JP2913609B2 - プロービング装置、プロービング方法およびプローブカード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、プロービング装置、プ
ロービング方法およびプローブカードに関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から、半導体デバイスの製造工程で
は、半導体ウエハ上に精密写真転写技術等を用いて形成
された多数の半完成品の半導体デバイス（半導体チッ
プ）を、半導体ウエハの状態で検査（電気的特性の検
査）することが行われている。

【０００４】このような半導体ウエハの状態での半導体
チップの検査には、従来からプローブカードおよびプロ
ービング装置を用いている。プローブカードは、例えば
中央部に円形開口を有するプリント基板の下面に、半導
体チップの電極パッドに対応してプローブ（例えば金属
製の針状体）を円形開口周縁部から中央部へ向けて斜め
下方に突出する如く植設し、例えばプリント基板の端部
に設けられた接続端子と各プローブを、導体パターンに
より電気的に接続して構成されている。

【０００５】ところで、近年半導体デバイスは、大規
模、高集積化される傾向にあり、その電極パッド数は増
大し、電極パッド間隔は微細化する傾向にある。このた
め、プローブカードにおいては、微小間隔で多数のプロ
ーブを配列する必要性が生じてきている。そこで、例え
ば水晶基板等をエッチングにより成形し、表面に所望パ
ターンの導電層を形成して、プローブとしたプローブカ
ードや、プローブをほぼ垂直に配列したプローブカード
等も開発されている。

【０００６】また、プロービング装置には、半導体ウエ
ハを例えば真空チャック等により吸着保持するウエハ載
置台が移動ステ―ジによってＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動
自在に配置されている。このウエハ載置台上方の所定位
置には、上述したプロ―ブカ―ドが固定されており、ウ
エハ載置台を駆動することにより、順次半導体チップの
電極パッドにプロ―ブを接触させ、これらのプロ―ブを
介してテスタにより電気的な測定を行うよう構成されて
いる。さらに、自動化されたプロービング装置には、半
導体ウエハを収容したウエハカセットとウエハ載置台と
の間で半導体ウエハをロード・アンロードするウエハロ
ード機構と、このウエハロード機構によって載置された
ウエハ載置台上の半導体ウエハの正確な位置を認識する
ための位置認識機構例えば画像認識機構が設けられてい
る。

【０００７】上述したプロービング装置において、プロ
ーブカードは、検査を実施する半導体チップの品種に応
じて交換する必要があるが、プローブカードの交換を行
った際には、プローブと電極パッドとの位置合わせを行
う必要がある。このような場合、従来のプロービング装
置では、例えばオペレータが、プローブカードの上部に
設けた顕微鏡を目視しながら、プローブと電極パッドが
接触するように半導体ウエハ（ウエハ載置台）を移動さ
せ、位置合わせを行う。そして、この時の移動量をプロ
ービング装置が記憶し、2 枚目以降の半導体ウエハの検
査の際に、この移動量に応じてウエハ載置台駆動量の補
正を行うよう構成されている。

【０００８】また、例えば全面にアルミニウムあるいは
金等の薄膜を形成したダミーウエハとプローブとを接触
させてダミーウエハに針跡を付け、例えばこの針跡をテ
レビカメラ等で撮像してＣＲＴ等に表示し、例えばＣＲ
Ｔ上に写し出された針跡と所定のマークとが一致するよ
うに、オペレータがダミーウエハ（ウエハ載置台）を移
動させ、位置合わせを行って、プロービング装置に移動
量を認識させるものもある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のプロービング装置およびプローブカードでは、少なく
ともプローブカード交換の度に、ダミーウエハや顕微鏡
等を用いてオペレータによりプローブと電極パッドとの
位置合わせを行う必要があり、時間と労力とを必要と
し、検査効率の悪化を招くという問題があった。また、
ダミーウエハを用いて位置合わせを行うプロービング装
置では、ダミーウエハ上に多数の針跡が付くとダミーウ
エハを交換しなければならないという問題もある。

【００１０】さらに、例えば水晶基板を用いたプローブ
カードを用いた場合、針跡がつかないためにダミーウエ
ハを用いて、プローブと電極パッドとの位置合わせを行
うことができないという問題や、例えば垂直にプローブ
を配列したプローブカードを用いた場合、上部から顕微
鏡等でプローブと電極パッドとの接触部位を観察するこ
とができずプローブと電極パッドとの位置合わせを行う
ことが困難であるという問題がある。

