JPH01282829A

JPH01282829A - ウエハプローバ

Info

Publication number: JPH01282829A
Application number: JP11145888A
Authority: JP
Inventors: Teruya Sato; 光弥佐藤; Atsuhito Yamaguchi; 敦人山口; Takao Ukaji; 隆夫宇梶; Taro Omori; 大森　太郎; Eiichi Murakami; 栄一村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1989-11-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、半導体チップのプローブ検査を行なうための
ウェハプローバ、特にプローブカードのプローブニード
ルの針先の形状を入力し、これにより針先の汚れ、割れ
、摩耗を検出し、針先の汚れの場合には清掃を行ない、
その他の場合にはテストを中止する機能もしくはプロー
ブニードルの針先のオーバドライブ時の位置またはその
軌跡から針先の位置変化を検出し、これを修正する機能
を有するウエハブローパに関するものである。

［従来の技術］ウェハプローバとは、半導体ウェハ上に形成された多数
のＩＣチップの特性を測定する際に用いられる装置であ
る。

実際のテストはＩＣテスタが行なうが、ウェハプローバ
は、このＩＣテスタと前記ウェハ上の各ＩＣチップとの
電気的コンタクトを正確に行なわせる。この電気的コン
タクトは、ＩＣチップのポンディングパッド位置に対応
した接触針（プローブニードル）を有するプローブカー
ドと呼ばれるプリント基板を介して正確に行なわれる。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、従来のウェハプローバにおいては下記のよう
な問題点があり、これらのためにテストの信頼性が低い
場合が多かった。

（１）プローブニードルの先端にポンディングパッドの
材質であるアルミニウムが付着し、これが良好な電気的
コンタクトの防げとなっていた。

（ｉｉ）プローブニードルの先端が割れることがあり、
このため正しい針圧荷重で正確な位置に針先を当てるこ
とが困難な場合があった。

（ｉｉｉ）プローブニードルの先端が摩耗のため犬きく
なり、ポンディングパッドから外れる場合があった。

（ｉｖ）プローブニードル先端部が変形をし、ポンディ
ングパッドから外れる場合があった。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、プローブニードルの不良に基づくテストの信頼性低
下を防止したウェハプローバの提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用コ前記目的を
達成するため、本発明に係るウェハプローバは、プロー
ブカード設定時またはテスト中においてプローブニード
ルの針先を下からＴＶ左カメラより撮像し、プローブニ
ードル先端部の状態を入力し、アルミニウム等の汚れを
検出した場合には針先の研磨または下から高圧エアー等
をブローすることにより清掃を行ない、針先の割れまた
は摩耗を検出した場合には、外部に警報を発しテストを
中止する。

さらに、プローブニードルの針先を透明な板状物体（コ
ンタクトプレート）にテスト時と同様に押し付けこの時
のプローブニードルの針先の位置またはその軌跡を入力
しこれらが所定許容範囲内に入っていない場合には、テ
ストを中止するか、または許容範囲を越えたプローブニ
ードルの針先をＸＹステージ上のプローブニードルホー
ルド機構により把持しＸＹステージの移動により強制的
に位置を修正する。

［実施例コ以下、図に示した実施例を用いて本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示すウェハプローバの上部
概略図であり、この図において、１はウェハを搭載する
ためのウェハチャック、２はウェハチャック１をθおよ
びＺ方向に駆動するθＺステージ、３はθＺステージ２
をＸＹ力方向駆動するＸＹステージであり、Ｘステージ
３０１、Ｙステージ３０２を有している。Ｘステージ３
０１は不図示のベースに固定支持されているガイド３０
４．３０５に案内されて移動し、Ｙステージ３０２はＸ
ステージ３０１に固定支持されているガイド３０６，３
０７に案内されて移動する。

３０８はＸステージ３０１のＸ方向の位置を不図示のス
ケールを介して検出する位置検出器、３０９はＹステー
ジ３０２のＹ方向の位置を不図示のスケールを介して検
出する位置検出器である。

４はウェハの外形、およびウェハのＺ方向の位置（高さ
）を測定するための静電容量型センサ、５はウェハ上の
ＩＣチップのパターンを撮像するための撮像器であり、
顕微鏡５０１とＴＶカメラ５０２を有している。６はＩ
Ｃチップ上のボン、ディングパッドと電気的なコンタク
トをとるためのプローブニードル（図では多数のプロー
ブニードルのうち端部に位置する４木のみを示している
）、７は各プローブニードル６の先端（針先）がＩＣチ
ップ上に所定の状態で配列されているポンディングパッ
ド群のそれぞれに１対１で一致するように、各プローブ
ニードル６を配列固定したプリント基板であるプローブ
カードである。

