JP4413130B2

JP4413130B2 - プローブカードを用いた半導体素子の検査方法およびその検査方法により検査した半導体装置

Info

Publication number: JP4413130B2
Application number: JP2004343675A
Authority: JP
Inventors: 大輔藤井
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: US20060114008A1; KR20060059786A; CN1782716A; JP2006153620A

Description

本発明は、半導体ウェハに形成した半導体素子の端子に接触させて半導体素子の電気的な検査に用いるプローブカードを用いた半導体素子の検査方法およびその検査方法により検査した半導体装置に関する。

従来のプローブカードは、半導体素子の高集積化に伴うプローブカードの多ピン化、挟ピッチ化の要求に応えるためにプローブカードの基板にメッキ処理により測定プローブを形成して測定プローブの先端の接触点を揃え、適正なオーバドライブ量を与えてほぼ一様な接触圧を確保している（例えば、特許文献１参照。）。
このような測定位置の針先位置を検出する方法としては、斜めに設置した基板に取付けた測定プローブの先端を撮影した画像の輪郭から、測定プローブの先端の針先位置を検出することが行われており、検出した針先位置に基づいて測定プローブの先端と半導体素子の端子とを合わせて接触させ、半導体素子の電気的な検査を行っている（例えば、特許文献２参照。）。
特公平７−８２０２７号公報（第２頁段落０００３−段落０００７、第１図）特開２０００−２４９７４５号公報（第３頁段落００１７−第４頁段落００２３、第１図）

しかしながら、上述した特許文献２の技術においては、測定プローブの先端を撮影した画像の輪郭から、測定プローブの先端の針先位置を検出して水平方向の位置合せを行っているため、プローブカードの昇降装置や半導体ウェハを設置するステージのガタや経時変化等により垂直方向の位置ずれが生じた場合には測定プローブを接触させるときのオーバドライブ量が不適切となって接触圧が過少となり、接触抵抗が増加して電気的な検査を正確に行うことが困難になるという問題がある。

このことは、製品である半導体装置の正常品の不良率を増加させる結果になる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、測定プローブのオーバドライブ量を適切にして接触圧を安定させ、もって接触抵抗の減少を図る手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、ステージに設置された半導体ウェハに形成された半導体素子の端子に接触させる測定プローブと、前記測定プローブを取付けた基板と、前記測定プローブを取付ける四角形のプローブ設置領域の少なくとも２辺の外側の前記基板上に取付けられた、前記測定プローブより短い少なくとも３本のダミープローブと、前記ダミープローブの先端に形成された、前記半導体ウェハと測定プローブとの間隔を設定する基準となる基準面とを備え、前記半導体ウェハに形成された半導体素子を複数回に分けて検査するプローブカードを用いた半導体素子の検査方法であって、全ての前記ダミープローブの基準面の高さを測定するステップと、測定した前記各基準面の高さを基に、前記プローブカードの面としての傾きを求め、前記プローブカードを回転させて、その傾きを前記半導体ウェハの面と平行になるように補正するステップと、測定した前記各基準面の高さを基に、前記プローブカードを、予め設定された前記半導体ウェハの端子と前記測定プローブの先端との間隔の設定値に合わせて昇降させ、プローブカードの高さを補正するステップと、前記ステージの所定の位置に検査対象の半導体ウェハを設置するステップと、前記半導体ウェハの半導体素子の端子に前記測定プローブの先端を押圧させて、前記半導体素子を電気的に検査するステップとを備えることを特徴とする。

これにより、本発明は、プローブカードの高さを容易に測定することができ、検査装置に垂直方向の位置ずれが生じた場合においてもオーバドライブ量を適切にして測定プローブを端子に押圧することが可能になり、接触抵抗を減少させて半導体ウェハの電気的な検査を正確に行うことができると共に、製品である半導体装置の正常品の不良率を低減することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるプローブカードの実施例について説明する。

