JP3902749B2 - インピーダンス校正を自動的に行うプローバ及びそのためのトレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ上のチップ（ダイ）の電気的なテストのために、テスタと各チップの電極を接続するプローバに関し、特に高周波特性を測定するためにインピーダンス校正基板（ＩＳＳ）にプローバの触針を接触させる機能を有するプローバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハ上に多数の半導体チップ（ダイ）を形成した後、ウエハ上の各チップの電気的特性をテストすることが行われる。このテストを行うためには、各チップの電極パッドに電源及びテスタで生成したテスト信号を印加して、電極パッドに生じた信号を検出して正常に動作しているかを確認する。テスタと各チップの電極を接続する装置がプローバである。
【０００３】
プローバは、ウエハを固定して移動するステージと、チップの電極パッドに接触する触針と、複数のダイの配列及び電極と触針との位置関係を検出するアライメント手段とを有し、各ダイの電極に触針を接触させた上で、触針とテストヘッドの端子を電気的に接続し、テストヘッドから電源及び信号を印加して出力される信号を検出してテストを行う。アライメント手段は、ダイの配列及び電極を検出するアライメントカメラと、触針の位置関係を検出する針合わせカメラとを有し、位置関係を算出する。制御部は、検出した位置関係に基づいてステージを回転及び移動して触針を各ダイの電極パッドに接触させ、テストが終了すると次のダイの電極パッドに触針を接触させてすべてのダイのテストが終了するまで同様の動作を繰り返す。
【０００４】
プローバについては広く知られているので、ここではこれ以上の説明は省略する。
【０００５】
各ダイは動作条件に対応した所定のテストを行う必要がある。ウエハに形成される半導体チップ（ダイ）には、非常な高周波数で動作するものもあり、テストも高周波数の動作条件で行う必要があるが、そのような場合、触針を含めたテスタと電極パッドの間のテスト配線経路のインピーダンスが動作に影響する。そのため、高周波数で動作するダイをテストする場合には、テスト配線経路のインピーダンスを校正する必要がある。
【０００６】
そのため、インピーダンス校正基板(Impedance Standard Substrate:ISS)と呼ばれるチップが用意されており、触針をＩＳＳの所定部分に接触させた上で所定のキャリブレーション動作を行うことによりインピーダンス校正が行える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＳＳはチップの形状をしており、インピーダンス校正を行う場合には、プローバのステージにＩＳＳを貼り付けて、オペレータがマニュアル操作で、触針をＩＳＳの所定部分に接触させた上でインピーダンス校正を行っていた。
【０００８】
しかし、このような操作は煩雑で、誤った操作を行った場合には触針を破損するなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、煩雑なインピーダンス校正の作業が簡単に行えるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、ウエハに類似した形状を有し、ＩＳＳを所定の位置に固定することが可能な専用のトレイを使用して、通常のウエハ上のダイをテストする時と同じようにインピーダンス校正が行えるようにする。
【００１１】
すなわち、本発明のプローバは、複数のダイが形成されたウエハを固定して搬送するウエハ搬送機構と、テストヘッドの端子に接続され、ダイの電極に接触してテストヘッドの端子とダイの電極とを接続する触針と、複数のダイの電極と触針の位置関係を検出するアライメント手段と、触針を各ダイの電極の電極に順次接触させるように、ウエハ搬送機構とアライメント手段を制御する制御手段とを備えるプローバであって、ウエハ搬送機構はインピーダンス校正基板（ＩＳＳ）を所定位置に載置したウエハと類似の形状のトレイを搬送し、制御手段は、触針とインピーダンス校正基板の電極の位置関係を検出するようにアライメント手段を制御し、触針が前記インピーダンス校正基板の電極に接触するようにウエハ搬送機構を制御する機能を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ＩＳＳはウエハに類似した形状を有する専用のトレイにより所定の位置に固定されるので、ウエハ上のダイの電極に接触するのと同じように触針をＩＳＳの電極に接触させることができる。したがって、ＩＳＳを使用したインピーダンス校正をダイのテストと同じように自動的に行える。