１０はタッチプレートで、プローブニードル６の先端群
を２方向に沿って上から押し付けた際の微小な荷重を検
出することにより、プローブニードル６の針先群の高さ
を計測するために用いられる。１１はプローブニードル
６の針先群の概略位置を検出するために用いるレーザビ
ーム、１２はレーザビーム１１を出力する半導体レーザ
、１３はレーザビーム１１をウェハチャツク１中央部に
おいて集光するための集光レンズ、１４は半導体レーザ
１２からのレーザビーム１１をウェハチャック１の上面
と平行になるように曲げるプリズム、１５はウェハチャ
ック１の上面に沿って投射されているレーザビーム１１
をレーザビーム検出用の受光素子１６に導くためのプリ
ズムである。

２０はプローブニードル６の先端の位置を計測するため
にコンタクトプレート２１に押し付けられたプローブニ
ードル６の先端を対物レンズ２２を介して撮像するＴＶ
カメラで、Ｙステージ３０２上に設けられている。対物
レンズ２２はフォーカス位置にある物点からの光束が平
行光となって出射されるような所謂無限補正のレンズで
ある。

２３はプローブニードル６の先端を照明するための高精
度ＬＥＤである。この光源２３と、集光レンズ２４、ハ
ーフミラ−２５で照明系を構成している。２７は対物レ
ンズ２２よりの平行光束をミラー２６を介してＴＶカメ
ラ２０の撮像面に結像させるためのリレーレンズである
。

２８はウェハチャック１に取り付けられたプローブニー
ドル６の針先の研磨に用いるセラミック板であり、θＺ
ステージ２のＺ軸駆動部（不図示）により、上下動可能
である。

２９はウェハチャック１に取り付けられた、プローブニ
ードル６の針先をエアーブローにより清掃するための、
カードブロ一部であり、セラミック板２８と同様に０２
ステージ２のＺ軸駆動部により上下動可能である。

第２図はプローブニードル針先群を撮像するために用い
る撮像系周辺を示す図である。

第２図において、６０はコンタクトプレート２１、対物
レンズ２２、プローブニードルホルダ６３を一体的に固
定保持するホルダアームで、このホルダアーム６０の先
端にはタッチプレート１０を支持する変形部材３０が取
り付けられている。６１はボールネジ、６２はボールネ
ジ６１を回転させることによりホルダアーム６０をＺ方
向に移動させるパルスモータ、６３はプローブニードル
６の針先をホルダアーム６０を上昇させることにより把
持するプローブニードルホルダ、６４はプローブニード
ル６の先端のそれぞれを撮像するＴＶ左カメラ０および
ウェハの各ＩＣチップのポンディングパッドのそれぞれ
を撮像するＴＶ左カメラ０２（第１図参照）からの映像
信号を入力して、プローバシーケンスコントローラ６５
の指令により入力画像の２値化、ラベリング、特徴抽出
等を実行する周知の画像処理回路である。プローバシー
ケンスコントローラ６５はプローバ全体のシーケンスを
制御すると共に、画像処理回路６４から各プローブニー
ドルの針先の中心の位置情報、形状情報を入力可能とな
っている。

第３図はプローブニードルホルダ６３の機能を示す図で
あり、プローブニードルホルダ６３はその中心からエア
ーを吹き込ませるようになっており、プローブニードル
６の針先を把持した時に針先にゴミが付着しないように
なっている。

次に第１図〜第３図を用いて本発明の作用の詳細を以下
に述べる。

本発明のウエハプローバにおいては、まず、プローブニ
ードルの自動位置検出が行なわれる。これはまず、ＸＹ
ステージ３に支持されているタッチプレート１０がプロ
ーブニードル６の針先群の下方に位置する。この後、第
２図のパルスモータ６２によるボールネジ６１の回転が
開始され、変形部材３０に支持されているタッチプレー
ト１０はアームホルダ６０と共にＺ方向に沿って上昇し
、その上面がプローブニードル６の針先群のいくつかに
触れることになる。コントローラ６０はこの時のタッチ
プレート１０の上面の高さをパルスモータ６２に与えた
パルス信号のパルス数に基づいて求め、これからプロー
ブニードル６の針先群の高さ（２方向の位置）を検出す
る。

次に、レーザビーム１１によるプローブニードル６の針
先群のＸＹ座標における概略位置計測のため、レーザビ
ーム１１を、検出したプローブニードル６の針先群の高
さより１００μｍ程度上方（Ｚ方向）にその光軸が位置
するように、２ステージにより２方向に上昇させる。こ
の後レーザビーム１１の集光点がプローブニードル６の
先端部をよぎるようにＸステージ３０１を移動させる。

