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JPH1167854A - Wafer prober - Google Patents

Wafer prober

Info

Publication number
JPH1167854A
JPH1167854A JP9227512A JP22751297A JPH1167854A JP H1167854 A JPH1167854 A JP H1167854A JP 9227512 A JP9227512 A JP 9227512A JP 22751297 A JP22751297 A JP 22751297A JP H1167854 A JPH1167854 A JP H1167854A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
probe
probe head
head assembly
semiconductor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9227512A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Kawamata
信尋 川又
Norio Ishibiki
典夫 石引
Tatsuya Arai
辰也 荒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Japan Ltd
Original Assignee
Texas Instruments Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Japan Ltd filed Critical Texas Instruments Japan Ltd
Priority to JP9227512A priority Critical patent/JPH1167854A/en
Publication of JPH1167854A publication Critical patent/JPH1167854A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To fully cope with severe requirements on space and operability which will be brought about by switchover to a 12-inch wafer in the near future, on testing electrical performances in a semiconductor element area of a wafer. SOLUTION: A probe head assembly 20 is connected electrically to a multimeter for determining the electrical characteristics of a semiconductor element area, while the probe head assembly 20 is provided with probe needles which point to the semiconductor element area of a wafer WF. A chuck 5 for loading and holding the wafer WF is made of a fixed type, and the probe head assembly 20 is moved horizontally, at least from the end of connection to the tester, as a basic point, by a drive mechanism (multi-axis robot or X-Y direction drive linear motor). The probe head assembly 20 driven by the drive mechanism is moved horizontally and sequentially makes tests of the semiconductor element area of the wafer loaded and held on the chuck 5 of the fixed type, through the probe needles thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はウエハプローバに関す
るものであり、さらに詳しくはウエハ上に並設区画され
た半導体素子域の電気的特性をテスタに接続されたプロ
ーブニードルによりテストするシステムにおけるスペー
ス面での改良に係るものであって、遠くない将来におけ
るウエハの大口径化への移行を視野に入れた提案であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer prober and, more particularly, to a space plane in a system for testing the electrical characteristics of a semiconductor device area partitioned in parallel on a wafer by a probe needle connected to a tester. This is a proposal with a view to a shift to a larger wafer diameter in the not-so-distant future.

【0002】この明細書において「半導体素子域」と
は、ウエハ上においてスクライブラインにより区画され
て行列状に並設された同一回路構成の回路ユニットを言
うものであって、電気的特性のテストの後でスクライブ
ラインに沿って切り離されてICチップなどの半導体素
子となるものである。
[0002] In this specification, the term "semiconductor element region" refers to a circuit unit having the same circuit configuration which is partitioned by scribe lines on a wafer and arranged in a matrix, and is used for testing electrical characteristics. It is later cut along a scribe line to become a semiconductor element such as an IC chip.

【0003】またこの明細書で「X、Y、Z方向」とは
互いに直交する三次元方向を言い、以下の記載において
XY方向は水平方向、Z方向は鉛直方向である。
[0003] In this specification, the "X, Y, Z directions" refer to three-dimensional directions orthogonal to each other, and in the following description, the XY directions are horizontal directions, and the Z directions are vertical directions.

【0004】[0004]

【従来の技術】ウエハにマトリックス状に形成された複
数の半導体素子域の電気的特性のテストにはシリアル方
式とパラレル方式とがあるが、いずれの場合でもテスタ
に接続されたプローブニードルとウエハの半導体素子域
とを順次相対移動させて、プローブニードルを各半導体
素子域に形成された多数のパッドに接触させる必要があ
る。従来このテストには図5および図6に示すようなシ
ステムが一般に採用されている。このテストシステムは
テスタ11と、これに電気的に接続されたプローブカー
ド7と、これに対設(図の例では下方に)されたプロー
バ1とから構成されている。
2. Description of the Related Art There are a serial method and a parallel method for testing the electrical characteristics of a plurality of semiconductor element areas formed in a matrix on a wafer. In any case, a probe needle connected to a tester and a wafer are tested. It is necessary to sequentially move the semiconductor element area relative to the semiconductor element area so that the probe needle contacts a large number of pads formed in each semiconductor element area. Conventionally, a system as shown in FIGS. 5 and 6 is generally employed for this test. This test system includes a tester 11, a probe card 7 electrically connected to the tester 11, and a prober 1 attached to the probe card 7 (downward in the example in the figure).

【0005】テスタ11はテストに必要なタイミング、
レベルおよび論理要素を含む電気信号を出力する。また
半導体素子域から出力される電気信号はテスタ11の比
較部に入力され、レベルおよび論理判定が行われる。
[0005] The tester 11 has a timing required for a test,
Outputs electrical signals including levels and logic elements. Further, the electric signal output from the semiconductor element area is input to the comparison unit of the tester 11, and the level and the logic are determined.