【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、水晶基板からなるプローブや垂直に配列
したプローブにも対応することができ、またダミーウエ
ハを用いることもなく、プローブと電極パッドとの位置
合わせを、迅速かつ正確に実施することのできるプロー
ビング装置、プロービング方法およびプローブカードを
提供しようとするものである。

【００１２】［発明の構成］

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のプロ
ービング装置は、半導体チップの電極に対応してプロー
ブを配列されたプローブカードを、所定位置に保持する
ためのカード保持手段と、上面に半導体ウエハを保持
し、移動可能に構成された載置台と、前記載置台上に保
持された前記半導体ウエハの位置を認識するウエハ位置
認識手段と、前記ウエハ位置認識手段による前記半導体
ウエハの位置認識とは別に、前記プローブカードに形成
された位置合せ用マークを検出し、該プローブカードの
位置を検出するカード位置検出手段と、前記ウエハ位置
認識手段の位置認識結果と前記カード位置検出手段の位
置認識結果に応じて、前記載置台を駆動し、該載置台上
に保持された前記半導体ウエハに形成された前記半導体
チップの電極と、前記カード保持手段に保持された前記
プローブカードの前記プローブとを接触させる制御手段
とを具備したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のプローブカードは、基体
と、半導体ウエハ上に形成された半導体チップの電極に
対応して前記基体に配列されたプローブとを具備し、請
求項１記載のプロービング装置に装着されるプローブカ
一ドにおいて、前記基体に、前記プロービング装置で該
プローブカードの位置を認識するための位置合せ用マー
クを設けたことを特徴とする。さらに、本発明のプロー
ビング方法は、半導体チップの電極に対応してプローブ
を配列されたプローブカードを所定位置に保持するため
のカード保持手段と、上面に半導体ウエハを保持して移
動可能に構成された載置台とを備え、前記載置台上に保
持された前記半導体ウエハの位置を検出する工程と、前
記半導体ウエハの位置検出とは別に前記プローブカード
に形成された位置合せ用マークの位置を検出する工程
と、前記検出されたウエハの位置情報と前記プローブカ
ードの位置情報とを演算する工程と、前記演算結果に応
じて前記載置台を駆動し、該載置台上に保持された前記
半導体ウエハに形成された半導体チップの電極と、前記
カード保持手段に保持されたプローブカードのプローブ
とを接触させる工程とを具備したことを特徴とする。

【００１５】

【作 用】上記構成の本発明では、プローブカードの基
体に設けられた位置合せ用マーク（例えば基体下面に設
けられた複数のクロスマーク）を、プロービング装置の
カード位置検出手段（例えば光学的読取り手段）によっ
て読み取り、このプローブカードの位置を検出する。

【００１６】したがって、例えば顕微鏡やダミーウエハ
等を用いること無く、プローブと電極パッドとの位置合
わせを、迅速かつ正確に実施することができる。また、
水晶基板からなるプローブや垂直に配列したプローブを
用いる場合でも対応することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のプロービング装置、プロービ
ング方法およびプローブカードの一実施例を図面を参照
して説明する。

【００１８】図２に示すように、プロービング装置１０
には、半導体ウエハ１１を例えば真空チャック等により
吸着保持可能に構成されたウエハ載置台１２が設けられ
ている。このウエハ載置台１２は、移動ステ―ジ１３上
に固定されており、この移動ステ―ジ１３によってＸ−
Ｙ−Ｚ−θ方向に移動自在に構成されている。ウエハ載
置台１２の上方には、半導体ウエハ１１に形成された半
導体チップの電極に対応して多数のプローブ１４ａを設
けられたプローブカード１４を着脱自在に保持するカー
ド保持機構１５が設けられている。

【００１９】なお、例えばウエハ載置台１２に、上下方
向（Ｚ方向）に所定距離例えば数十ミクロン程度、所定
の弾性力で移動する機構を設けておけば、自動的に所定
圧力でプローブと電極パッドが当接され、例えば垂直方
向に変形しにくい垂直なプローブを用いる場合等に有効
である。

