JP4901317B2 - プローバ及び平行度調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うために半導体チップの電極をテスタに接続するプローバ及びプローバにおけるプローブカードとウエハステージの平行度を調整する平行度調整方法に関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを利用して行われる。プローバは、ウエハをステージに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

図１は、プローバ１０とテスタ３０を備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、ベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた複数の支柱１２と、複数の支柱１２上に設けられたヘッドステージ１３と、で構成される筐体を有する。ベース部材１１には、Ｙ移動ベース１４と、Ｙ移動ベース１４上を移動するＹ移動部材１５と、Ｙ移動部材１５に取り付けられたＹ軸移動部１６と、Ｙ軸移動部１６上に設けられたＸ移動ベース１７と、Ｘ移動ベース１７上を移動するＸ移動部材１８と、Ｘ移動部材１８に取り付けられたＸ軸移動部１９と、Ｘ軸移動部１９上に設けられたＺ軸移動機構及びθ回転機構を収容するＺ・θ機構部２０と、Ｚ・θ機構部２０に設けられたチャック２１と、で構成されるチャック移動機構が設けられている。検査されるウエハＷはチャック２１の上に載置され、真空吸着などにより固定される。固定されたウエハＷは、チャック移動機構により、３軸方向に移動可能で、Ｚ軸を軸として回転可能である。

ヘッドステージ１３には穴２５が設けられており、穴２５の部分にカードホルダ２２が設けられる。カードホルダ２２にはプローブカード２３が取り付けられる。プローブカード２３は、カンチレバー式やスプリングピン式の弾性のあるプローブ２４が設けられており、プローブ２４が検査するウエハＷ上に形成されたデバイス（ダイ）の電極に接触する。プローブ２４は、デバイスの電極配置に応じて配置する必要があり、プローブカード２３は検査するデバイスに応じて交換される。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。コンタクトリング３２にはスプリングプローブが設けられており、コンタクトリング３２をプローブカード２３に近接させて、スプリングプローブを、プローブカード２３の上側の面に設けられた端子に接触させる。端子は各プローブ２４に接続されており、このようにしてプローブ２４とテスタ３０の端子が接続された状態になる。

なお、プローバ１０には、この他にも、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラや、ウエハＷのダイの電極位置を検出するウエハアライメントカメラなどが設けられているが、ここでは図示を省略している。

また、半導体デバイスは広い温度範囲で使用されるため、各種の温度条件で検査する必要がある。そこで、チャック２１上に保持されたウエハＷを加熱又は冷却するために、チャック２１に、ヒータ機構、チラー機構、ヒートポンプ機構などのチャック２１の温度を変える温度調整機構を設ける場合もあるが、ここでは図示を省略している。

検査を行う場合には、図示していない針位置合わせカメラ及びウエハアライメントカメラで、チャック２１に保持したウエハＷのダイの電極とプローブ２４の相対位置を検出し、ダイの電極の配列方向がプローブ２４の配列方向に一致するように、チャック２１を回転し、検査するダイの電極がプローブ２４の下に位置するように移動し、チャック２１を上昇させて、電極パッドをプローブ２４に接触させる。

プローブ２４は、弾性を有し、プローブの先端位置より接触点を上昇させることにより、電極に所定の接触圧で接触する。ウエハＷとプローブ２４の先端の配列面との傾き及びプローブ２４の先端位置のばらつきなどを考慮して、電極パッドとプローブ２４が確実に接触するように、プローブ２４の先端位置より高い位置まで電極パッド、すなわちウエハＷの表面を上昇させている。これをオーバードライブと称し、検出したプローブ２４の先端位置からウエハＷの表面を更に上昇させる移動量をオーバードライブ量と称する。従って、すべてのプローブが所定の接触圧でウエハの電極に接触していれば、チャック２１全体には、１本のプローブの接触圧にプローブ本数を乗じた接触圧力が印加される。近年は、スループットの向上のため、複数のダイを同時に検査するマルチプロービング処理が行われており、プローブの本数が数千本にもなる場合があり、そのような場合には、プローブカード２３及びウエハチャック２１には全体として非常に大きな接触圧が印加される。

以上説明したプローバの構成は広く知られており、例えば、特許文献１及び２などに記載されている。

従来、プローブカード２３は検査するウエハＷに応じて交換されるが、カードホルダ２２は、プローバ１０に付属した部材であり、交換されないものとして取り扱われてきた。各プローブ２４が電極の所定範囲の接触圧で接触するには、プローブカード２３の複数のプローブ２４の先端部分は平面を成し、この平面がチャック２１と平行であることが要求される。