図１は実施例のプローブカードを示す側面図、図２は図１のＡ方向矢視図、図３は実施例の半導体ウェハの検査装置を示す説明図、図４は実施例の半導体ウェハに対するダミープローブの設置場所を示す説明図である。
図３において、１は検査装置である。
２は半導体ウェハであり、ＬＳＩ等の複数の半導体素子３ａ、３ｂ（図４参照、位置を区別する必要がない場合は半導体素子３という）が形成されている。本実施例の半導体ウェハ２は形成されている半導体素子３を分割して個片とし、ウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置を製造するための半導体ウェハである。

４は端子としての半田ボールであり、半導体素子３の外部接続端子５に半田を付着させて略半球形状の突起として形成される。
６は検査装置１のステージであり、図示しないＸ−Ｙ移動機構を備えており、半導体ウェハ２が設置される。
７は距離測定装置としてのカメラであり、ステージ６の半導体ウェハ２の検査開始時の原位置の近傍に設置されたズーム機能を有するカメラであって、撮影した対象物の画像によりその対象物を認識する機能および音波の反射等により焦点距離を検出して認識した対象物までの距離を測定する機能を有している。

このカメラ７の視野は最小の撮影倍率としたときに１つの半導体素子３の全体を撮影することができる広さであり、最大の撮影倍率としたときに後述するダミープローブ１６の基準面１８の全体とその近傍のみを撮影することができる広さになるように設定されている。
８はプローブカード取付台であり、半導体ウェハ２の半導体素子３の電気的な検査を行うためのリレーや抵抗、電源供給経路等およびこれらを接続する配線が設置されており、プローブカード１１が取付けられる。

プローブカード取付台８には、図示しない昇降機構および水平軸回りの回転機構が設けられており、プローブカード１１の上下方向の位置および傾きの補正が可能なように構成されている。
９は検査装置１の制御装置の制御部であり、ステージ６のＸ−Ｙ方向の移動やプローブカード取付台８の昇降や回転等の移動制御を実行する機能を有している。

１０は記憶部であり、制御部９が実行する移動制御プログラムやその処理結果等を格納する機能を有している。
また、記憶部１０にはダミープローブ１６の基準面１８の高さをカメラ７が検出する焦点距離に対応する距離とした設定基準距離や、ステージ６に設置された半導体ウェハ２の半導体素子３の半田ボール４と設定基準距離に位置したプローブカード１１の測定プローブ１３の先端（本実施例では針状突起１５の先端）との距離に適切なオーバドライブ量δ（半田ボール４等の端子に測定プローブ１３の先端が当接した後の押込み量をいう。）を加えた半導体ウェハ２に形成した半田ボール４と測定プローブ１３の先端との適切な間隔である間隔基準値等が予め設定されて格納されている。

図１、図２において、１２はプローブカード１１の基板であり、略四角形状に形成され、プローブカード取付台８に位置決めして取付けられる。
１３は測定プローブであり、金属等の導電性材料で形成された接触させる半田ボール４の直径より小さい直径を有する円柱部材であって、検査対象となる一つの半導体素子３の複数の半田ボール４に対応させたプローブ群１４（図２に示す２点鎖線で囲った複数の測定プローブ１３をいう。）に分けて基板１２に取付けられており、プローブカード取付台８に取付けられたときにその所定の配線に接続可能に構成されている。本実施例では８つの半導体素子３を同時に検査するために測定プローブ１３は８つのプローブ群１４に分けて基板１２に取付けられている。

１５は針状突起であり、測定プローブ１３の基板１２の反対側の端部、つまり先端部に針状部材を冠状に配置して形成される。
１６はダミープローブ（位置を区別する必要がある場合のみ添字ａ〜ｄ（図２参照）を付す。）であり、金属材料等で形成された測定プローブ１３の直径と略同等の直径を有する円柱部材であって、基板１２の略中央部に設けられたプローブ群１４が設置されるプローブ設置領域１７（図２に示す破線で囲った領域をいう。）の外側に設置され、その基板１２の反対側の端部の端面を平面に成形して検査開始時の間隔基準値の設定の基準面１８として機能させる。