【0006】プローブカード7は信号伝送用のケーブル
10によりテスタ11に電気的に接続されており、ウエ
ハの半導体素子域を指向するプローブニードル9を1回
のテストに必要な個数、通常では各半導体素子域に形成
されたボンデイングパッドの数と同じ個数だけ備えてい
る。各プローブニードル9はウエハ上の対応する半導体
素子域上に形成されたボンディングパッドに接触して電
気信号の受渡しを行う。テスタ11から出力された電気
信号はプローブカード7のプローブニードル9を経てウ
エハの半導体素子域に伝達される。また半導体素子域か
らの出力電気信号は逆の経路でテスタ11に伝達され
る。
The probe card 7 is electrically connected to a tester 11 by a cable 10 for signal transmission, and the number of probe needles 9 pointing to the semiconductor element area of the wafer, the number required for one test, usually each semiconductor The same number of bonding pads as the number of bonding pads formed in the element area are provided. Each probe needle 9 contacts a bonding pad formed on a corresponding semiconductor element area on the wafer to transfer an electric signal. The electric signal output from the tester 11 is transmitted to the semiconductor element area of the wafer via the probe needle 9 of the probe card 7. The output electric signal from the semiconductor element area is transmitted to the tester 11 through the reverse route.

【0007】プローバ1にはX、Yステージ3が水平方
向に設けられ、このX、Yステージ3上にはチャック5
が載せられており、図示しない適宜な駆動機構により駆
動されて少なくともXY方向に移動する。チャック5の
上面は、真空吸着などによりウエハWFを載置保持可能
と構成されている。作業に際しては各回毎にチャック5
をXおよびY方向に必要な距離だけ移動させて、その移
動によりカバーされる個数の半導体素子域のテストが行
われ、ウエハ上の全半導体素子域がテストされるまでこ
の移動が必要回数繰り返される。
An X, Y stage 3 is provided on the prober 1 in a horizontal direction, and a chuck 5 is mounted on the X, Y stage 3.
And is driven by an appropriate drive mechanism (not shown) to move at least in the XY directions. The upper surface of the chuck 5 is configured to be able to place and hold the wafer WF by vacuum suction or the like. When working, chuck 5 each time
Is moved by a required distance in the X and Y directions, the number of semiconductor element areas covered by the movement is tested, and this movement is repeated as many times as necessary until all the semiconductor element areas on the wafer are tested. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところがこのように従
来の移動式チャックを用いたテストシステムの場合に
は、チャックの移動のための領域を非常に大きく確保す
る必要があるところから、スペースおよび作業性の点で
大きな問題が生じてくる。特にウエハサイズは現行の8
インチ(20cm)から遠くない将来に12インチ(3
0cm)に移行する流れにあり、そのようなウエハサイ
ズの大型化に伴ないこれらの問題は一段と深刻なものと
なる。以下移動式チャックを用いた場合の移動領域の確
保について例を挙げて詳細に説明する。
However, in the case of the test system using the conventional movable chuck, it is necessary to secure a very large area for moving the chuck. A major problem arises in terms of gender. In particular, the current wafer size is 8
12 inches (3 cm) in the future not far from inches (20 cm)
0 cm), and these problems become more serious as the wafer size increases. Hereinafter, the securing of the movement area when the movable chuck is used will be described in detail with reference to examples.

【0009】チャックの移動領域を検討するに当って
は、ウエハプローバによるテストに固有の前提を考慮す
る必要がある。すなわち同一内容のテストにおいては同
一の半導体素子域を2回以上繰り返してテストをするこ
とは作業効率の向上を図る上で避けなければならない。
また半導体素子域については1回のテストを、別の半導
体素子域については2回のテストをするとなると、テス
トの結果の統計的精度に差が出てくる。すなわち同一の
半導体素子域が2回以上プローブカードのプローブニー
ドルと接触してはならないのである。
In examining the movement area of the chuck, it is necessary to take into consideration the assumptions inherent in the test using the wafer prober. In other words, in the test of the same contents, it is necessary to avoid repeating the same semiconductor element region twice or more in order to improve the working efficiency.
In addition, if one test is performed for a semiconductor element area and two tests are performed for another semiconductor element area, there will be a difference in the statistical accuracy of the test results. That is, the same semiconductor element area must not contact the probe needle of the probe card more than once.

【0010】この前提の下で予想される一番厳しい移動
条件、すなわちウエハの移動距離が1番大きくなるケー
スを検討してみる。図7にプローブカード7とウエハW
Fとを模型化して示す。プローブカードは4チャンネル
(NO.1〜4)で、相対移動方向のサイズがTである
とする。ウエハは6個の半導体素子域(NO.1〜6)
を相対移動方向に並設して有しており、移動方向のサイ
ズがWであるとする。また半導体素子域の相対移動方向
のサイズはCであるとする。尚、実際のウエハ上には移
動方向で数十個の半導体素子域が形成されるが、図面上
の理解を容易にするために、上述のように、相対移動方
向で6個の半導体素子域が形成されるものとした。
Consider the most severe movement condition expected under this premise, that is, the case where the movement distance of the wafer becomes the largest. FIG. 7 shows the probe card 7 and the wafer W
F is modeled and shown. It is assumed that the probe card has four channels (Nos. 1 to 4) and a size T in the relative movement direction. Wafer has six semiconductor device areas (NO. 1 to 6)
Are arranged side by side in the relative movement direction, and the size in the movement direction is W. The size of the semiconductor element area in the relative movement direction is C. Although several tens of semiconductor element regions are formed on the actual wafer in the moving direction, in order to facilitate understanding in the drawings, as described above, six semiconductor element regions are formed in the relative moving direction. Is formed.

【0011】図8においてまず半導体素子域1〜4をテ
ストし、爾後ウエハを左動させてから、半導体素子域6
をテストするとする。この場合の移動距離D1は(2W
ーC)に等しい。
In FIG. 8, the semiconductor device areas 1 to 4 are tested first, and then the wafer is moved to the left.
Suppose you want to test. The moving distance D1 in this case is (2W
-C).

