JPH0758167A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば高温試験においてプローブカードのバ
ンプとウエハＷの電極パッドとを簡単に正確に位置合わ
せすること。 【構成】 ポリイミド薄膜の表面にバンプ３を配列して
プローブカード２を構成すると共に、バンプ３の配列の
周囲においてＸ、Ｙ方向に夫々目盛４１、４２を例えば
露光技術を用いて形成する。常温時のプローブカード上
のバンプの座標位置を予め記憶部に記憶しておき、プロ
ーブカードの熱膨張時に撮像ユニット６で目盛４１、４
２を読み取り、その読み取り結果とバンプの座標位置と
に基づいて、現時点のバンプの座標位置データを求め、
これによりウエハ載置台１の位置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ウエハプロセスが終了してシリコンウエハ内にＩＣチッ
プが完成した後、電極パターンのショート、オープン
や、ＩＣチップの入出力特性などを調べるためにプロー
ブテストと呼ばれる電気的測定が行われ、半導体ウエハ
（以下「ウエハ」という。）の状態でＩＣチップの良否
が判別される。その後ウエハはＩＣチップに分断され、
良品のＩＣチップについてパッケージングされてから例
えば所定のプローブテストを行って最終製品の良否が判
定される。

【０００３】このプローブ装置では、プローブ針を備え
たプローブカードと呼ばれる配線基板が用いられ、この
プローブカードは、絶縁基板の一面側に接点群が設けら
れると共に、一端がこれら接点群に夫々接続された例え
ばタングステンよりなるプローブ針の他端を斜めに延伸
して構成される。そして測定を行う場合、プローブカー
ドに形成された接点をテストヘッド側の電極に電気的に
接続する一方、プローブ針とウエハ上のチップの電極パ
ッドとをウエハ載置台の移動により位置合わせした後互
いに接触させ、テストヘッドからプローブカードを通じ
てチップにテスト用の信号を入力し、チップからの出力
信号にもとづいてチップの電気的測定を行っている。

【０００４】そしてプローブ針とウエハ上の電極パッド
とを位置合わせする方法としては、ウエハ載置台に載せ
たダミーウエハにプローブ針を接触させてその針跡をカ
メラでモニタし、オペレータにより針跡にもとづいてウ
エハ載置台の位置を調整する方法や、あるいはプローブ
針の先端をカメラでモニタすると共に別途ウエハ載置台
上のウエハの例えば２ヶ所のクロスマークをカメラでモ
ニタし、両方のモニタ結果にもとづいて同様にウエハ載
置台の位置を調整する方法が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでデバイスは最
近において増々微細化、高集積化する傾向にあり、これ
に伴いチップの電極パッドは微小化し、その配列ピッチ
も狭小化しつつある。電極パッドのサイズは、現在例え
ば一辺が約７０μｍ程度、プローブ針の先端は約３０μ
ｍ程度であるが、電極パッドが更に微小になりそのピッ
チも狭くなると、プローブ針の配列設定が非常に困難に
なってくる。

【０００６】そこで最近では、ポリイミドなどの樹脂よ
りなる例えば薄膜状の基板に例えば１８金や銅などの導
電性突起であるバンプを接触子として形成することが検
討されている。このようなプローブカードによれば、絶
縁基板上に例えば印刷技術を用いて微小なバンプを所定
の配列パターンで正確に形成することができ、今後のデ
バイスに対して好適なものとして期待されている。

【０００７】一方ＩＣチップについて常温時の試験に加
えて高温あるいは低温の条件下で電気的測定を行う場合
もあるし、更にまたＩＣチップを過酷条件において加速
試験を行いこれにより不良品を予め検出するバーンイン
テストをウエハの状態で行う場合もある。こうした試験
においてウエハは例えば１５０℃程度の温度に加熱され
る場合があるが、その際プローブカードも加熱されるた
めプローブカードに熱膨張が起こり、バンプのカード上
の位置（座標位置）が変化するため、その変化を把握し
例えば常温試験の後に再度プローブカードとウエハとを
位置合わせする必要がある。