【００２０】また、ウエハ載置台１２および移動ステ―
ジ１３の側方には、ウエハローダ１６と、複数例えば5
枚の半導体ウエハ１１を収容可能に構成されたウエハカ
セット１７を載置するための複数（図２には一つのみ示
す）のカセット載置台１８とが設けられている。そし
て、ウエハローダ１６によって、カセット載置台１８上
のウエハカセット１７内から一枚ずつ半導体ウエハ１１
を取り出し、例えば半導体ウエハ１１のオリエンテーシ
ョンフラットの位置を検出すること等によりプリアライ
メントを実行し、この半導体ウエハ１１をウエハ載置台
１２上の所定位置に載置するよう構成されている。な
お、この時のプリアライメントによる位置精度は、例え
ば±1mm 程度である。したがって、正確に言えば半導体
ウエハ１１はウエハ載置台１２上の基準位置から±1mm
程度の範囲に載置されることになる。また、このウエハ
ローダ１６は、電気的特性の検査を終了した半導体ウエ
ハ１１を、ウエハ載置台１２上から所定のウエハカセッ
ト１７に収容するよう構成されている。

【００２１】さらに、例えば上述したウエハローダ１６
とカード保持機構１５との間には、ウエハ載置台１２上
の半導体ウエハ１１の正確な位置を認識するための位置
認識機構として、例えばテレビカメラ１９が設けられて
おり、このテレビカメラ１９で得られた撮像信号は、例
えばマイクロコンピュータ等からなる主制御部２０に入
力されるように構成されている。

【００２２】また、ウエハ載置台１２の所定部位例えば
側方には、カード位置認識機構２１が設けられている。
このカード位置認識機構２１は、図１に示すように、光
源例えば半導体レーザ射出機構２１ａ、ハーフミラー２
１ｂ、受光センサ２１ｃ等から構成されている。そし
て、プローブカード１４の下面に形成された位置合わせ
用マーク２２に、半導体レーザ射出機構２１ａからハー
フミラー２１ｂを介してレーザビーム２３を照射し、反
射光をハーフミラー２１ｂによってほぼ直角に曲げて受
光センサ２１ｃで検知するよう構成されている。

【００２３】一方、図３に示すように、上記位置合わせ
用マーク２２は、プローブカード１４の基体、例えば、
円板状のプリント基板１４ｂの下面に複数例えば2 個設
けられており、例えばミラー状に形成された円形の反射
面２２ａと、この反射面２２ａ内に描かれたクロスマー
ク２２ｂとから構成されている。また、この実施例のプ
ローブカード１４には、図２に示すように例えばプリン
ト基板１４ｂ上に、不揮発性メモリ等からなるデータ記
憶機構２４が設けられており、各位置合わせ用マーク２
２のクロスマーク２２ｂの交点と、プローブ１４ａとの
相対的な位置関係を示す情報が、このデータ記憶機構２
４に記憶されている。なお、このようなデータは、プロ
ーブカード製造時にデータ記憶機構２４内に書き込まれ
る。このデータ記憶機構２４内のデータは、各プローブ
１４ａと図示しないテスタとを電気的に接続るための電
極と同様に、プリント基板１４ｂの端部に形成された図
示しない電極を介して、読み込むことができるよう構成
されている。

【００２４】上記構成のこの実施例のプロービング装置
１０では、半導体チップの品種によって電極パッドの位
置、数等が異なるため、電気的特性の検査を実施する半
導体チップに応じて、プローブカード１４を選択し、マ
ニュアル操作あるいは自動カード交換機構（図示せず）
等によって、カード保持機構１５にこのプローブカード
１４を配置する。また、検査を実施する半導体ウエハ１
１を収容したウエハカセット１７を、マニュアル操作あ
るいは自動搬送ロボット等によりカセット載置台１８上
に載置する。

【００２５】するとプロービング装置１０は、まず、カ
ード位置認識機構２１がプローブカード１４の位置合わ
せ用マーク２２のどちらか一方の下方に位置するよう、
ウエハ載置台１２を移動させる。そして、カード位置認
識機構２１の半導体レーザ射出機構２１ａから、プロー
ブカード１４の位置合わせ用マーク２２にレーザビーム
２３を照射しつつ、ウエハ載置台１２をＸおよびＹ方向
に移動させ、例えば図４に矢印で示すように、レーザビ
ームスポットを走査する。この時の反射光を、受光セン
サ２１ｃで検知し、主制御装置２０で解析することによ
り、位置合わせ用マーク２２のクロスマーク２２ｂの交
点の位置を認識する。