【0012】同様に図9においてまず半導体素子域3〜
6をテストし、爾後ウエハを右動させてから、半導体素
子域1をテストするとする。この場合の移動距離D2は
(2WーC)に等しい。
Similarly, in FIG.
6, the semiconductor device area 1 is tested after the wafer is moved to the right. The moving distance D2 in this case is equal to (2WC).

【0013】上記の左動と右動との場合を図10に示す
ようにまとめると、必要とされる全移動距離はD1とD
2を加算した値からD1とD2との重複分Wを減算する
ことにより、次の数式で与えられる。
If the above-mentioned left and right movements are summarized as shown in FIG. 10, the required total movement distances are D1 and D
By subtracting the overlap W of D1 and D2 from the value obtained by adding 2, the following equation is obtained.

【0014】[0014]

【数1】 (Equation 1)

【0015】しかしプローバ上にはチャックの他にも図
示しない種々の付帯部品があり、これらのためのスペー
スも考慮に入れる必要があるので、概略的にはウエハサ
イズの略3倍の移動領域をX、Y両方向に確保する必要
があることになり、図14に示すような状態となる。例
えば8インチ(20cm)ウエハの場合には60cm×
60cmの移動領域を、12インチウエハの場合には9
0cm×90cmの移動領域を、それぞれ確保する必要
があることになる。
However, in addition to the chuck, there are various auxiliary parts (not shown) on the prober, and it is necessary to take into consideration the space for these parts. It is necessary to secure in both the X and Y directions, and the state is as shown in FIG. For example, for an 8 inch (20 cm) wafer, 60 cm ×
The moving area of 60 cm is 9 for a 12-inch wafer.
It is necessary to secure a moving area of 0 cm × 90 cm.

【0016】チャックの移動領域は通常プローバ上のか
なりの部分を占めるものであるから、移動領域が大きい
ということはプローバの占拠スペースが大きくなること
を意味している。半導体製品製造工場におけるフロアコ
ストが製造コストの中に占める割合も比較的大きく、無
視することはできない。したがって上記のようにチャッ
クの移動領域を大きく確保しなければならないというこ
とは、ウエハが12インチ化した場合には、製造コスト
の点で大きなマイナス要因となる。
Since the moving area of the chuck usually occupies a considerable portion on the prober, the large moving area means that the occupied space of the prober becomes large. The floor cost in a semiconductor product manufacturing plant accounts for a relatively large proportion of the manufacturing cost and cannot be ignored. Accordingly, the need to secure a large chuck moving area as described above is a significant negative factor in terms of manufacturing cost when the wafer is 12 inches.

【0017】またウエハの大型化は作業性の面でも問題
がある。ウエハプローバによるテスト時には作業員M
は、図11に示すように、プローバ1に対してテストメ
インフレーム13と反対の側に位置している。この作業
員からプローバ1を隔ててテスタヘッド15までの距離
は、上記のようにチャックの移動領域を確保する必要が
あることを考慮に入れると、8インチウエハの場合でも
約100cmとなる。この介在距離は体格の小さな作業
員Mにとっては、テスタヘッド15に示達するのにかな
り苦労する大きさである。したがってウエハが12イン
チ化した場合には作業員がテスタヘッド15に示達する
こと、すなわち適正な作業を行うことは全んど不可能に
なる。
Further, the enlargement of the wafer has a problem in workability. Worker M at the time of test by wafer prober
Are located on the side opposite to the test main frame 13 with respect to the prober 1 as shown in FIG. The distance from the worker to the tester head 15 across the prober 1 is about 100 cm even in the case of an 8-inch wafer in consideration of the necessity of securing the moving area of the chuck as described above. This intervening distance is large enough for the small-sized worker M to reach the tester head 15. Therefore, when the wafer has a size of 12 inches, it is almost impossible for the operator to reach the tester head 15, that is, to perform an appropriate operation.

【0018】かかる従来技術の現状に鑑みてこの発明の
目的は、ウエハの半導体素子域の電気的性能をテストす
るに際して、近い将来におけるウエハの大口径化への移
行によて生じるスペースおよび作業性の上での厳しい要
求にも充分対処できるウエハプローバを提供することに
ある。
In view of the state of the prior art, an object of the present invention is to test the electrical performance of a semiconductor device area of a wafer, and to provide space and workability caused by a shift to a larger wafer in the near future. An object of the present invention is to provide a wafer prober which can sufficiently cope with the strict requirements on the above.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】このためこの発明におい
ては、半導体素子域の電気的特性を測定するテスタとウ
エハを載置保持するための固定型チャックとテスタに電
気的に接続されかつウエハの半導体素子域上に形成され
たパッドに当接可能に指向するプローブニードルをプロ
ーブヘッドアッセンブリに具え、プローブヘッドアッセ
ンブリを少なくとも水平方向に移動させる駆動機構を設
けたものである。
According to the present invention, there is provided a tester for measuring electrical characteristics of a semiconductor device area, a fixed chuck for mounting and holding a wafer, and a tester electrically connected to the tester. The probe head assembly is provided with a probe needle which is oriented so as to be able to contact a pad formed on the semiconductor element area, and a drive mechanism for moving the probe head assembly at least in a horizontal direction is provided.