【０００８】この位置合わせを行う場合に、従来の手法
を受け継いで行うとすると、例えばプローブカードに付
した２ヶ所のマークをカメラで下からモニターしてプロ
ーブカードの熱膨張の状況つまりバンプの配列状況を把
握し、このときのバンプの配列に見合う位置にウエハの
位置を合わせる方法が考えられるが、この方法ではバン
プの配列領域の細部に亘ってバンプの座標位置を把握す
ることができず、例えば局所的に熱膨張の程度が異なっ
ている場合には、特にバンプの数が多くかつその配列密
度が高いものに対しては全てのバンプが電極パッドに確
実に接触するとは限らなくなってくる。またプローブカ
ードの種類毎にモニターの結果にもとづいてバンプの座
標位置を予測しなければならないので作業が煩わしいと
いう問題もある。

【０００９】一方全部のバンプをカメラでモニタする方
法も考えられるが、各バンプの配列を全部チェックする
作業は非常に面倒であるし、全部のバンプを見てその座
標位置の状態を把握することは極めて困難である。また
この方法では、常温下での試験に続けて高温下での試験
を行う場合には常温下で位置合わせを行った後再び加熱
した状態で同様の操作を行わなければならないので、非
常に効率が悪い。

【００１０】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、プローブカードの接触子の
座標位置の変化を正確に簡単に把握することができ、ま
たこれにより精度の高い位置合わせを行うことができる
プローブ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、測定
部に電気的に接続され、プローブカードに配列された接
触子を被検査体載置台上の被検査体の電極パッドに接触
させ、測定部により被検査体の電気的測定を行うプロー
ブ装置において、前記プローブカードに、接触子の配列
領域の周囲に沿ってＸ、Ｙ方向に夫々並ぶように形成し
た目盛と、前記プローブカードの目盛を認識する認識手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、プローブカードにおけ
るＸ、Ｙ軸の接触子の座標位置を記憶した記憶部と、認
識手段で認識した目盛の認識結果と前記記憶部に記憶さ
れている接触子の座標位置とに基づいてそのときの接触
子の座標位置を求める演算部と、この演算部で求めた接
触子の座標位置に基づいてプローブカードに対して被検
査体載置台の相対位置を決める制御部と、を備えてなる
ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】高温（または低温）試験を行う場合、認識手段
によりプローブカードの目盛を認識し、その認識結果と
例えば常温時の接触子の座標位置データとに基づいて現
在の接触子の座標位置データを求める。従ってバンプの
配列領域の細部に亘って接触子の座標位置データを正確
に把握できるので、このデータに基づいてプローブカー
ドに対する被検査体載置台の位置を制御することで接触
子と電極パッドとを正確に位置合わせすることができ
る。

【００１４】

【実施例】図１〜図３は本発明の実施例の全体構成の概
略を示す図である。図中１はウエハ載置台であり、この
ウエハ載置台１にはヒータ１１や図示しない冷媒流路を
含む温度調整手段が内蔵されていて、ウエハＷの温度を
例えば−４０℃〜１５０℃の範囲に調整できるように構
成されている。またウエハ載置台１は、駆動機構１２に
より例えばＸ、Ｙ、θ（鉛直軸まわり）方向に微量に駆
動されると共に、検査位置と受け渡し位置との間で昇降
できるようになっている。

【００１５】前記ウエハ載置台１の上面側には、これに
対向するようにプロ−ブカ−ド２が設けられている。こ
のプロ−ブカ−ド２は、例えばポリイミド薄膜内に信号
路をなす導電層を多層形成してなるカード本体２１を備
えており、このカード本体２１の下面には接触子例えば
導電性突起であるバンプ３が配列されている。このバン
プ３は図２に示すように例えばウエハＷの全てのチップ
の電極パッドに夫々一括して接触するように当該全ての
電極パッドに対応して配列されており、例えば１８金、
白金、ロジウム、タングステンあるいはニッケル合金な
どから構成される。

【００１６】前記カード本体２１の下面側には、バンプ
３の配列領域の周囲に沿って、この例ではバンプ３の配
列領域が収まる正方形の一辺及びこれに直交する他辺に
沿って、Ｘ、Ｙ方向に夫々目盛４（４１）、４（４２）
が形成されており、バンプ３の径及び配列ピッチが例え
ば夫々５０μｍ及び１００μｍの場合、一つの目盛４自
体の幅及び目盛４の間隔は例えば夫々２５μｍ及び２５
μｍの長さに設定される。これら目盛４１、４２は、例
えば上述の薄膜を用いたプロ−ブカ−ドの製造工程にお
いて露光技術を利用してポリイミド薄膜の表面に高精度
な幅及びピッチで形成することができる。またプローブ
カード２はウエハＷの品種に応じて作られるが、カード
本体２１の下面側にはプローブカードの品種に対応した
表示例えばバーコード２２やＯＣＲ（ｏｐｔｉｃａｌ
ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｒｅａｄｅｒ）用文字２３が付さ
れている。

