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JP2008182061A - プローバ - Google Patents

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Abstract

【課題】プロービング検査全体に要する設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることができるプローバの実現。
【解決手段】ウエハ上の半導体装置をテスタで検査をするためのプローバであって、第1のウエハチャック16Aと、第2のウエハチャック16Bと、第1のウエハチャックに保持されたウエハに接触するプローブを有する第1のプローブカード24Aと、第2のウエハチャックに保持されたウエハに接触するプローブを有する第2のプローブカード24Bと、アライメントカメラ22と、第1のウエハチャックを第1のプローブカード及びアライメントカメラの下まで移動可能な第1の移動機構と、第2のウエハチャックを第2のプローブカード及びアライメントカメラの下まで移動可能な第2の移動機構と、を備え、第1及び第2の移動機構は、第1及び第2のウエハチャックをそれぞれ独立に移動させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体装置(チップ)(以後ダイという)の電気的特性の検査を行うために、半導体テスタ(以後単にテスタという)の端子をダイの電極パッドに接続するウエハプロービングマシン(以後プローバという)に関し、処理速度(スループット)の向上を少ない接地面積の増加で実現したプローバに関するものである。
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が施されて、半導体装置であるデバイスをそれぞれ有する複数のダイが形成される。各ダイは電気的特性が検査され、その後ダイサーで各個に切り離された後、リードフレーム等に固定されて組み立てられる。このような各ダイの電気的特性の検査は、プローバとテスタを組み合わせたウエハテストシステムで行われ、プロービング検査と呼ばれる。
プローバは、搭載したプローブカードを経由してテスタに接続され、ダイの電極にプローブニードル(以下、プローブという)を接触することによって各ダイの電気的特性の試験を行うように構成されている。ウエハはウエハチャックに固定される。テスタからは、プローブに接続される端子に、電源および各種の試験信号が供給され、ダイの電極に出力される信号がテスタによって検出され、テスタ側でこの信号が解析されて各ダイが正常に動作するかが確認される。
図1は、ウエハテストシステム100の概略構成を示す図である。ウエハテストシステム100は、プローバ10とテスタ30とで構成される。図示のように、プローバ10は、ウエハチャック16、Z軸移動・回転部15、プローブ位置検出カメラ18、カメラ移動機構17、Y軸移動ステージ14、X軸移動ステージ13、ベース12、架台11、支柱19と20、ヘッドステージ21、ウエハアライメントカメラ22、カードホルダ23、及びプローブカード24を有する。
ウエハチャック16は、複数のダイが形成されたウエハWを保持するものであり、このウエハチャック16は、Z軸移動・回転部15によりZ軸方向に移動すると共に、Z軸を中心として回転する。プローブ位置検出カメラ18は、プローブ25の位置を検出するものであり、カメラ移動機構17の上に取り付けられている。カメラ移動機構17は、プローブ位置検出カメラ18をZ軸方向に移動するものである。Z軸移動・回転部15とカメラ移動機構17はY軸移動ステージ14の上に取り付けられており、Y軸移動ステージ14はこれらを支持してY軸方向に移動する。
Y軸移動ステージ14は、これを支持してX軸方向に移動するX軸移動ステージ13の上に設けられており、X軸移動ステージ13はベース12の上に支持されている。更に、ベース12は架台11の上に設置されている。そして、ベース12の上に設けられた支柱19及び20により、ウエハチャック16の上方にヘッドステージ21が支持されている。このヘッドステージ21には、プローブカード24を有するカードホルダ23が取り付けられている。なお、ウエハアライメントカメラ22は、図示していない支柱によってベース12上に支持されており、ウエハWの上面を撮影する。
ベース12の上には平行に2本のガイドレール1が設けられており、X軸移動ステージ13はこのガイドレール1の上を移動可能になっている。ベース12の上の2本のガイドレール1の間の部分には、駆動モータとこの駆動モータによって回転するボールネジが設けられている。ボールネジはX軸移動ステージ13の底面に係合しており、ボールネジの回転により、X軸移動ステージがガイドレール1の上を摺動する。
X軸移動ステージ13の上には、前述の2本のガイドレール1に直交する2本の平行なガイドレール2が設けられており、Y軸移動ステージ14はこのガイドレール2の上を移動可能になっている。X軸移動ステージ13の上の2本のガイドレール2の間の部分には、駆動モータとこの駆動モータによって回転するボールネジが設けられている。ボールネジはY軸移動ステージ14の底面に係合しており、ボールネジの回転により、Y軸移動ステージ14がガイドレール2の上を摺動する。