【0020】[0020]

【作用】駆動機構により駆動されたプローブヘッドアッ
センブリは水平方向に移動して、そのプローブニードル
を介して固定型チャックに載置保持されたウエハの半導
体素子域を順次テストして行く。
The probe head assembly driven by the driving mechanism moves in the horizontal direction, and sequentially tests the semiconductor element area of the wafer mounted and held on the fixed chuck through the probe needle.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1にこの発明のウエハプローバ
の基本的構成を示す。プローブヘッドアッセンブリ20
は複数個の並設されたプローブヘッド21と、コネクタ
23を介して各プローブヘッド21を図示しないテスタ
に電気的に接続するケーブル25の集合を有している。
このプローブヘッドアッセンブリ20は本実施の形態に
おいては、その上面にウエハWFを載置保持可能な固定
型チャック5に対して上方から対面しており、図示しな
い後述の駆動機構により駆動されたX、Y方向に移動し
て、固定型チャック5上に保持されたウエハWFの半導
体素子域の電気的性能を順次テストする。
FIG. 1 shows a basic configuration of a wafer prober according to the present invention. Probe head assembly 20
Has a set of a plurality of probe heads 21 arranged in parallel and a cable 25 for electrically connecting each probe head 21 to a tester (not shown) via a connector 23.
In the present embodiment, the probe head assembly 20 faces the fixed chuck 5 capable of mounting and holding the wafer WF on the upper surface thereof from above, and is driven by a drive mechanism (not shown). By moving in the Y direction, the electrical performance of the semiconductor device area of the wafer WF held on the fixed chuck 5 is sequentially tested.

【0022】ケーブル25としては同軸ケーブル、さら
には好ましくはフレキシブルなフラットケーブルを使用
するのが望ましく、これにより小型で曲げやすいものが
得られると共に放射損失や外部攪乱も効果的に回避する
ことができる。このケーブル25との組み合せで用いる
コネクタ23としては同軸コネクタ、さらには上述のフ
ラットケーブルとの接続を容易にする規格化されたコネ
クタを使用するのが望ましい。同軸コネクタは規格が統
一されているので、交換保守の上で有利である。
It is desirable to use a coaxial cable, and more preferably a flexible flat cable, as the cable 25, so that a cable that is small and easy to bend can be obtained, and radiation loss and external disturbance can be effectively avoided. . As the connector 23 used in combination with the cable 25, it is preferable to use a coaxial connector, and further, a standardized connector that facilitates connection with the flat cable described above. The coaxial connector has an unified standard, which is advantageous for replacement maintenance.

【0023】つぎに図2〜図4により、プローブヘッド
アッセンブリ20にモジュール型のプローブヘッド、す
なわちノイズフイルタ回路の回路素子を搭載してモジュ
ール化したプローブヘッドを用いた例を説明する。図2
および図3において、プローブヘッド21はベースホル
ダ211を有しており、このベースホルダ211の表面
には、所定の配線220が形成されている(図3に1部
のみ図示)。この配線は、上述したコネクタ23と接続
されるコネクタ側端部220aとプローブニードルと接
続されるニードル側端部220bを有し、テスタからコ
ネクタ23を介してプローブニードル215との信号の
伝達を行うよう構成されている。さらに後述するバスラ
イン、コンデンサ、リレー等の回路素子と配線220と
も図示せぬ部分で接続されている。このベースホルダ2
11の配線220が形成された面側には、フィルターリ
レーベース219が取り付けており、その表面には各半
導体素子域に対応した単位ごとに電源側バスライン21
3、グランド側バスライン214、リレー217および
バイパスコンデンサ218が搭載されている。電源用プ
ローブニードル215aおよびグランド用プローブニー
ドル215bはそれぞれ電源側バスライン213および
グランド側バスライン214に接続されている。電源用
プローブニードル215aおよびグランド用プローブニ
ードル215bは、1つの対応する半導体素子域、すな
わち1つのバスラインに複数本有しており、これらの電
源側バスライン213およびグランド側バスライン21
4は、それら複数のプローブニードル215aおよび2
15bを互いに接続するバスの役割を果たしている。
尚、図面上、理解を容易にするためプローブニードル2
15aおよび215bは1つの半導体素子域に1本のみ
示した。また、バイパスコンデンサ218の上方の位置
においてフィルターリレーベース219上にリレー21
7が直接搭載されている。本実施の形態においては、1
つのプローブヘッド21毎に、電源側バスライン21
3、グランド側バスライン214、バイパスコンデンサ
218およびリレー217を1単位として、4つ並設さ
れており、この1つのプローブヘッド21によって4つ
の半導体素子域のテストを可能としている。
Next, an example in which a module type probe head, that is, a probe head modularized by mounting a circuit element of a noise filter circuit on the probe head assembly 20 will be described with reference to FIGS. FIG.
3 and 3, the probe head 21 has a base holder 211, and a predetermined wiring 220 is formed on the surface of the base holder 211 (only one part is shown in FIG. 3). This wiring has a connector side end 220a connected to the above-described connector 23 and a needle side end 220b connected to the probe needle, and transmits a signal from the tester to the probe needle 215 via the connector 23. It is configured as follows. Further, circuit elements such as a bus line, a capacitor, and a relay, which will be described later, are also connected to the wiring 220 at a portion (not shown). This base holder 2
A filter relay base 219 is attached to the surface on which the eleventh wiring 220 is formed.
3, a ground-side bus line 214, a relay 217, and a bypass capacitor 218 are mounted. The power probe needle 215a and the ground probe needle 215b are connected to the power bus line 213 and the ground bus line 214, respectively. A plurality of power probe needles 215a and ground probe needles 215b are provided in one corresponding semiconductor element area, that is, one bus line, and these power supply side bus line 213 and ground side bus line 21 are provided.
4 is the plurality of probe needles 215a and 215a
15b serves as a bus connecting them to each other.
In the drawings, the probe needle 2 is used for easy understanding.
15a and 215b are shown only once in one semiconductor element area. Further, the relay 21 is placed on the filter relay base 219 at a position above the bypass capacitor 218.
7 is directly mounted. In the present embodiment, 1
Power supply side bus line 21 for each probe head 21
3, four units are arranged side by side with the ground-side bus line 214, the bypass capacitor 218 and the relay 217 as one unit, and this one probe head 21 enables testing of four semiconductor element areas.