【００１７】前記プローブカード２は上面周縁部にて、
当該プローブカード２の形状に応じた角形リング状の枠
体５に取り付けられており、この枠体５は、テストヘッ
ド５１の下面側の配線基板であるパフォーマンスボード
５２に取り付けられている。そして図示しないが、プロ
ーブカード２の上面周縁部には、バンプ３に対してポリ
イミド薄膜（カード本体２１）に形成されたスルーホー
ルや導電層を介して電気的に接続された接続用のバンプ
が配列されており、このバンプは枠体５内の電極軸など
の導電路を介してテストヘッド５１側のパフォーマンス
ボード５２に電気的に接続されている。

【００１８】またプローブカード２の上面側には、例え
ばフレキシブルな絶縁基板に抵抗発熱層を形成してなる
ヒータ２４が貼着されている。更に枠体５の中央空間即
ちプローブカード２とパフォーマンスボード５２との間
には、エアマットやゴム体などの緩衝体２５が自らの復
元力に抗して挟入されており、これによりカード本体２
１が下面側に押圧されることとなる。

【００１９】前記ウエハ載置台１とプローブカード２と
の間には、ウエハ載置台１上のウエハＷに形成された位
置合わせ用のマーク（クロスマークやＬ型マークなど）
及びプローブカード２側に形成された位置合わせ用のマ
ークをモニターすると共に、プローブカード２側の目盛
４（４１、４２）などをモニタするための撮像ユニット
６が進退自在に設けられている。この撮像ユニット６
は、例えば図３に示すようにバンプ３に対する対物レン
ズ６１及び電極パッドＰに対する対物レンズ６２と、バ
ンプ及び電極パッドＰの像を結像するカメラ６３と、上
側の対物レンズ６１よりの像をカメラ６３側に反射する
ハーフミラー６４と、下側の対物レンズ６２から前記ハ
ーフミラー６４の裏面側までの光路を形成するミラー６
５及びプリズム６６と、上側対物レンズ６１及び下側対
物レンズ６２よりの光路を夫々独立して開閉するための
シャッタ６７、６８とを有してなる。

【００２０】ここで前記撮像ユニット６は、駆動機構Ｍ
によりＸ、Ｙ方向に移動できる支持機構７に支持されて
おり、駆動機構ＭをなすＸ方向のモーター及びＹ方向の
モーターには夫々エンコーダＥ（Ｅ₁ ，Ｅ₂ ）が連結さ
れている。

【００２１】一方前記撮像ユニット６で得られた画像
は、例えば光ファイバなどの光路を通ってコントロール
ユニット８内の画像処理部８１に取り込まれる。このコ
ントロールユニット８は、目盛デ−タ処理部８０、第１
の記憶部８２、演算部８３、第２の記憶部８４及び制御
部８５などを備えている。画像処理部８１は、撮像ユニ
ット６で得られた画像を電子データに変換する機能を有
し、位置合わせモード時にはバンプ３及び／またはウエ
ハＷ上の電極パッドの画像が画像処理部８１を介して例
えば別途設けられたＣＲＴ装置８６に表示される。

【００２２】前記第１の記憶部８２内には、プローブカ
ード２の品種毎にプローブカード２上のＸ、Ｙ座標系に
おける各バンプ３の座標位置のデータが格納されてい
る。このデ−タは、目盛４が規格通り（間伸び、収縮の
ない状態）に配列されているときのバンプ３の座標位置
を示すものである。前記目盛デ−タ処理部８０は、画像
処理部８１から送られた目盛４１、４２の画像とエンコ
ーダＥ１、Ｅ２からのパルスとに基づいてＸ方向及びＹ
方向の夫々について各目盛の間隔を例えば図４に示すよ
うにバイナリ目盛デ−タで求める機能を有する。この実
施例では撮像ユニット６、エンコーダＥ１、Ｅ２及び目
盛デ−タ処理部８０により目盛の認識部が構成される。