【００１３】
ウエハ搬送機構は、ウエハをステージに固定する真空吸着機構を有するが、上記のトレイは、それをステージに載置した状態で真空吸着機構を動作させることにより、インピーダンス校正基板はトレイに固定され、トレイはステージに固定されるようにすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例のウエハテストシステムの全体構成を示す図であり、現在使用されている一般的なウエハテストシステムと同様の構成を有する。図示のように、プローバ１は、ウエハ５を固定して搬送するステージ１１と、触針１３を有するプローブカード１２と、各部の制御を行う制御部１４と、触針１３の位置を検出する針合わせカメラ１５と、ダイの配列及びダイの電極パッドの位置を検出するアライメントカメラ１６とを有する。プローブカード１２には、ばねで付勢されたポゴピンと呼ばれる接続機構により、テストヘッド２のパフォーマンスカードが接続される。これによりテストヘッド２の端子と触針１３が接続状態になる。テストヘッド２は、回転軸４の周りに回転可能に保持されている。テスタ３は、テストヘッド２と電気的に接続されており、テスタ３で発生したテスト信号がテストヘッド２に送られ、それに応じてテストヘッド２ではダイに印加する信号が生成される。これらの信号は、プローブカード１２と触針１３を介してダイの電極パッドに印加される。なお、電源電圧などもテストヘッド２からプローブカード１２と触針１３を介してダイの電極パッドに印加される。ダイの電極パッドに出力された信号は、触針１３とプローブカード１２を介してテストヘッド２へ送られ、何らかの処理の後テスタ３に送られて解析され、所定の信号が得られているか確認される。
【００１５】
ダイが高周波数で動作する場合には、テストヘッド２には、高周波数信号を扱うＲＦモジュール２１と、電源電圧や低周波数信号を扱うＤＣモジュール２２が設けられる。ＲＦモジュール２１の端子とＤＣモジュール２２の端子は、それぞれ異なる触針１３に接続される。ＩＳＳによるインピーダンス校正が行われるのは、ＲＦモジュール２１との間の信号経路だけである。
【００１６】
ステージ１１は、真空チャックによりウエハ５を固定するようになっている。ステージ１１は、図示の経路で、プローバの上面まで移動し、そこでウエハ５の受け渡し（ロード・アンロード）が行われる。また、プローバの側面に引き出せるトレイホルダがあり、トレイホルダの上に後述するトレイを載置すると、ステージ１１の上面まで搬送されるようになっており、逆にステージ１１の上面のトレイがトレイホルダの上に戻されるようになっている。
【００１７】
図２は、ＩＳＳ３１のパターンと、インピーダンス校正基板（ＩＳＳ）３１が設けられるトレイ４０の形状を示す図であり、図３はトレイの断面形状を示す図である。図示のように、ＩＳＳ３１は長方形の小さな平板の形状をしており、表面には、４隅に設けられたターゲットマーク３３と、複数のアライメントマーク３４，３５と、キャリブレーション用の複数のパターン３６，３７とが設けられている。ＩＳＳ３１は、ウエハに類似した形状のトレイ４０の所定の位置に設けられた穴４１に嵌め合わされて配置される。図３の（Ａ）に示すように、トレイ４０は、アルミニューム製又はセラミック製の基板で、ＩＳＳ３１が嵌る穴４１が設けられている。穴４１の下には更に穴４５が設けられており、トレイ４０をステージ１１に載置して真空吸着すると、トレイ４０がステージ１１に吸着されて固定されると共に、穴４５の部分が減圧されるのでＩＳＳ３１はトレイ４０に固定される。
【００１８】