そこで、カードホルダ２２はプローブカード２３を取り付ける場合の基準面を有し、プローブカード２３はプローブ２４の先端部分が基準面に対して平面をなすように製作される。そして、ヘッドステージ１３に固定したカードホルダ２２の基準面がチャック２１と平行になるように、調整を行っている。具体的には、押しネジ機構などにより複数の支柱１２の先端をそれぞれ独立に上下移動させる機構を設けてヘッドステージ１３の傾きを調整可能にして、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の間の間隔及びその変化を測定しながら、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面が平行になるようにヘッドステージ１３の傾きを調整して固定していた。この調整は、手作業で行われていた。一度調整されて工場から出荷されたプローバは、所定の仕様を満足するプローブカード２３を使用する限り問題を生じることはない。

特開平１０−１５００８１号公報 特開２００２−１７０８５５

しかし、近年検査工程の生産性の向上等の観点から、プローブカード２３に対応させて複数種類のカードホルダ２２を用意して、プローブカード２３及びカードホルダ２２を交換して検査を行うことにより、プローバを効率的に使用することが行われるようになってきた。上記のように、カードホルダ２２は、プローバに１対１に対応して使用されるものとして、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面が平行になるように調整されており、異なるカードホルダ２２を取り付けると、カードホルダ２２の加工精度の違いのためにカードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の平行度が悪化するという問題を生じる。

カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の平行度が悪化すると、複数のプローブ２４をチャック２１に保持されたウエハＷのダイの電極に接触させると、一部のプローブ２４で、電極との接触圧が所定範囲外になるという問題を生じる。例えば、接触圧が所定範囲より小さくなると、接触抵抗が増加して正常な検査が行えないという問題を生じ、接触圧が所定範囲より大きくなると、プローブ２４及び電極が大きな接触圧のために破損するという問題を生じる。

そこで、異なる種類のカードホルダ２２に交換した時には、ヘッドステージ１３の傾きを再調整してカードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面を平行にする必要があるが、上記のように、従来の調整機構は押しネジ機構などにより複数の支柱１２の先端をそれぞれ独立に上下移動させる機構を設けてヘッドステージ１３の傾きを調整するもので、容易に調整が行えないという問題があった。また、調整は、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の間の間隔を測定しながら行う必要があり、非常に煩雑な作業であった。そのため、出荷されて半導体製造工程で使用されているプローバで、カードホルダ２２を交換するごとにこのような作業を行うことはできなかった。

本発明は、このような問題を解決するもので、カードホルダの基準面とチャックの載置面を平行にする調整が容易に行えるようにすると共に、カードホルダを交換した時に自動で調整が行えるようにすることを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、複数の支柱のそれぞれの温度を独立に変化させる支柱温度調整手段を設けて、熱膨張により各支柱の伸縮量を調整することにより、ヘッドステージの傾きを調整可能にする。

すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成されたデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記デバイスの電極に接続するプローバであって、ベース部材、前記ベース部材に設けられた複数の支柱及び前記複数の支柱に支持されたヘッドステージを有する筐体と、前記ウエハを保持するウエハステージと、前記ウエハステージを移動する移動機構と、前記デバイスの電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードを保持するように、前記ヘッドステージに設けられたカードホルダと、前記複数の支柱のそれぞれの温度を独立に変化させる支柱温度調整手段と、を備えることを特徴とする。

複数の支柱は、金属製などの温度変化に応じて大きく伸縮する材料製であることが望ましい。

複数の支柱は、それぞれベース部材やヘッドステージ及び周囲の雰囲気と異なる温度になるので、ベース部材やヘッドステージへ熱が伝達しにくくなるように、複数の支柱は断熱手段を介してベース部材及びヘッドステージと結合するようにする。また、周囲の雰囲気との間で熱が伝達しにくくなるように、複数の支柱はそれぞれ周囲に断熱手段を有することが望ましい。この断熱手段は、各支柱の周りに設けた断熱部材でも、各支柱の周りに設けたダクト内に所定の温度の気体を送風する機構でもよい。

支柱温度調整手段は、複数の支柱のそれぞれに設けられた複数のヒータと、複数のヒータにそれぞれ電力を供給し、それぞれに供給する電力が調整可能であるヒータ電源と、複数の支柱のそれぞれの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出した各支柱の温度に基づいて、各支柱の温度を所定の温度に調整する温度制御部と、で構成できる。