【００２３】前記演算部８３は、画像処理部８１から送
られたプローブカード２上のバーコード２２やＯＣＲ用
文字２３を解読してプローブカードの品種を判別し、そ
の品種に応じたプローブカードのバンプの座標位置のデ
ータを第１の記憶部８２から読み出す機能と、前記目盛
デ−タ処理部８１からのデ−タと第１の記憶部８２から
読み出したバンプの座標位置とに基づいて現在のバンプ
の座標位置を演算し、第２の記憶部８４に格納する機能
とを備えている。

【００２４】前記制御部８５は、第２の記憶部８４内に
格納された現在のバンプの座標位置とウエハＷ上の電極
パッドの座標位置とに基づいて、プローブカード２に対
するウエハＷの位置が最適となるように、つまりこの時
点（例えばプローブカードの加熱時）において全てのバ
ンプが電極パッドに確実に接触するようにウエハ載置台
１を移動する機能を有している。

【００２５】次に上述実施例の作用について、先ずウエ
ハ載置台１側のヒータ１１及びプローブカード２側のヒ
ータ２４をオンにして、ウエハＷ及びプローブカード２
を例えば１５０℃程度の温度に加熱し、被検査体例えば
ウエハＷをウエハ載置台１に載置する。その後ウエハＷ
とプローブカード２との間に撮像ユニット６を挿入し、
例えば所定の２箇所位置にて、ウエハＷ上に形成された
位置合わせ用のマークの画像を撮像ユニット６により取
り込んでＣＲＴ装置８６に表示し、オペレータがこれら
マークが画面の所定位置にくるようにウエハ載置台１を
マニュアルで駆動する。

【００２６】続いて撮像ユニット６によりプローブカー
ド２の目盛４１、４２の夫々について一端から他端まで
モニターし、各目盛り間の長さを既述したように演算部
８３により求める。一方プローブカード２のバーコード
２２やＯＣＲ用文字２３を撮像ユニット６により撮像
し、図示しないデ−タ処理部により解読して、対応する
品種のプローブカードについての各バンプ３の座標位置
を第１の記憶部８２から読み出す。演算部８３はこのデ
ータと目盛りの長さとにもとづいて現在の（熱膨張して
いる）プローブカード２の各バンプ３の座標位置を求め
て第２の記憶部８４に格納し、制御部８５は、当該記憶
部８４内のデータを参照してプローブカード２に対する
ウエハＷの位置合わせを行う。

【００２７】この位置合わせは、制御部８５がバンプの
データとウエハＷの電極パッドの座標位置のデータとに
もとづいて全てのバンプ３が夫々対応する電極パッドに
接触するようにウエハ載置台１のＸ、Ｙ方向の移動量を
決定し、この移動量だけウエハ載置台１を移動させるこ
とにより行われるが、この場合図５により模式的な例を
挙げると、例えば１番目〜４番目のバンプ３１〜３４に
対して１番目〜４番目の電極パッドＰ１〜Ｐ４が図５に
示す位置にあったとすると、対応する電極パッドに対し
て最も位置ずれの大きい２番目のバンプ３２が電極パッ
ドＰ２に一致するようにウエハ載置台１を駆動するなど
の位置合わせを行うこともできる。こうして位置合わせ
が行われた後ウエハ載置台１を上昇させてプローブカー
ド２に配列されたバンプ３をウエハＷの全てのチップの
電極パッドに一括して接触させる。このとき緩衝体２５
の復元力によりバンプ３はチップの電極パッドに押圧し
た状態で接触し、確実な電気的接触が図られる。そして
テストヘッド５から所定のパルス信号をウエハＷのチッ
プに与え、チップ側からのパルス信号をテストヘッド５
に取り込んでチップの良否を判定する。

【００２８】上述の実施例によれば、目盛４（４１、４
２）を認識し、各目盛の間隔と常温時のバンプ３の座標
位置のデータとに基づいて熱膨張時のバンプ３の座標位
置データを把握しているため、バンプの配列領域の細部
に亘ってバンプの座標位置データを正確に把握すること
ができ、従ってどのバンプと電極パッドとの組を基準と
して位置合わせをするか、そしてその場合移動量をどの
程度にすれば全ての組の位置が合うかといったことを把
握できるので、このデータに基づいてウエハ載置台１の
位置を制御することで各バンプとウエハＷの電極パッド
とを確実に接触させることができる。そしてバーコード
２２やＯＣＲ用文字２３を読み込むと共に、目盛４（４
１、４２）を認識するだけでよいため、熱膨張時のバン
プの座標位置データを簡単に把握できる。