【0024】図4に示すように、1部切り欠いて示す支
持体221に図3に示したプローブヘッド21が8個並
設されて、保持される。支持体221の上面には、コネ
クタ23がプローブヘッド21に対応した数、すなわち
8個設けられており、このコネクタ23と、ベースホル
ダー211の配線220のコネクタ側端部220aとが
ケーブル222により接続されている。また、各コネク
タ23にはテスタとの接続を行うフラットケーブル25
が接続される(尚、ケーブル25は1個のみ図示し、他
の7つは省略されている。)。図4に示すこれらの構造
によって、モジュール化されたプローブヘッドアッセン
ブリ20が構成される。尚、図示の例では8個のプロー
ブヘッド21が搭載されているが、プローブヘッドの搭
載個数はこれに限定されるものではない。行われるテス
トの仕様に応じて適宜かつ自由にその個数を設定される
ものである。
As shown in FIG. 4, eight probe heads 21 shown in FIG. 3 are held side by side on a support 221 which is shown with one part cut away. On the upper surface of the support 221, the number of connectors 23 corresponding to the probe head 21, that is, eight, is provided. Have been. Each connector 23 has a flat cable 25 for connection to a tester.
(Note that only one cable 25 is shown, and the other seven are omitted.) The modularized probe head assembly 20 is constituted by these structures shown in FIG. Although eight probe heads 21 are mounted in the illustrated example, the number of mounted probe heads is not limited to this. The number is appropriately and freely set according to the specification of the test to be performed.

【0025】このようにモジュール型のプローブヘッド
アッセンブリを用いることにより、使用中にプローブニ
ードルが破損または消耗し交換が必要な場合には、その
プローブニードルが所属するプローブヘッドのみを交換
すればよく、プローブヘッドアッセンブリ全体を交換す
る必要がない。このためメインテナンス性が大幅に向上
する。
By using the modular probe head assembly as described above, if the probe needle is damaged or worn out during use and needs to be replaced, only the probe head to which the probe needle belongs needs to be replaced. There is no need to replace the entire probe head assembly. For this reason, the maintainability is greatly improved.

【0026】またプローブの取付け作業を分割できるの
で新規のプローブに交換する作業が迅速化することがで
きる。例えば64本のプローブニードルを取り付けるに
は、モジュール化してない場合には1本づつ順次取り付
けていかなければならない。ところがモジュール化した
場合には、例えば8個のプローブヘッド群に分割して各
群におけるプローブニードルの取付けを並行して行うこ
とができる。
Further, since the operation of attaching the probe can be divided, the operation of replacing the probe with a new probe can be sped up. For example, in order to attach 64 probe needles, if they are not modularized, they must be attached one by one one by one. However, when modularized, for example, the probe heads can be divided into eight probe head groups and the mounting of the probe needles in each group can be performed in parallel.

【0027】また例えばパラレルテストにおける同時テ
スト個数に変更があっても、プローブヘッド21を増減
することにより柔軟に対応することができる。すなわち
テスト仕様変更の自由度が高くなる。
For example, even if the number of simultaneous tests in the parallel test is changed, the number of probe heads 21 can be increased or decreased to flexibly cope with the change. That is, the degree of freedom in changing the test specifications increases.

【0028】ところで上記のようにこの発明において固
定型のチャックと移動型のプローブヘッドアッセンブリ
とを組合せた場合について一番厳しい移動条件、すなわ
ち移動距離が一番大きくなるケースを検討してみる。図
12にプローブヘッド21とウエハWFとを模型化して
示す。前記の従来技術の場合と同様に、プローブヘッド
は相対移動方向のサイズがTであり、ウエハは移動方向
のサイズがWであり、また半導体素子域の相対移動方向
のサイズはCであるとする。
By the way, as described above, the most severe moving condition, that is, the case where the moving distance is the longest, when the fixed type chuck and the movable type probe head assembly are combined will be examined. FIG. 12 shows a model of the probe head 21 and the wafer WF. As in the case of the above-described prior art, it is assumed that the size of the probe head in the relative movement direction is T, the size of the wafer in the movement direction is W, and the size of the semiconductor element region in the relative movement direction is C. .

【0029】図13において最も左動させた状態でテス
トを行い、ついで最も右動させた状態でテストを行うと
する。この場合の全移動距離D’は次の数式で与えられ
る。
In FIG. 13, it is assumed that the test is performed with the leftmost movement, and then the test is performed with the most rightward movement. The total moving distance D 'in this case is given by the following equation.