ダミープローブ１６の長さは、測定プローブ１３の長さより短く設定、つまり検査時に測定プローブ１３が半導体ウェハ２に形成された半田ボール４に接触したときにダミープローブ１６が半導体ウェハ２に当接しない長さに設定される。
本実施例の測定プローブ１３の長さは約０．７５ｍｍ、ダミープローブ１６の長さは約０．３ｍｍに設定され、ダミープローブ１６はプローブ設置領域１７の４隅の外側にそれぞれ１本、合計４本設置されている。

なお、ダミープローブ１６の本数は１本でもよく、複数であってもよい。ダミープローブ１６を複数設置する場合の設置場所は、略四角形のプローブ設置領域１７の少なくとも２辺の外側に少なくとも３本、つまり３つの測定点により平面を構成することができる位置に設定されていれば足り、図４に示すように検査対象となる半導体素子３ａの外側を囲む半導体素子３ｂの略半分の領域（図４に示す太い実線で囲った領域）に属する半田ボール４の設置位置に設置するのが望ましい。

以下に、図５を用いてＳで示すステップに従って本実施例の半導体ウェハの検査方法について説明する。
Ｓ１（基準面高測定ステップ）、半導体ウェハ２の検査を開始する前に、検査装置１の制御装置の制御部９は、ステージ６を移動させてプローブカード１０を半導体ウェハ２の検査開始時の原位置に位置させ、ステージ６に設置したカメラ７の撮影倍率を最小にして図２に示すダミープローブ１６ａをステージ６をＸ−Ｙ方向に移動させて探し、画像認識によりダミープローブ１６ａを認識すると撮影倍率を最大にしてその基準面１８にピントを合わせて焦点距離を検出する。

次いで、前記と同様にしてカメラ７を移動させてダミープローブ１６ｂを認識し、その基準面１８の焦点距離を検出する。同様にしてダミープローブ１６ｃ、１６ｄの基準面１８の焦点距離を検出してダミープローブ１６ａ〜１６ｄの基準面１８の高さを測定する。
Ｓ２（プローブカード高補正ステップ）、制御部９は測定した各基準面１８の高さを基に、プローブカードの位置の補正値を求める。

すなわち、測定した各基準面１８の高さを平均して現在の基準面１８までの距離を求め、記憶部１０から読出した設定基準距離との差を算出して図５に矢印Ｂで示す昇降方向の補正値を求める。
また、測定した各基準面１８の高さの中から最も低い位置にあるダミープローブ１６の基準面１８の高さを抽出し、その高さと他のダミープローブ１６の基準面１８の高さとの差とそのダミープローブ１６までの距離により他のダミープローブ１６に対する傾き角とその方向を算出し、測定プローブ１３の先端を半導体ウェハ２のおもて面と平行（本実施例では水平）にするための面としての傾き方向とその傾きの補正値を求める。

そして、求めた昇降方向の補正値および面としての傾き方向とその傾きの補正値に基づいて、プローブカード取付台８の図示しない昇降機構を作動させ、プローブカード１１を昇降させて予め設定された設定基準距離に合わせて補正する共に、図示しない回転機構を作動させ、プローブカード１１を図５に矢印θで示す方向に回転させ、その面としての傾きを半導体ウェハ２のおもて面と平行となるように補正する。

Ｓ３（半導体ウェハ設置ステップ）、検査対象となる半導体ウェハ２をステージ６に搬送しての真空吸引等により所定の位置に設置する。
本実施例では、最初に検査する８つの半導体素子３の各半田ボール４がこれに対応する測定プローブ１３の位置となる位置、つまり検査開始時の原位置に半導体ウェハ２が設置される。

Ｓ４（測定プローブ押圧ステップ）、制御部９は検査対象となる半導体ウェハ２を所定の位置に設置すると、記憶部１０のプローブカード１１の間隔基準値を読出し、これをプローブカード１１の降下量としてプローブカード取付台８の図示しない昇降機構により降下させ、半導体ウェハ２の半導体素子３の半田ボール４に測定プローブ１３の針状突起１５の先端を押圧させて半導体素子３を電気的に検査する。

