……無線通信機構、２６……制御部、４７……カード側無線通信機構。

Claims

被測定基板に形成された半導体素子の電極パッドに対応して複数のプローブ針が設けられたプローブカードを所定の取付治具に着脱自在に保持可能とされ、前記電極パッドと前記プローブ針を接触させて前記半導体素子の電気的検査を行うプローブ装置であって、前記プローブカードを搬送して当該プローブカードを前記取付治具に取り付け及び取り外すカード自動交換手段を具備したプローブ装置において、
前記プローブカードに、少なくともカード種類に関する情報を含む、当該プローブカードに関する情報を記憶する記憶手段を具備した第１の無線通信手段を設けるとともに、
装置内の所定の通信領域に前記プローブカードが位置した時に前記第１の無線通信手段と無線通信を行う第２の無線通信手段を設け、前記記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報を読取り可能とし、
前記カード自動交換手段による前記プローブカードの前記取付治具への取り付け前に、前記第１の無線通信手段と前記第２の無線通信手段とが無線通信を行って前記カード種類に関する情報を読み出し、登録されている種類のカードか否かを検索するよう構成したことを特徴とするプローブ装置。
請求項１記載のプローブ装置において、
前記第１の無線通信手段の前記記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報のうちの一部を、前記第２の無線通信手段から書き換え可能としたことを特徴とするプローブ装置。
請求項１又は２記載のプローブ装置において、
前記カード自動交換手段は、前記記憶手段から読み出された前記カード種類に関する情報に基づいて、前記プローブカードの前記取付治具への取り付け作業工程を実施することを特徴とするプローブ装置。
請求項３記載のプローブ装置において、
前記記憶手段から読み出された前記プローブ針の針立て高さに関する情報に基づいて前記プローブ針を撮像するカメラを前記プローブ針の針先近傍に近づけることを特徴とするプローブ装置。
請求項１〜４いずれか１項記載のプローブ装置において、
前記第１の無線通信手段が、前記第２の無線通信手段から電磁誘導により電力を得るように構成したことを特徴とするプローブ装置。
請求項１〜５いずれか１項記載のプローブ装置において、
前記第１の無線通信手段が、前記プローブカードに貼着されていることを特徴とするプローブ装置。
請求項１〜６いずれか１項記載のプローブ装置において、
前記憶手段に記憶された前記プローブカードに関する情報は、さらに、前記プローブ針の針先位置に関する情報、前記プローブ針の針先滑り量に関する情報、熱変位による補正量に関する情報、使用履歴に関する情報、のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とするプローブ装置。