なお、ボールネジの代わりにリニアモータを使用する場合もある。
以上のように構成された移動・回転機構の動作については広く知られているので、ここではその説明を省略する。プローブカード24は、検査するデバイス(ダイ)の電極配置に応じて配置されたプローブ25を有しており、検査するデバイスに応じて交換される。プローブ位置検出カメラ18はプローブ25の配置及び高さ位置を検出し、ウエハアライメントカメラ22はウエハW上のダイの電極パッドの位置を撮影して検出する。
テスタ30は、テストヘッド31と、テストヘッド31に設けられたコンタクトリング32とを備えている。プローブカード25には、各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング32はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テストヘッド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。
次に、ウエハテストシステム100によるダイの検査(プロービング検査)について簡単に説明する。ダイの検査を行う場合には、図1に示したプローブ位置検出カメラ18がプローブ25の下に位置するように、Y軸移動ステージ14が移動させられ、カメラ移動機構17でプローブ位置検出カメラ18がZ軸方向に移動して焦点を合わされ、プローブ位置検出カメラ18でプローブ25の先端位置が検出される。プローブ25の先端の水平面内の位置(X及びY座標)はカメラの座標により検出され、垂直方向の位置はカメラの焦点位置で検出される。
このプローブ25の先端位置の検出は、プローブカード24を交換した時には必ず行う必要があり、プローブカード24を交換しない時でも所定個数のダイを測定する毎に適宜行われることもある。なお、プローブカード24には、一般に数本から数千本以上ものプローブ25が設けられており、数が多い場合は、全てのプローブ25の先端位置は検出されずに、通常は特定のプローブの先端位置が検出される。
次に、Y軸移動ステージ14が図1に破線で示す位置に移動させられ、ウエハチャック16に検査するウエハWが保持された状態で、ウエハWがウエハアライメントカメラ22の下に位置する。この状態で、ウエハW上のダイの電極パッドの位置がウエハアライメントカメラ22によって検出される。1つのダイの全ての電極パッドの位置が検出される必要はなく、いくつかの電極パッドの位置が検出されれば良い。また、ウエハW上の全てのダイの電極パッドが検出される必要もなく、いくつかのダイの電極パッドの位置が検出されれば良い。
前述のようにして、プローブ25の配列、及び電極パッドの配列が検出されると、この検出結果に基づき、プローブ25の配列方向と電極パッドの配列方向が一致するように、Z軸移動・回転部15によりウエハチャック16が回転する。この後、検査するダイの電極パッドがプローブ25の下に位置するように、ウエハチャック16がY軸移動ステージ14及びX軸移動ステージ13により移動する。そして、ウエハチャック16の移動完了後に、Z軸移動・回転部15によりウエハチャック16がZ軸方向に上昇し、電極パッドがプローブ25に接触した状態で上昇が停止する。この状態でテスタ30から電源及び信号が供給されて検査が行われる。
特許文献1に記載されているように、従来から、プローブカード24に複数のダイを同時に検査できる数のプローブを設け、テスタ31は複数個のダイを同時に検査する信号を出力すると共に複数個のダイから出力される信号を同時に解析することにより、ウエハテストシステムでの検査効率を向上する、マルチプロービングが行われてきた。
以上、従来のプローバについて説明したが、説明したプローバの構成については、広く知られているので、これ以上の説明は省略する。
特開平6−168991号公報(全体)
半導体製造工程では、製造コストの低減のために、ウエハの大型化や一層の微細化(集積化)が進められており、1枚のウエハ上に形成されるダイの個数が非常に大きくなっている。それに伴って、プローバでの1枚のウエハの検査に要する時間も長くなっており、益々スループットの向上が求められている。
製造ラインにおけるプロービングテストのスループットを増加するもっとも簡単な方法は、プローバの台数を増加させることである。しかし、プローバの台数を増加させると、製造ラインにおけるプローバの設置面積も増加するという問題を生じる。また、プローバの台数を増加させると、その分装置コストも増加することになる。そのため、設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることが求められている。
本発明は、プロービング検査全体に要する設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることを目的とする。