このとき、図６に示すオーバドライブ量δが予め間隔基準値に加えられているので、針状突起１５の先端が半田ボール４に接触して押圧したときに、針状突起１５の先端が半田ボール４にオーバドライブ量δに相当する長さ分食込み、接触抵抗が減少して電気的な検査を正確に行うことが可能になる。
その後、制御部９はプローブカード１１を設定基準距離まで上昇させ、ステージ６を移動させて次に検査する８つの半導体素子３の各半田ボール４がプローブカード１１の測定プローブ１３の位置となる位置に半導体ウェハ２を移動させ、上記ステップＳ４と同様にして半田ボール４に測定プローブ１３の先端を押圧させて半導体素子３を電気的に検査する。この作動を順次に繰返して半導体ウェハ２に形成された半導体素子３の電気的な検査が終了する。

このようにして半導体ウェハ２に形成された半導体素子３の電気的な検査が行われ、検査が終了した半導体ウェハ２はそこに形成されている半導体素子３毎に分割されて個片とされ、本実施例のウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置が製造される。
この場合に、複数の半導体素子３を半導体ウェハ２に形成したまま、短冊状に分割または分割せずに半導体装置として機能させるようにしてもよい。

なお、上記のステップＳ１、Ｓ２の作動は、１枚の半導体ウェハ２を設置する毎に作動させるようにしてもよく、定期的（例えば半導体ウェハ２の製造ロット毎）または必要に応じて実施するようにしてもよい。
また、ダミープローブ１６を１本とした場合には、その１本の基準面１８の高さを現在の基準面１８までの距離とし、これと設定基準距離との差を昇降方向の補正値として求めるようにすればよい。

以上説明したように、本実施例では、プローブカードの測定プローブの外側の領域に設けたダミープローブの端部に、半導体ウェハの半田ボールと測定プローブの先端との間隔を設定する基準面を形成したことによって、プローブカードの高さを容易に測定することができ、プローブカードの昇降装置や半導体ウェハを設置するステージのガタや経時変化等により垂直方向の位置ずれが生じた場合においてもオーバドライブ量を適切にして測定プローブを半田ボールに押圧することが可能になり、針状突起の食込み量を適切にして接触抵抗を減少させることができ、半導体ウェハの電気的な検査を正確に行うことができると共に、製品である半導体装置の正常品の不良率を低減することができる。

また、測定プローブの先端部に針状突起を設けた場合には針状突起の先端にカメラのピントを合わせることは困難であるので、このような場合においてもダミープローブの基準面を利用すればプローブカードの高さを容易に測定することができる。
更に、測定プローブを取付ける略四角形のプローブ設置領域の少なくとも２辺の外側にダミープローブを少なくとも３本配置したことによって、それぞれの基準面の高さの測定値から容易にプローブカードの面としての傾きを求めることができ、測定プローブの先端を半導体ウェハのおもて面に平行とすることが可能となり、１つのプローブ群に対応する半導体素子の各半田ボールや複数のプローブ群に対応する半導体素子の各半田ボールへの測定プローブの先端の食込み量の均一化を図ることができ、半導体素子の電気的な検査のバラツキを低減することができる。このことは複数の半導体素子を同時に検査するプローブカードに特に有効である。

更に、半導体ウェハに形成した半導体素子の検査工程で、半導体ウェハの検査の開始前に予めダミープローブの基準面高さの測定値を用いてプローブカードの高さを設定された間隔基準値となるように補正する検査ステップを設けたことによって、半導体素子の電気的な検査を常に適切なオーバドライブ量で検査することができ、半導体ウェハの電気的な検査を常に正確に行うことができる。