図３の（Ｂ）は、アルミニューム製又はセラミック製のトレイ４０と基板４３を張り合わせて補強した変形例を示す。基板４３の上面の中心部には穴が設けられており、基板４３の上にトレイ４０を載置すると穴４５につながる空間が形成される。この空間は基板４３の穴４６により基板３の裏面につながっている。トレイ４０を載置した基板４３をステージ１１に載置して真空吸着すると、基板４３がステージ１１に吸着されて固定されると共に、トレイ４０と基板４３の間の空間が減圧されるので、トレイ４０は基板４３に固定され、ＩＳＳ３１はトレイ４０に固定される。
【００１９】
上記の構成により、ウエハの形状に近似した形状のトレイの所定位置にＩＳＳ３１が固定されることになり、ＩＳＳ３１の位置はウエハ上のダイを指定するのと同じように指定することが可能になる。
【００２０】
実施例のプローバは、上記のＩＳＳ３１とトレイ４０を使用してインピーダンス校正を自動的に行う機能を有している。図４は、インピーダンス校正処理を示すフローチャートである。
【００２１】
ステップ１０１では、ＩＳＳ３１をトレイ４０に載せて、トレイ４０を図１で説明したトレイホルダにセットする。ステップ１０２では、トレイをトレイホルダからステージ１１の上に搬送して真空吸着する。この際、図示していない装置によりトレイのオリエンテーションフラットを検出して、トレイの向きを合わせる。これにより、ＩＳＳ３１のステージ上の位置は、所定の位置に対してある誤差範囲内にあることになる。これによりアライメントカメラにより捕らえられる画像の範囲内に自動的にＩＳＳ３１を位置させることが可能になる。
【００２２】
ステップ１０３では、ＩＳＳ３１がアライメントカメラ１６の下に位置するようにステージを移動し、ステップ１０４で、アライメントカメラ１６によりＩＳＳ３１のアライメントマーク３４，３５を認識する。アライメントカメラ１６の画像上の位置は、ステージの移動座標に対してあらかじめ測定されており、ＩＳＳ３１のアライメントマーク３４，３５のステージの移動座標における位置が決定される。
【００２３】
ステップ１０５では、針合わせカメラ１５が触針１３の下に位置するように移動し、針合わせカメラ１５で触針１３を認識する。図５は、その場合に針合わせカメラ１５が捕らえる画像の例を示し、画像５０内に６本の触針１３が捕らえられ、触針１３の先端６１−６６、すなわちＩＳＳ３１のパターンに接触する部分の画像中心５１に対する相対位置が認識される。針合わせカメラ１５の画像上の位置は、ステージの移動座標に対してあらかじめ測定されており、触針１３の先端６１−６６ステージの移動座標における位置が決定される。
【００２４】
ステプ１０６では、認識したＩＳＳ３１のアライメントマーク３４，３５の位置及び触針１３の先端６１−６６の位置から、触針１３をＩＳＳ３１の所望のパターンに接触させるための移動量を演算する。なお、ＩＳＳ３１のパターンの方向と触針１３の配列の方向を一致させるのに必要なステージの回転量も演算する。接触させる所望のパターンは、テスタ３からＧＰ−ＩＢインターフェースにより制御部１４に指示される。ステップ１０７では、ステップ１０６で演算した移動量及び回転量に基づいてステージ１１を移動及び回転して、触針１３をＩＳＳ３１の所望のパターンに接触させる。ステップ１０８では、制御部１４からテスタ３に触針１３の接触が完了したことを通知し、テスタ３からテストヘッド２を介して信号が出力されて、インピーダンス校正のためのキャリブレーションが行われる。
【００２５】
ステップ１０９では、すべてのキャリブレーションが終了したか判定され、終了していなければステップ１０６に戻って上記の処理を繰り返す。すべてのキャリブレーションが終了した時には、ステップ１１０でステージをトレイの受け渡し位置まで移動してトレイをトレイホルダに移動し、トレイを回収して終了する。
【００２６】
触針１３の配置はダイの電極に対応して決定される。ＩＳＳ３１は汎用的に使用されるものであり、触針１３の配置がＩＳＳ３１のパターンの配置に一致するとは限らない。図６はそのような場合のキャリブレーションの方法を説明する図である。まず。図６の（Ａ）に示すように、６本のうちの左側の３本の触針６７をＩＳＳ３１上のパターン３７に接触させる。そして左側の３本の触針についてキャリブレーションを行なう。次に、図６の（Ｂ）に示すように、右側の３本の触針６８をＩＳＳ３１上のパターン３８に接触させ、右側の３本の触針についてキャリブレーションを行なう。以上の動作は、アライメントマーク３４，３５からのパターン３７，３８の位置と左側と右側の触針の位置に基づいて移動量を演算して自動的に行われる。