上記目的を実現するため、本発明のプローバ及びプロービング検査方法は、1台のプローバに、プローブカード、ウエハチャック、ウエハチャックの移動機構、及びプローブ位置検出カメラを2組設け、ウエハアライメントカメラを共通化することにより、実質的に2台分のプローバのスループットが得られるが、ウエハアライメントカメラが共通化されるので、1個のウエハアライメントカメラに必要なスペース(設置面積)が削減でき、その分コストも削減できる。
すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された半導体装置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半導体装置の電極に接続するプローバであって、ウエハを保持する第1のウエハチャックと、ウエハを保持する第2のウエハチャックと、前記第1のウエハチャックに保持されたウエハ上の前記半導体装置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第1のプローブカードと、前記第2のウエハチャックに保持されたウエハ上の前記半導体装置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第2のプローブカードと、前記第1及び第2のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出するアライメントカメラと、前記第1のウエハチャックを移動する移動機構であって、前記第1のウエハチャックに保持したウエハを前記第1のプローブカードのプローブに接触可能なように、少なくとも前記第1のウエハチャックを前記第1のプローブカードの下まで、及び前記第1のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出可能なように、少なくとも前記第1のウエハチャックを前記アライメントカメラの下まで、移動可能な第1の移動機構と、前記第2のウエハチャックを移動する移動機構であって、前記第2のウエハチャックに保持したウエハを前記第2のプローブカードのプローブに接触可能なように、少なくとも前記第2のウエハチャックを前記第2のプローブカードの下まで、及び前記第2のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出可能なように、少なくとも前記第2のウエハチャックを前記アライメントカメラの下まで、移動可能な第2の移動機構と、を備え、前記第1の移動機構及び前記第2の移動機構は、前記第1のウエハチャック及び前記第2のウエハチャックをそれぞれ独立に移動させることを特徴とする。
ウエハアライメント動作を行うには、ウエハアライメントカメラの下でウエハチャックに保持したウエハを、ウエハの直径分移動させる必要があり、そのスペース(設置面積)はかなりの大きさである。そのため、1個のウエハアライメントカメラに必要なスペース(設置面積)が削減すると、設置面積低減の効果が大きい。
また、ウエハアライメントカメラを共通化すると、一方のウエハチャックに保持したウエハのアライメントを行っている時には、他方のウエハチャックに保持したウエハのアライメントを行えないが、前述のように、ウエハの大型化及び集積度が進められており、1枚のウエハを検査するのに要する時間は長くなっており、上記のアライメント時間は相対的に短いので問題にならない上、2組のシーケンスを適宜設定すればアライメントのための待ち時間は実質的に発生しないようにすることが可能である。
第1の移動機構及び第2の移動機構のそれぞれは、X軸方向に伸びるX軸移動ベースと、記X軸移動ベース上を移動するX軸移動ステージと、X軸移動ステージ上に設けられ、第1又は第2のウエハチャックをX軸方向以外の方向に移動及び回転する移動・回転機構と、を備え、X軸移動ベースは共通であるように構成することが望ましい。
このようなX軸移動ベースとX軸移動ステージを有する移動機構の駆動構造は、例えば、リニアモータやボールネジで実現され、リニアモータを使用する場合には、X軸移動ベースに固定子を、X軸移動ステージに可動子を設ける。また、ボールネジを使用する場合には、X軸移動ベースに固定のボールネジを設け、X軸移動ステージに回転ナットを設ける。
第1の移動機構及び第2の移動機構の前記移動・回転機構は、第1及び第2のプローブカードのプローブの位置を検出する第1及び第2のプローブ位置検出カメラをそれぞれ設けるように構成することが望ましい。
ウエハカセットからウエハを搬送するウエハ搬送機構は、第1及び第2のウエハチャックの両方に同一位置でウエハを搬送できることが望ましい。このようなウエハ搬送機構は、ロボット・アームと、ウエハカセット、前記第1のウエハチャック及び前記第2のウエハチャックとのウエハ受け渡し位置にロボット・アームを移動するアーム移動機構と、で構成される。
本発明によれば、プロービング検査全体に要する設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることができる。
図2は、本発明の実施例のウエハテストシステム100の概略構成を示す図である。図1に示した従来例のウエハテストシステム100では、ウエハチャック16、Z軸移動・回転部15、プローブ位置検出カメラ18、カメラ移動機構17、Y軸移動ステージ14、X軸移動ステージ13及びプローブカード24が1組設けられていたのに対して、本実施例のウエハテストシステム100では、このような組が2組設けられている点が異なる。すなわち、本実施例では、ウエハWを保持して移動するウエハ保持・移動機構が2台設けられ、プローブカード24(テスタ)も2個設けられている点が、従来例と異なる。