なお、本発明は測定プローブの先端が接触する端子が電極パッドや外部接続端子等の平坦な端子である場合にも適用することができる。この場合においても上記と同様に適切なオーバドライブ量の設定が容易となるので、測定プローブの先端が測定プローブ自身の弾性（例えば特許文献２の場合は斜めに設置された測定プローブの反りによる弾性）や測定プローブ自身もしくはプローブカード取付台に設けられたバネ要素による弾性によりオーバドライブ量δに相当する力で端子を適切な接触圧となるように押圧することができ、接触抵抗を減少させて電気的な検査を正確に行うことができる。

上記実施例においては、距離測定装置としてズーム機能を有するカメラを用いてダミープローブの位置を認識し、その基準面までの焦点距離を音波の反射により検出してプローブカードの高さを測定するとして説明したが、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等により撮影した対象物の画像の鮮明度により焦点距離を検出して対象物までの距離を測定する機能をするカメラや顕微鏡を用いるようにしてもよく、超音波や赤外線、電磁波等により距離を測定する機器とダミープローブの位置を認識するカメラ等とを組合せて用いるようにしてもよい。

実施例のプローブカードを示す側面図図１のＡ方向矢視図実施例の半導体ウェハの検査装置を示す説明図実施例の半導体ウェハに対するダミープローブの設置場所を示す説明図実施例の半導体ウェハの検査ステップを示す説明図実施例の針状突起先端のオーバドライブ量を示す説明図

符号の説明

１検査装置
２半導体ウェハ
３半導体素子
４半田ボール
５外部接続端子
６ステージ
７カメラ
８プローブカード取付台
９制御部
１０記憶部
１１プローブカード
１２基板
１３測定プローブ
１４プローブ群
１５針状突起
１６ダミープローブ
１７プローブ設置領域
１８基準面

Claims

ステージに設置された半導体ウェハに形成された半導体素子の端子に接触させる測定プローブと、
前記測定プローブを取付けた基板と、
前記測定プローブを取付ける四角形のプローブ設置領域の少なくとも２辺の外側の前記基板上に取付けられた、前記測定プローブより短い少なくとも３本のダミープローブと、
前記ダミープローブの先端に形成された、前記半導体ウェハと測定プローブとの間隔を設定する基準となる基準面とを備え、前記半導体ウェハに形成された半導体素子を複数回に分けて検査するプローブカードを用いた半導体素子の検査方法であって、
全ての前記ダミープローブの基準面の高さを測定するステップと、
測定した前記各基準面の高さを基に、前記プローブカードの面としての傾きを求め、前記プローブカードを回転させて、その傾きを前記半導体ウェハの面と平行になるように補正するステップと、
測定した前記各基準面の高さを基に、前記プローブカードを、予め設定された前記半導体ウェハの端子と前記測定プローブの先端との間隔の設定値に合わせて昇降させ、プローブカードの高さを補正するステップと、
前記ステージの所定の位置に検査対象の半導体ウェハを設置するステップと、
前記半導体ウェハの半導体素子の端子に前記測定プローブの先端を押圧させて、前記半導体素子を電気的に検査するステップとを備えることを特徴とするプローブカードを用いた半導体素子の検査方法。
請求項１において、
前記ダミープローブは、前記測定プローブと同等の直径を有する円柱部材であることを特徴とするプローブカードを用いた半導体素子の検査方法。
請求項１において、
前記ダミープローブの長さを、前記測定プローブの先端が前記端子に接触したときに、前記ダミープローブの先端が前記端子に接触しない長さとし、
前記ダミープローブを、前記プローブ設置領域の外側に存在する半導体素子の端子の設置位置に取付けたことを特徴とするプローブカードを用いた半導体素子の検査方法。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記ステージに、前記ダミープローブの基準面の高さを測定するカメラを設けておき、
前記カメラによって、前記基準面の高さを測定することを特徴とするプローブカードを用いた半導体素子の検査方法。
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプローブカードを用いた半導体素子の検査方法を用いて検査した半導体ウェハを個片に分割して形成したことを特徴とする半導体装置。