カードホルダが交換可能である場合には、プローバ全体の制御を行う制御部が、使用するカードホルダに対応させて、カードホルダとウエハステージを平行にするための各支柱の伸縮量に関する情報を記憶しておき、使用するカードホルダに応じて支柱温度調整手段の温度制御部に所定の温度を指示する。温度制御部が各支柱を指示された温度に調整すれば、カードホルダとウエハステージは平行になる。

また、本発明のカードホルダとウエハステージの平行度を調整する平行度調整方法は、ベース部材、前記ベース部材に設けられた複数の支柱及び前記複数の支柱に支持されたヘッドステージを有する筐体と、ウエハを保持するウエハステージと、前記ウエハステージを移動する移動機構と、デバイスの電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードを保持するように前記ヘッドステージに設けられたカードホルダと、を備えるプローバにおいて前記複数の支柱のそれぞれの温度を独立に変化させることにより、各支柱の伸縮量を調整して前記ヘッドステージの傾きを変化させることを特徴とする。

本発明により、ヘッドステージの傾きを容易に調整できるようになり、カードホルダを交換した場合にも、カードホルダとウエハステージが平行になるように調整可能である。

図２は、本発明の実施例のプローバを有するウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図１と比較して明らかなように、実施例のプローバは、支柱１２の部分及びそれに関連する部分が従来例と異なり、他の部分は従来例と同じ構成である。従って、ここでは支柱の部分及びそれに関連する部分についてのみ説明する。

実施例のプローバでは、各支柱が、鉄製などの大きな熱膨張をする材料製の支柱部材５１Ａ、５１Ｂと、支柱部材５１Ａ、５１Ｂとベース部材１１の間に設けられた断熱性で剛性の高い材料で作られたベース断熱部材５２Ａ、５２Ｂと、支柱部材５１Ａ、５１Ｂとヘッドステージ１３の間に設けられた断熱性で剛性の高い材料で作られたヘッドステージ断熱部材５３Ａ、５３Ｂと、支柱部材５１Ａ、５１Ｂの側面を覆うように周囲に設けられた支柱断熱部材５４Ａ、５４Ｂと、支柱部材５１Ａ、５１Ｂの内部又は支柱部材５１Ａ、５１Ｂの側面と支柱断熱部材５４Ａ、５４Ｂの間に設けられたヒータ５５Ａ、５５Ｂと、支柱部材５１Ａ、５１Ｂの温度を検出する温度センサ５６Ａ、５６Ｂと、支柱断熱部材５４Ａ、５４の周囲に設けられ、支柱断熱部材５４Ａ、５４の表面との間で送風路を形成するダクト部材５７Ａ、５７Ｂと、で構成される。ダクト部材５７Ａ、５７Ｂにより形成される送風路には、ポンプ５８からダクト部材５７Ａ、５７Ｂの吸気口５９Ａ、５９Ｂにプローバ１０の内部と同じ温度の気体（空気）が送風され、排気口６０Ａ、６０Ｂから排気される。

ヒータ電源６１は、ヒータ５５Ａ、５５Ｂに供給する電力を独立して調整でき、各ヒータの発熱量を独立に変化させることができる。温度制御部６２は、温度センサ５６Ａ、５６Ｂの検出する各支柱部材５１Ａ、５１Ｂの温度を読み取って、ヒータ電源６１が各ヒータ５５Ａ、５５Ｂに供給する電力を制御する。制御部６３は、プローバ１０の全体又は実施例のウエハテストシステムを制御する部分で、コンピュータにより実現される。なお、温度制御部６２を制御部６３の一部として実現することも可能である。

支柱は一般に４本設けられ、各支柱に上記のような構成が設けられている。

実施例では、複数のカードホルダ２２が使用されるとする。従来工場で行われていたのと同様に、各カードホルダ２２を装着して、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の間の間隔及びその変化を測定して、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面の相対的な傾きを求め、これを平行にするためのヘッドステージ１３の傾き調整量を演算する。そして、このようなヘッドステージ１３の傾き調整量を得るための各支柱の伸縮量を演算し、更にこのような伸縮量を得るための各支柱部材の温度を演算する。このようにして演算した各支柱の温度を制御部６３に記憶しておく。なお、各支柱をこのようにして演算した温度にして、カードホルダ２２の基準面とチャック２１の載置面が実際に所望の平行度になっているかを確認することが望ましい。