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】すなわち図15に示すようにX、Y方向に
D’だけの移動領域を確保することが必要となる。例え
ば8インチ(20cm)ウエハを4チャンネル(4c
m)のプローブヘッドでテストする場合には28cm×
28cmより若干大なる(付帯部品を考慮に入れて)移
動領域を確保すればよい。前記した従来の場合の60c
m×60cmという値に比べて遥かに小さくてよいので
ある。ちなみに12インチ(30cm)ウエハを4チャ
ンネル(4cm)のプローブヘッドでテストする場合に
は、38cm×38cmより若干大なるの移動領域を確
保すればよいことになる。同じく従来技術の場合の確保
すべき移動領域は90cm×90cmであるから、この
発明によった場合には確保すべき移動領域の大きさが顕
著に低減することになる。
That is, as shown in FIG. 15, it is necessary to secure a movement area of only D 'in the X and Y directions. For example, an 8 inch (20 cm) wafer is converted into 4 channels (4c).
28cm x when testing with the probe head of m)
It is sufficient to secure a moving area slightly larger than 28 cm (taking into account the additional components). 60c of the conventional case described above
It may be much smaller than the value of mx 60 cm. By the way, when testing a 12-inch (30 cm) wafer with a 4-channel (4 cm) probe head, it is sufficient to secure a movement area slightly larger than 38 cm × 38 cm. Similarly, since the moving area to be secured in the case of the prior art is 90 cm × 90 cm, the size of the moving area to be secured is significantly reduced in the case of the present invention.

【0032】ところで前記プローブヘッドアッセンブリ
20は駆動機構に駆動されて移動するが、該駆動機構に
よる移動は少なくとも水平方向に行われる。
The probe head assembly 20 moves by being driven by a driving mechanism. The movement by the driving mechanism is performed at least in the horizontal direction.

【0033】駆動機構としては種々のものが考えられる
が、図16〜図18に示したのは多軸ロボットを用いた
実施例である。多軸ロボットを用いることにより高い精
度でウエハに対するプローブヘッドアッセンブリの位置
決めをすることができる。
Although various types of drive mechanisms are conceivable, FIGS. 16 to 18 show an embodiment using a multi-axis robot. By using the multi-axis robot, the probe head assembly can be positioned with respect to the wafer with high accuracy.

【0034】図において多軸ロボット30(この場合は
2軸である)は互いに端部においてピン結合された2本
のアーム31、33を有しており、アーム33の先端に
はプローブヘッド21が支持されている。またこの実施
例の場合プローブヘッド21は多軸ロボット30により
駆動されてX、Y方向に移動する。
In the figure, a multi-axis robot 30 (in this case, two axes) has two arms 31 and 33 pin-connected to each other at the ends, and a probe head 21 is provided at the tip of the arm 33. Supported. In this embodiment, the probe head 21 is driven by the multi-axis robot 30 to move in the X and Y directions.

【0035】図18に示す多軸ロボット30の旋回範囲
が300mmでウエハサイズが8インチ(200mm)
の場合には、X方向に500mmでY方向に300mm
の移動でプローブヘッド21はウエハWF上の全ての半
導体素子域をテストすることができる。
The turning range of the multi-axis robot 30 shown in FIG. 18 is 300 mm and the wafer size is 8 inches (200 mm).
In the case of, 500 mm in the X direction and 300 mm in the Y direction
The probe head 21 can test all the semiconductor device areas on the wafer WF by the movement of.

【0036】図19に多軸ロボットを用いた場合のテス
トシステムの構成の一例を示す。ローダ40はウエハの
テスト終了後ウエハ収納カセット41内のウエハを取り
出して、ノッチの検出後チャック5上に載せる。また所
定のテストの終わったウエハはローダ40によりカセッ
ト41に送り込まれてから収納部43に収納される。
FIG. 19 shows an example of the configuration of a test system when a multi-axis robot is used. The loader 40 takes out the wafer in the wafer storage cassette 41 after the completion of the wafer test, and places the wafer on the chuck 5 after detecting the notch. The wafer after the predetermined test is sent to the cassette 41 by the loader 40 and then stored in the storage section 43.

【0037】次に、他の実施の形態として、駆動機構と
してリニアモータを用いた場合の構成の一例を図20に
示す。上述の多軸ロボットを用いた場合、高い位置決め
精度で過重の大きなヘッドアッセンブリを駆動しようと
した場合には、比較的高価なロボットを必要とするが、
リニアモータの場合には、元来高い過重を駆動すること
が可能であるので、比較的容易に構成することができ
る。
Next, as another embodiment, FIG. 20 shows an example of a configuration in which a linear motor is used as a driving mechanism. When using the above-described multi-axis robot, a relatively expensive robot is required to drive a heavy head assembly with high positioning accuracy,
In the case of a linear motor, a high overload can be driven by nature, so that it can be configured relatively easily.

【0038】図においてプローブヘッド21は磁石ブロ
ック50によりX方向ブロック51の面に取り付けられ
ている。このX方向ブロック51はX方向ビーム52を
介して図示しないX方向駆動リニアモータの出力軸に連
結されている。なおこの連結を接離自在とするためにX
方向ビーム52には電磁石を用いるのが望ましい。また
X方向ブロック51はY方向ブロック53の下面に相対
移動可能に組付けられている。このY方向ブロック53
はY方向ビーム54を介して図示しないY方向駆動リニ
アモータの出力軸に連結されている。なおこの連結を接
離自在とするためにY方向ビーム54にも電磁石を用い
るのが望ましい。
In the figure, the probe head 21 is attached to the surface of the X-direction block 51 by a magnet block 50. The X-direction block 51 is connected to an output shaft of an X-direction drive linear motor (not shown) via an X-direction beam 52. In order to make this connection freely connectable and detachable, X
It is desirable to use an electromagnet for the directional beam 52. The X-direction block 51 is attached to the lower surface of the Y-direction block 53 so as to be relatively movable. This Y-direction block 53
Is connected to an output shaft of a Y-direction drive linear motor (not shown) via a Y-direction beam 54. It is desirable to use an electromagnet also for the Y-direction beam 54 so that the connection can be freely moved.