図2に示すように、実施例のプローバ10は、ベース12、架台11、支柱19と20、ヘッドステージ21で構成される筐体を有する。筐体のベース12上には、ガイドレール41と、リニアモータの固定子42と、が設けられ、第1及び第2のウエハ保持・移動機構が精密に移動可能に配置されている。ヘッドステージ21の両側にはカードホルダ23Aと23Bが設けられ、カードホルダ23Aと23Bにプローブカード24Aと24Bが取り付けられる。カードホルダ23の中央部には、ウエハアライメントカメラ22が設けられている。
第1及び第2のウエハ保持・移動機構は、それぞれ従来例と同じ構成を有し、ウエハチャック16A、16B、Z軸移動・回転部15A、15B、プローブ位置検出カメラ18A、18B、カメラ移動機構17A、17B、Y軸移動ステージ14A、14B、X軸移動ステージ13A、13Bを有する。X軸移動ステージ13A、13Bの下部には、リニアモータの可動子43A、43Bが取り付けられており、これにより第1及び第2のウエハ保持・移動機構は、ガイドレール41を独立して移動可能である。
図3は、実施例のウエハテストシステム100の上面図である。図3に示すように、ガイドレール41及び固定子42がX軸方向にほぼ端から端まで伸びており、X軸移動ステージ13A、13B(第1及び第2のウエハ保持・移動機構)は、ガイドレール41上を互いに干渉しない範囲で移動可能である。言い換えれば、左側に位置するX軸移動ステージ13Aは、左の端から、プローブカード24の下の保持したウエハの左端の部分をプローブ25の接触させる位置まで移動可能であり、右側に位置するX軸移動ステージ13Bは、右の端から、プローブカード24の下の保持したウエハの右端の部分をプローブ25の接触させる位置まで移動可能である。
図3に示すように、実施例のウエハテストシステム100には、更に2個のウエハカセット60Aと60Bが配置可能で、配置された2個のウエハカセット60Aと60BからウエハWを取り出してウエハチャック16A、16B上に搬送し、検査の終了したウエハWをウエハチャック16A、16B上からウエハカセット60Aと60Bに搬送するウエハ搬送機構が設けられている。ウエハ搬送機構は、アーム台51と、アーム台51に設けられたアーム52と、を有する。ウエハ搬送機構については広く知られているので説明は省略するが、ウエハ搬送機構は、いずれのウエハカセットから取り出すことが可能であり、取り出したウエハは、ウエハチャック16A、16Bがアライメントカメラ22の下に位置する時にウエハチャック16A、16B上に搬送可能であり、2台のウエハチャック16A、16B上のウエハはいずれのウエハカセットにも戻すことができる。
実施例のウエハテストシステム100では、X軸移動ステージ13A、13Bを移動するのに、リニアモータを使用している。リニアモータは、長く伸びる固定子に対して、コイルなどにより磁極を変化させる可動子を設け、可動子で発生する磁極を変化させることにより移動する。固定子は変化しないので、1個の固定子に複数の可動子を載せて、各可動子で発生する磁極を独立に制御すれば、各可動子を独立に移動させることが可能である。そこで、図4の(A)に示すように、X軸移動ステージ13A、13Bの下部にそれぞれ可動子43A、43Bを設け、それを1個の固定子42上に載置すれば、X軸移動ステージ13A、13Bを独立に移動させることができる。
なお、Y軸移動ステージ14A、14Bを移動するための駆動構造として、リニアモータを使用することも可能である。
また、X軸移動ステージ13A、13Bを移動するのにリニアモータを使用せず、ボールネジを使用することも可能である。この場合、図4の(B)に示すように、X軸方向に伸びる軸心を有するボールネジ71を使用し、X軸移動ステージ13A、13Bの下部にボールネジ71と組み合わされるボールが組み込まれた回転ナット部72A、72Bを設け、回転ナット部72A、72Bの回転量をそれぞれ制御すれば、X軸移動ステージ13A、13Bを独立に移動させることができる。
次に、実施例のウエハテストシステム100における検査動作及びウエハの搬送について、図5及び図6を参照して説明する。
図5に示すように、ウエハ搬送機構は1枚目のウエハW1をウエハカセット60B(60Aでもよい)から取り出し、アライメントカメラ22の下に位置する第1のウエハ保持・移動機構(X軸移動ステージ13A)の第1ウエハチャック16A上に搬送する。保持されたウエハW1のアライメント動作が終了した後、X軸移動ステージ13Aは左側に、すなわちウエハW1がプローブカード24Aの下に位置するように移動する。この間、第2のウエハ保持・移動機構(X軸移動ステージ13B)は、図示のように左側の位置に停止している。この状態で、ウエハW1の検査を開始する。