【００２７】
なお、左側と右側の触針６７，６８の両方を同時にＩＳＳ３１上のパターン３９に接触させる場合には、図６の（Ｃ）に示すようにして行う。
【００２８】
以上本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能である。例えば、上記の実施例ではすべて自動的に行われる例を説明したが、一部をオペレータがマニュアル操作で行うことも可能である。例えば、触針をＩＳＳ上のパターンに接触させる場合、上記の実施例では触針を接触させるパターンを、テスタ３からＧＰ−ＩＢインターフェースを介してアライメントマーク３４，３５からの相対位置を指示することにより行うが、アライメントカメラ１６で捕らえたＩＳＳの表示画像において、ジョイスティクなどを使用してアライメントマーク３４，３５からの相対位置を指示し、制御部１４はアライメントマーク３４，３５の位置に指示された相対位置を加えた位置に接触させるように制御するようにしてもよい。
【００２９】
また、アライメントカメラと針合わせカメラで認識した位置関係で制御しても若干の接触位置の誤差を生じる場合がある。そこで、演算値に基づいて一旦触針をＩＳＳに接触させた後、ＩＳＳをアライメントカメラの下に移動して触針の接触跡を画像上で目視で判定して補正することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、煩雑なインピーダンス校正の作業が簡単に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のウエハテストシステムの全体構成を示す図である。
【図２】ＩＳＳ３１のパターンと、インピーダンス校正基板（ＩＳＳ）が設けられるトレイ４０の形状を示す図である。
【図３】トレイの断面形状を示す図である。
【図４】実施例におけるインピーダンス校正動作を示すフローチャートである。
【図５】針合わせカメラの画像の例を示す図である。
【図６】触針の配置がＩＳＳのパターンの配置に一致しない場合と一致する場合の接触状態を説明する図である。
【符号の説明】
１…プローバ
２…テストヘッド
３…テスタ
５…ウエハ
１１…ステージ
１３…触針
３１…インピーダンス校正基板（ＩＳＳ）
４０…トレイ

Claims (3)

1. 複数のダイが形成されたウエハを固定して搬送するウエハ搬送機構と、
   テストヘッドの端子に接続され、前記ダイの電極に接触して前記テストヘッドの端子と前記ダイの電極とを接続する触針と、
   前記複数のダイの電極と前記触針の位置関係を検出するアライメント手段と、
   前記触針を各ダイの電極に順次接触させるように、前記ウエハ搬送機構と前記アライメント手段を制御する制御手段とを備えるプローバであって、
   前記ウエハ搬送機構はインピーダンス校正基板（ＩＳＳ）を所定位置に載置した前記ウエハと類似の形状のトレイを搬送し、
   前記制御手段は、前記触針と前記インピーダンス校正基板の電極の位置関係を検出するように前記アライメント手段を制御し、前記触針が前記インピーダンス校正基板の電極に接触するように前記ウエハ搬送機構を制御する機能を有することを特徴とするプローバ。
2. 前記ウエハ搬送機構は、前記ウエハをステージに固定する真空吸着機構を有し、
   前記トレイを前記ステージに載置した状態で前記真空吸着機構を動作させることにより、前記インピーダンス校正基板は前記トレイに固定され、前記トレイは前記ステージに固定される請求項１に記載のプローバ。
3. テスタやアナライザ等の測定器の校正に使用するインピーダンス校正基板（ＩＳＳ）を保持して搬送するインピーダンス校正基板搬送トレイであって、
   前記トレイは、
   ウエハに類似した形状を有し、
   所定位置に前記インピーダンス校正基板を嵌める穴と、
   前記穴の下に、前記トレイの裏面に接続される真空経路とを有し、
   前記トレイをステージに載置した状態で前記トレイの裏面を真空吸着することにより、前記インピーダンス校正基板は前記トレイに固定され、前記トレイは前記ステージに固定されることを特徴とするインピーダンス校正基板搬送トレイ。

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