【００２６】この後、もう一方の位置合わせ用マーク２
２の下方にカード位置認識機構２１が位置するようウエ
ハ載置台１２を移動させ、同様にしてこの位置合わせ用
マーク２２のクロスマーク２２ｂの交点の位置を認識す
る。

【００２７】そして、プローブカード１４のデータ記憶
機構２４から、クロスマーク２２ｂの交点の位置とプロ
ーブ１４ａの位置との関係を示すデータを読み込み、上
記認識結果とこのデータとから、主制御装置２０におい
て、カード保持機構１５に保持されたプローブカード１
４のプローブ１４ａの位置を認識する。

【００２８】次に、ウエハローダ１６によって、ウエハ
カセット１７内から一枚ずつ半導体ウエハ１１を取り出
し、例えば半導体ウエハ１１のオリエンテーションフラ
ットの位置を検出すること等によりプリアライメントを
実行し、この半導体ウエハ１１をウエハ載置台１２上の
所定位置に載置する。なお、この時、ウエハ載置台１２
は、予めウエハローダ１６側のウエハ受け渡し位置に移
動し、ここで待機している。

【００２９】この後、ウエハ載置台１２がテレビカメラ
１９の下方に移動し、テレビカメラ１９によって、ウエ
ハ載置台１２上の半導体ウエハ１１を撮影し、半導体ウ
エハ１１の拡大像の映像信号を得る。この半導体ウエハ
１１の拡大像の映像信号は、主制御部２０に入力され
る。主制御部２０は、この映像信号を解析し、例えば半
導体ウエハ１１上の各半導体チップの間に形成されたス
クライブラインの位置によって、ウエハ載置台１２上の
半導体ウエハ１１の位置（所定位置からのずれ）を認識
する。

【００３０】しかる後、主制御部２０は、上述のように
して得られたプローブカード１４のプローブ１４ａの位
置と、ウエハ載置台１２上の半導体ウエハ１１の位置と
に基づいて、ウエハ載置台１２の駆動量を算出し、この
算出結果を駆動制御装置２５に送る。駆動制御装置２５
は、この主制御部２０の算出結果に基づいて移動ステ―
ジ１３によるウエハ載置台１２の駆動を制御し、半導体
ウエハ１１上に形成された半導体チップの電極パッド
と、プローブカード１４のプローブ１４ａとを正確に接
触させる。そして、このプローブ１４ａを介して、図示
しないテスタにより各半導体チップの電気的特性の検査
を行う。

【００３１】このようにして、例えば一枚の半導体ウエ
ハ１１上に形成された全ての半導体チップの電気的特性
の検査が終了すると、ウエハ載置台１２が受け渡し位置
に移動し、ウエハローダ１６によって、電気的特性の検
査が終了した半導体ウエハ１１を、ウエハ載置台１２上
からカセット載置台１８上の所定のウエハカセット１７
に収容する。

【００３２】そして、ウエハローダ１６は、次の半導体
ウエハ１１をウエハカセット１７から取り出し、プリア
ライメントした後ウエハ載置台１２上に載置し、上記手
順と同様にしてこの半導体ウエハ１１の検査を実施す
る。ただし、この場合、同じプローブカード１４を使用
するので、カード位置認識機構２１による位置認識は行
わない。

【００３３】このように、本実施例のプロービング装置
１０およびプローブカード１４によれば、プローブカー
ド１４に設けられた2 つの位置合せ用マーク２２のクロ
スマーク２２ｂを、プロービング装置１０のカード位置
検出手段２１によって読み取り、このプローブカード１
４の位置を検出する。そして、データ記憶機構２４に記
憶されている位置合わせ用マーク２２とプローブ１４ａ
との相対的な位置関係を示す情報により、プローブ１４
ａの位置を認識し、半導体ウエハ１１の半導体チップの
電極パッドとプローブ１４ａとを接触させる。

【００３４】したがって、例えば顕微鏡やダミーウエハ
等を用いること無く、プローブ１４ａと電極パッドとの
位置合わせを自動で迅速かつ正確に実施することができ
る。また、例えば水晶基板からなるプローブを用いた場
合は針跡が付かないためダミーウエハを用いることがで
きず、また、垂直に配列したプローブを用いる場合は、
上部から顕微鏡等を用いて電極パッドとプローブ１４ａ
との接触位置を観察することができないが、このような
場合でも、上記実施例と同様にして対応することができ
る。さらに、プローブカード１４を自動的に交換する自
動カード交換機構を設けることにより、人手による針合
わせの不要な完全自動のプロービング工程を実現するこ
とができる。