【0039】X方向駆動リニアモータに駆動されてプロ
ーブヘッド21はX方向ブロック51とともにY方向ブ
ロック53に沿ってX方向に移動する。またY方向駆動
リニアモータに駆動されてプローブヘッド21はYブロ
ック53およびX方向ブロック51とともにY方向に移
動する。ウエハが載置されているチャック5の位置測定
は例えば公知のレーザによる干渉方式で行う。尚、上述
の多軸ロボットまたはリニアモータを駆動機構として用
いることによってヘッドアッセンブリとウエハWFとの
XY方向の相対移動を可能としたが、Z方向の駆動に関
しては、チャック5を図示せぬ駆動機構により上下動さ
せることにより、ウエハWFを上下移動させることが好
ましい。上述のXY方向への駆動機構にプラスしてZ方
向への駆動をも1つの機構として構成することは、ヘッ
ドアッセンブリが比較的重くなった場合に、駆動機構が
大型化してしまい好ましくない。
Driven by the X-direction drive linear motor, the probe head 21 moves in the X-direction along the Y-direction block 53 together with the X-direction block 51. The probe head 21 is driven by the Y-direction drive linear motor to move in the Y direction together with the Y block 53 and the X direction block 51. The position of the chuck 5 on which the wafer is placed is measured by, for example, a known laser interference method. The relative movement between the head assembly and the wafer WF in the X and Y directions is made possible by using the above-described multi-axis robot or linear motor as a driving mechanism. It is preferable to move the wafer WF up and down by moving the wafer WF up and down. It is not preferable to configure the driving in the Z direction as one mechanism in addition to the driving mechanism in the XY directions as described above, since the driving mechanism becomes large when the head assembly becomes relatively heavy.

【0040】[0040]

【発明の効果】この発明によれば、XY方向への移動に
関して、チャックに保持されたウエハを固定としてプロ
ーブヘッド側を移動型としたので、従来の移動型チャッ
クを用いたシステムに比べて、確保すべき移動領域を大
幅に低減することができる。したがってフロアスペース
の効率的な利用が可能となるとともに、作業員の負担も
大きく軽減される。これらの秀れた効果により12イン
チウエハへの移行に際しても、スペース、作業性および
製造コスト面での諸問題を回避して円滑に対処すること
ができる。
According to the present invention, the probe head side is movable with respect to the movement in the X and Y directions while the wafer held by the chuck is fixed. The moving area to be secured can be greatly reduced. Therefore, the floor space can be efficiently used, and the burden on the worker is greatly reduced. Due to these excellent effects, it is possible to avoid various problems in terms of space, workability, and manufacturing cost even when migrating to a 12-inch wafer, and to deal with it smoothly.

【0041】現状のテスタの最大ピン数1400ピン、
メモリ系デバイスのピン数から計算される最大同時テス
ト個数は32個である。これを可動型プローブヘッドア
ッセンブリを用いたこの発明のウエハプローバで実現す
ると、そのサイズは100mm×100mmとなる。従
来の可動型チャックを用いたプローブカードで実現する
となると250mmまたは300mmの円形が標準であ
ることからして、この発明によった場合には非常にスペ
ースの利用効率がよく、移動が容易となる。
The maximum number of pins of the current tester is 1400 pins,
The maximum number of simultaneous tests calculated from the number of pins of the memory device is 32. If this is realized by the wafer prober of the present invention using a movable probe head assembly, the size will be 100 mm × 100 mm. When realized with a probe card using a conventional movable chuck, a circular shape of 250 mm or 300 mm is standard, and therefore, according to the present invention, space utilization is very efficient and movement is easy. .

【0042】テスタへの接続用ケーブルとプローブヘッ
ドへの接続部に同軸コネクタを用いることにより、テス
タヘッドの交換、保管が容易に行えるようになる。同軸
ケーブルを用いた場合には柔軟性に富んだ細線同軸を使
用するので、プローブヘッドを移動させることにより生
じるストレスにも100万回以上耐えることができる。
By using a coaxial connector for the connection cable to the tester and the connection to the probe head, the tester head can be easily replaced and stored. When a coaxial cable is used, since a fine coaxial cable having high flexibility is used, it can withstand a stress caused by moving the probe head more than one million times.

【0043】この発明の可動型プローブヘッドを用いた
ウエハプローバの場合には従来の可動型チャックを用い
た場合より50%以上の移動スペースを削減できる。こ
れによりプローバ本体サイズを40%程度削減できる。
In the case of the wafer prober using the movable probe head of the present invention, the moving space can be reduced by 50% or more as compared with the case where the conventional movable chuck is used. This can reduce the prober body size by about 40%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明のウエハプローバの全体的構成を示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a wafer prober of the present invention.

【図2】該ウエハプローバに用いるプローブヘッドの一
実施例Mの構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment M of a probe head used for the wafer prober.

【図3】同じく斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the same.