【００２９】次に前記撮像ユニット６を移動させる具体
的機構の一例を図６及び図７に示すと、この実施例で
は、分離自在なアルミニウム製のカバー部７１及びベー
ス部７２の間に、密着して介在できるようにこれらに対
応した形状に構成された保持枠９１が設けられている。
前記カバー部７１及びベース部７２には、夫々プローブ
カード２及びウエハ載置台１が設けられており、カバー
部７１は、導入部７１ａから温度調整用の流体がダンパ
室７１ｂに入り、排出部７１ｃから排出されるように構
成される。また図６中７３は夫々バンプ３に電気的に接
続されたバンプ、７４は電極、７５はコネクタ、７６は
テストヘッドに接続されるケーブルであり、保持枠９１
を外した後、カバー部７１及びベース部７２を密着さ
せ、バンプ７３が電極７４を介してコネクタ７５に接続
されることとなる。

【００３０】前記保持枠９１の左右両縁には、Ｘガイド
レール９２、９２と、このＸガイドレール９２、９２に
ガイドされ、Ｙ方向に伸びるＹガイドレール９３、９３
とが配置されており、撮像ユニット６は、間接アーム９
４に取り付けられてＹガイドレール９３、９３に沿って
ガイドされ、こうしてＸ、Ｙ方向に移動できるように構
成される。

【００３１】以上において本発明は、高温試験に限らず
低温試験を行う場合においても適用することができ、ま
た常温試験においても目盛を認識してプローブカードの
歪みなどをチェックし、使用不能の状態であるか否かを
調べる場合に適用してもよい。このようなチェックを行
う場合には、目盛４の認識のみによってプローブカード
の状態を判断するようにしてもよい。

【００３２】そしてバンプはウエハの全チップの電極パ
ッドに一括して接触するように配列されることに限定さ
れず例えば１チップあるいは複数チップの電極パッドに
対応して配列されるものであってもよい。なお目盛の配
列方向であるＸ、Ｙ方向は、互に直交するものに限らず
斜交している場合も含まれる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、プローブカー
ドに接触子の配列領域の周囲に沿って目盛を形成してい
るため、プローブカードの膨張、収縮などの歪みを簡単
に把握することができ、接触子の座標位置の変化を把握
できる。従って被検査体とプローブカードとの正確な位
置合わせや使用不可の判定などの対応が容易にとれる。

【００３４】請求項２の発明によれば、目盛の認識結果
と予め記憶された接触子の座標位置データとに基づいて
そのときの接触子の座標位置を求めているため、接触子
の座標位置を簡単に正確に把握でき、精度の高い位置合
わせを行うことができ、接触子と電極パターンとを確実
に接触させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す全体構成図である。

【図２】本発明の実施例に係るプローブカードを示す平
面図である。

【図３】撮像ユニットの一例を示す側面図である。

【図４】プローブカードの目盛りとその間隔を示す説明
図である。

【図５】電極パッドとバンプとの位置関係の一例を示す
説明図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ウエハ載置台 ２ プローブカード ２１ カード本体 ３ バンプ ４、４１、４２ 目盛 ５ テストヘッド ６ 撮像ユニット ８２ 第１の記憶部 ８３ 演算部 ８４ 第２の記憶部 ８５ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定部に電気的に接続され、プローブカ
   ードに配列された接触子を被検査体載置台上の被検査体
   の電極パッドに接触させ、測定部により被検査体の電気
   的測定を行うプローブ装置において、 前記プローブカードに、接触子の配列領域の周囲に沿っ
   てＸ、Ｙ方向に夫々並ぶように形成した目盛と、 前記プローブカードの目盛を認識する認識手段と、 を備えたことを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】 プローブカードにおけるＸ、Ｙ軸の接触
   子の座標位置を記憶した記憶部と、 認識手段で認識した目盛の認識結果と前記記憶部に記憶
   されている接触子の座標位置とに基づいてそのときの接
   触子の座標位置を求める演算部と、 この演算部で求めた接触子の座標位置に基づいてプロー
   ブカードに対して被検査体載置台の相対位置を決める制
   御部と、 を備えてなることを特徴とするプローブ装置。