カードホルダ２２を交換した時には、制御部６３は、そのカードホルダ２２に対応して記憶された４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂの温度を、温度制御部６２に設定する。温度制御部６２は、４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂをそれぞれ設定された温度になるように、ヒータ電源６１を制御する。この制御は、検査が行われている間行われる。

４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂは、設定温度になることにより熱膨張により伸縮する。これによりヘッドステージ１０の各支柱に指示される部分の高さが変化してヘッドステージ１０の傾きが変化して、カードホルダ２２の基準面とチャック２４の載置面が平行になる。ベース断熱部材５２Ａ、５２Ｂ及びヘッドステージ断熱部材５３Ａ、５３Ｂが設けられているので、４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂの温度が変化しても、ベース部材１１及びヘッドステージ１０への熱移動は小さい。また、４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂの周囲には支柱断熱部材５４Ａ、５４Ｂが設けられているので、周囲雰囲気との間の熱移動も小さい。これにより、４本の支柱部材５１Ａ、５１Ｂの温度制御を効率よく行うことができる。

たとえ断熱部材を設けても、長時間検査を行う間には、断熱部材自体の温度が徐々に変化して周囲の雰囲気を変化させる。しかし、本実施例のプローバでは、支柱断熱部材５４Ａ、５４Ｂの周囲にはダクト部材５７Ａ、５７Ｂにより送風路が形成され、周囲の雰囲気と同じ温度の気体が送風されるので、周囲の雰囲気の温度変化を抑制できる。

以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例があり得るのはいうまでもない。

本発明は、プローバであればどのようなプローバにも適用可能である。

プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの概略構成を示す図である。 実施例のプローバを有するウエハテストシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１１ ベース部材
１２ 支柱
１３ ヘッドステージ
２２ カードホルダ
２３ プローブカード
２４ プローブ
３０ テスタ
５１Ａ、５１Ｂ 支柱部材
５２Ａ、５２Ｂ ベース断熱部材
５３Ａ、５３Ｂ ヘッドステージ断熱部材
Ｗ ウエハ

Claims (7)

1. ウエハ上に形成されたデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記デバイスの電極に接続するプローバであって、
   ベース部材、前記ベース部材に設けられた複数の支柱及び前記複数の支柱に支持されたヘッドステージを有する筐体と、
   前記ウエハを保持するウエハステージと、
   前記ウエハステージを移動する移動機構と、
   前記デバイスの電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードを保持するように、前記ヘッドステージに設けられたカードホルダと、
   前記複数の支柱のそれぞれの温度を独立に変化させる支柱温度調整手段と、
   を備えることを特徴とするプローバ。
2. 前記複数の支柱は、金属製などの熱膨張の大きな材料製である請求項１に記載のプローバ。
3. 前記複数の支柱は、それぞれ断熱手段を介して、前記ベース部材及び前記ヘッドステージと結合されている請求項１又は２に記載のプローバ。
4. 前記複数の支柱は、それぞれ周囲に断熱手段を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
5. 前記支柱温度調整手段は、
   前記複数の支柱のそれぞれに設けられた複数のヒータと、
   前記複数のヒータにそれぞれ電力を供給し、それぞれに供給する電力が調整可能であるヒータ電源と、
   前記複数の支柱のそれぞれの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出した各支柱の温度に基づいて、各支柱の温度を所定の温度に調整する温度制御部と、を備える請求項１から４のいずれか１項に記載のプローバ。
6. 当該プローバの制御を行う制御部を備え、
   前記カードホルダは交換可能であり、
   前記制御部は、使用する前記カードホルダに対応させて、前記カードホルダと前記ウエハステージを平行にするための各支柱の伸縮量に関する情報を記憶しており、使用する前記カードホルダに応じて前記支柱温度調整手段の前記温度制御部に前記所定の温度を指示する請求項５に記載のプローバ。
7. ベース部材、前記ベース部材に設けられた複数の支柱及び前記複数の支柱に支持されたヘッドステージを有する筐体と、ウエハを保持するウエハステージと、前記ウエハステージを移動する移動機構と、デバイスの電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードを保持するように前記ヘッドステージに設けられたカードホルダと、を備えるプローバにおいて、前記カードホルダと前記ウエハステージの平行度を調整する平行度調整方法であって、
   前記複数の支柱のそれぞれの温度を独立に変化させることにより、各支柱の伸縮量を調整して前記ヘッドステージの傾きを変化させることを特徴とする方法。

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