【図4】上記のプローブヘッドの集合からなるプローブ
ヘッドアッセンブリの一実施例の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a probe head assembly including a set of the above-described probe heads.

【図5】従来のウエハプローバの全体的構成を示す斜視
図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an overall configuration of a conventional wafer prober.

【図6】同じく側面図である。FIG. 6 is a side view of the same.

【図7】従来技術の場合のウエハとプローブカードの寸
法関係を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a dimensional relationship between a wafer and a probe card in the case of a conventional technique.

【図8】同じくウエハの一移動態様における移動距離を
示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a movement distance in one movement mode of the wafer.

【図9】同じくウエハの他の移動態様における移動距離
を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a movement distance in another movement mode of the wafer.

【図10】従来技術において最も厳しい条件下における
ウエハの全移動距離を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the total movement distance of a wafer under the most severe conditions in the prior art.

【図11】従来技術における8インチウエハの場合のテ
スタメインフレームとウエハプローバとの配置関係を示
す平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing an arrangement relationship between a tester main frame and a wafer prober in the case of an 8-inch wafer according to the related art.

【図12】この発明の場合のウエハとプローブカードの
寸法関係を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a dimensional relationship between a wafer and a probe card in the case of the present invention.

【図13】この発明において最も厳しい条件下における
ウエハの全移動距離を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the total movement distance of a wafer under the strictest conditions in the present invention.

【図14】従来技術の場合に確保すべき移動領域の大き
さを示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view showing the size of a moving area to be secured in the case of the related art.

【図15】この発明の場合に確保すべき移動領域の大き
さを示す平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing the size of a moving area to be secured in the case of the present invention.

【図16】プローブヘッドアッセンブリの駆動機構とし
て多軸ロボットを用いた場合の構成の一例を示す斜視図
である。
FIG. 16 is a perspective view showing an example of a configuration in a case where a multi-axis robot is used as a drive mechanism of a probe head assembly.

【図17】同じく側面図である。FIG. 17 is a side view of the same.

【図18】同じく平面図である。FIG. 18 is a plan view of the same.

【図19】多軸ロボットを用いた場合のテストシステム
の構成の一例を示す斜視図である。
FIG. 19 is a perspective view showing an example of a configuration of a test system when a multi-axis robot is used.

【図20】プローブヘッドアッセンブリの駆動機構とし
てリニアモータを用いた場合の構成の一例を示す斜視図
である。
FIG. 20 is a perspective view showing an example of a configuration in which a linear motor is used as a drive mechanism of the probe head assembly.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 :プローバ 3 :XYステージ 5 :チャック 7 :プローブカード 9 :プローブニードル 10 :ケーブル 11 :テスタ 15 :テスタヘッド 20 :プローブヘッドアッセンブリ 21 :プローブヘッド 23 :コネクタ 25 :ケーブル 27 :駆動機構 30 :多軸ロボット 40 :ローダ 51 :X方向ブロック 52 :X方向ビーム 53 :Y方向ブロック 54 :Y方向ビーム 211 :ベースホルダ 213 :電源側バスライン 214 :グランド側バスライン 215 :プローブニードル 217 :リレー 218 :バイパスコンデンサ 1: Prober 3: XY stage 5: Chuck 7: Probe card 9: Probe needle 10: Cable 11: Tester 15: Tester head 20: Probe head assembly 21: Probe head 23: Connector 25: Cable 27: Driving mechanism 30: Many Axis robot 40: Loader 51: X direction block 52: X direction beam 53: Y direction block 54: Y direction beam 211: Base holder 213: Power supply side bus line 214: Ground side bus line 215: Probe needle 217: Relay 218: Bypass capacitor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子域の電気的特性を測定するテス
タと、ウエハを載置保持するための固定型チャックと、
テスタに電気的に接続されかつウエハの半導体素子域上
に形成されたパッドに当接可能に指向するプローブニー
ドルとを具えたプローブヘッドアッセンブリと、プロー
ブヘッドアッセンブリを少なくとも水平方向に移動させ
る駆動機構とを有してなるウエハプローバ。
A tester for measuring electrical characteristics of a semiconductor device area; a fixed chuck for mounting and holding a wafer;
A probe head assembly having a probe needle electrically connected to the tester and pointing to be able to contact a pad formed on the semiconductor element area of the wafer; and a drive mechanism for moving the probe head assembly at least in a horizontal direction. A wafer prober.
【請求項2】プローブヘッドアッセンブリが、多数のプ
ローブを具えたプローブモジュールを少なくとも2個の
並設するモジュール型プローブブロックと、テスタに接
続されたケーブル群と、プローブとケーブル間に介装さ
れたコネクタ群とを有することを特徴とする請求項1に
記載のウエハプローバ。
2. A probe head assembly comprising: a module type probe block having at least two probe modules having a large number of probes arranged side by side; a cable group connected to a tester; and a probe head interposed between the probes. The wafer prober according to claim 1, further comprising a connector group.
【請求項3】駆動機構が多軸ロボットであることを特徴
とする請求項1に記載のウエハプローバ。
3. The wafer prober according to claim 1, wherein the driving mechanism is a multi-axis robot.
【請求項4】駆動機構がX、Y方向駆動リニアモータで
あることを特徴とする請求項1に記載のウエハプロー
バ。
4. The wafer prober according to claim 1, wherein the drive mechanism is an X, Y direction drive linear motor.
JP9227512A 1997-08-08 1997-08-08 Wafer prober Withdrawn JPH1167854A (en)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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