【００３５】なお、上記実施例では、プローブカード１
４に位置合わせ用マーク２２とプローブ１４ａとの相対
的な位置関係を示す情報を記憶するためのデータ記憶機
構２４を設けた例について説明したが、例えばこのよう
な情報は、他の記憶メディア例えばフロッピーディスク
等により、主制御装置２０あるいはテスタに入力するこ
ともできる。このような場合、プローブカード１４と、
フロッピーディスク等に記憶されたデータとを照合する
ために、例えばプローブカード１４を特定するための手
段、例えばバコード等をプローブカード１４に設け、こ
れを読み取ってデータと対応させる必要がある。

【００３６】また、例えば図５に示すように、従来から
使用しているプローブカード３０を用いる場合は、複数
例えば2 つの位置合わせ用マーク３１を備えたアダプタ
ー３２をプローブカード３０に固定する。そして、この
アダプター３２の位置合わせ用マーク３１とプローブ３
０ａとの相対的な位置を予め測定し、図示しないデータ
記憶機構あるいはフロッピーディスク等に記憶させてお
けば、上記実施例と同様にして適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプロービ
ング装置、プロービング方法およびプローブカードによ
れば、通常の形のプローブを用いた場合はもちろん、水
晶基板からなるプローブや垂直に配列したプローブを用
いた場合でも、プローブと電極パッドとの位置合わせ
を、自動で迅速かつ正確に実施することが可能となる。
また、ダミーウエハ等を用いる必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプロービング装置の要部構
成を示す図である。

【図２】図１のプロービング装置の全体構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の一実施例のプローブカードの要部構成
を示す図である。

【図４】位置認識工程を説明するための図である。

【図５】本発明の他の実施例のプローブカードの要部構
成を示す図である。

【符号の説明】

１０ プロービング装置 １２ ウエハ載置台 １４ プローブカード １４ａ プローブ １４ｂ プリント基板 ２１ カード位置認識機構 ２１ａ 半導体レーザ射出機構 ２１ｂ ハーフミラー ２１ｃ 受光センサ２１ｃ ２２ 位置合わせ用マーク ２３ レーザビーム ２４ データ記憶機構

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの電極に対応してプローブ
   を配列されたプローブカードを、所定位置に保持するた
   めのカード保持手段と、 上面に半導体ウエハを保持し、移動可能に構成された載
   置台と、 前記載置台上に保持された前記半導体ウエハの位置を認
   識するウエハ位置認識手段と、前記ウエハ位置認識手段による前記半導体ウエハの位置
   認識とは別に、 前記プローブカードに形成された位置合
   せ用マークを検出し、該プローブカードの位置を検出す
   るカード位置検出手段と、 前記ウエハ位置認識手段の位置認識結果と前記カード位
   置検出手段の位置認識結果に応じて、前記載置台を駆動
   し、該載置台上に保持された前記半導体ウエハに形成さ
   れた前記半導体チップの電極と、前記カード保持手段に
   保持された前記プローブカードの前記プローブとを接触
   させる制御手段とを具備したことを特徴とするプロービ
   ング装置。
2. 【請求項２】 基体と、半導体ウエハ上に形成された半
   導体チップの電極に対応して前記基体に配列されたプロ
   ーブとを具備し、請求項１記載のプロービング装置に装
   着されるプローブカ一ドにおいて、 前記基体に、前記プロービング装置で該プローブカード
   の位置を認識するための位置合せ用マークを設けたこと
   を特徴とするプローブカード。
3. 【請求項３】 半導体チップの電極に対応してプローブ
   を配列されたプローブカードを所定位置に保持するため
   のカード保持手段と、上面に半導体ウエハを保持して移
   動可能に構成された載置台とを備え、 前記載置台上に保持された前記半導体ウエハの位置を検
   出する工程と、前記半導体ウエハの位置検出とは別に 前記プローブカー
   ドに形成された位置合せ用マークの位置を検出する工程
   と、 前記検出されたウエハの位置情報と前記プローブカード
   の位置情報とを演算する工程と、 前記演算結果に応じて前記載置台を駆動し、該載置台上
   に保持された前記半導体ウエハに形成された半導体チッ
   プの電極と、前記カード保持手段に保持されたプローブ
   カードのプローブとを接触させる工程とを具備したこと
   を特徴とするプロービング方法。