図6に示すように、ウエハ搬送機構は、1枚目のウエハW1の第1ウエハチャック16A上への搬送が終了すると、2枚目のウエハW2をウエハカセット60Bから取り出し、図示の位置にある第2のウエハ保持・移動機構(X軸移動ステージ13B)の第2ウエハチャック16B上に搬送する。保持されたウエハW2に対してアライメント動作を行った後、X軸移動ステージ13Bは左側に、すなわちウエハW2がプローブカード24Bの下に位置するように移動し、ウエハW2の検査を開始する。
この後は、検査の終了した側のX軸移動ステージが中央に移動し、ウエハ搬送機構は検査済みのウエハをウエハカセット60Bに搬送し、未検査のウエハを取り出して中央に位置しているX軸移動ステージのウエハチャック上に搬送する。
以後、上記の動作を繰り返し、ウエハカセット60B内の全てのウエハの検査が終了すると、ウエハカセット60A内のウエハに対して同様の動作を繰り返す。
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ダイを検査する従来のウエハテストシステムの基本構成を示す図である。 本発明の実施例のウエハテストシステムの基本構成を示す図である。 実施例のウエハテストシステムの上面図である。 X軸ステージを移動する駆動構造の例を示す図である。 実施例のウエハテストシステムにおける検査動作及びウエハの搬送を説明する図である。 実施例のウエハテストシステムにおける検査動作及びウエハの搬送を説明する図である。
符号の説明
13、13A、13B X軸移動ステージ
14、14A、14B Y軸移動ステージ
15、15A、15B Z軸移動・回転部
16、16A、16B ウエハチャック
22 アライメントカメラ
23A、23B カードホルダ
24A、24B プローブカード
30A、30B テスタ
41 ガイドレール
W、W1、W2 ウエハ

Claims (5)

  1. ウエハ上に形成された半導体装置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半導体装置の電極に接続するプローバであって、
    ウエハを保持する第1のウエハチャックと、
    ウエハを保持する第2のウエハチャックと、
    前記第1のウエハチャックに保持されたウエハ上の前記半導体装置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第1のプローブカードと、
    前記第2のウエハチャックに保持されたウエハ上の前記半導体装置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第2のプローブカードと、
    前記第1及び第2のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出するアライメントカメラと、
    前記第1のウエハチャックを移動する移動機構であって、前記第1のウエハチャックに保持したウエハを前記第1のプローブカードのプローブに接触可能なように、少なくとも前記第1のウエハチャックを前記第1のプローブカードの下まで、及び前記第1のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出可能なように、少なくとも前記第1のウエハチャックを前記アライメントカメラの下まで、移動可能な第1の移動機構と、
    前記第2のウエハチャックを移動する移動機構であって、前記第2のウエハチャックに保持したウエハを前記第2のプローブカードのプローブに接触可能なように、少なくとも前記第2のウエハチャックを前記第2のプローブカードの下まで、及び前記第2のウエハチャックに保持した前記ウエハの前記半導体装置の電極の位置を検出可能なように、少なくとも前記第2のウエハチャックを前記アライメントカメラの下まで、移動可能な第2の移動機構と、を備え、
    前記第1の移動機構及び前記第2の移動機構は、前記第1のウエハチャック及び前記第2のウエハチャックをそれぞれ独立に移動させることを特徴とするプローバ。
  2. 前記第1の移動機構及び前記第2の移動機構のそれぞれは、
    X軸方向に伸びるX軸移動ベースと、
    前記X軸移動ベース上を移動するX軸移動ステージと、
    前記X軸移動ステージ上に設けられ、前記第1又は第2のウエハチャックを前記X軸方向以外の方向に移動及び回転する移動・回転機構と、を備え、
    前記X軸移動ベースは共通である請求項1に記載のプローバ。
  3. 前記第1の移動機構及び前記第2の移動機構の前記移動・回転機構は、前記第1及び第2のプローブカードの前記プローブの位置を検出する第1及び第2のプローブ位置検出カメラをそれぞれ備える請求項2に記載のプローバ。
  4. ウエハカセットと前記第1及び第2のウエハチャックとの間でウエハを搬送するウエハ搬送機構を、更に備える請求項1から3のいずれか1項に記載のプローバ。
  5. 前記ウエハ搬送機構は、
    ロボット・アームと、
    前記ウエハカセット、前記第1のウエハチャック及び前記第2のウエハチャックとの共通のウエハ受け渡し位置に、前記ロボット・アームを移動するアーム移動機構と、を備える請求項4に記載のプローバ。
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