この移動時、プリズム１５を通して導びかれるレーザビ
ーム１１の光量を受光素子１６で検出し、この検出光量
がある割合以下になる複数の場所のＸＹ座標をＸ位置検
出器３０８、Ｙ位置検出器３０９の出力に基づいてコン
トローラ６４は検出して記憶する。次いで、レーザビー
ム１１のＸＹ座標に対する傾きを変えて前述と同様に、
受光素子１６に入射されるレーザビーム１１の光量が、
ある割合以下になる複数の場所のＸＹ座標を記憶する０
以上の動作により、プローブニードル６の右下および左
上の各先端部を通る、２本の直線（レーザビーム）の位
置が判明するため、コントローラ６４は上述の２つのプ
ローブニードル６の先端部のＸＹ座標上の位置を２本の
直線の交点の式より求める。

次にＸＹ座標上の概略位置コンタクトプレート２１をＸ
Ｙステージ３の移動により位置させる。

この後、先に計測した針先のＺ方向の位置にコンタクト
プレート２１をアームホルダ６０を介してパルスモータ
６２により上昇させる。この状態において、高輝度ＬＥ
Ｄ２３によりコンタクトプレート２１を通してプローブ
ニードル６の針先部を照明し、針先をＴＶ左カメラ０で
撮像する。

この撮像により針先の位置を計測し、さらに、ＩＣチッ
プに対するブロービングテスト時・と同じオーバドライ
ブがかかる高さまでコンタクトプレート２１を上昇させ
、この動作中においてプローブニードル６の針先の位置
の軌跡を計測する。

この後コントローラ６４はあらかじめ入力されている他
のプローブニードル６の針先の位置へコンタクトプレー
ト２１をＸＹステージ３の移動により位置させ、前述と
同様にオーバドライブをかけた時の針先の位置、または
その軌跡を計測する。

この後コントローラ６４は計測した全ての針先の位置ま
たはその軌跡とあらかじめ入力されている理想的な針先
の相対位置および各位置における許容針跡範囲から最適
なプローブカード７の回転角度を計算し、これを不図示
の駆動部により回転させる。但し、各針先について、全
てを許容針跡範囲内に入れることが回転によっても不可
能であると判明した場合には、その主な原因となってい
る針先を特定し、所定の真円度から外れ、さらに所定の
大きさよりも大きい場合には針先にアルミクズ等が付着
したものと判断し、セラミック板２８をＸＹステージ３
の移動により針先の下に位置させ、針先に所定のオーバ
ドライブがかかるようにθ２ステージ２のＺステージ部
を上下動させることにより、針先の研摩を行なう。この
場合、研摩に代えてカードブロ一部２９をＸＹステージ
３の移動により針先の下に位置させ、高圧エアーを吹き
付けることにより針先のアルミクズ等を取り除くように
してもよい。

また針先の形状が所定の真円度から外れ、さらに所定の
大きさよりも小さい場合には針先に割れ等の異常が発生
しているものと判断し、外部に警報を発生し、さらに自
動的にテストに入るのを中止する。

また、針先の形状がほぼ真円に近く、さらにその大きさ
が所定の大きさよりも大きい場合には、針先が摩耗によ
り使用不可となフたものと判断し、前述と同様に外部に
警報を発生し、さらに自動的にテストに入るのを中止す
る。

本発明に係る針先の汚れ割れ摩耗の検出または針先位置
計測に、本実施例のウエハプローバでは不図示のプリア
ライメントステージでのプリアライメントを完了したウ
ェハをウェハチャック１に搭載し、このウェハを第１図
に示される静電容量型センサ４の下（Ｚ方向に関して）
にＸＹステージ３により移動し、その外周部数点を計測
することにより、ウェハのオリエンテーションフラット
の向きを算出し、ウェハチャック１を回転させて、これ
を指定方向に合わせ、かつ、ウェハの中心を算出する。

この後、ウェハ上の数点で高さを同様に計測する。これ
はブロービング時に、ウェハ全面におけるオーバドライ
ブ量をウニ八表面の高さのバラツキに左右されずに常に
一定にコントロールするためである。この後、ウェハ上
の右端部（Ｘ軸方向での一方の端部）表面を顕微鏡５０
１の下にＸＹステージ３により位置させ、かつ、Ｚステ
ージ４３をパルスモータ４５により上下動させて、ウニ
八表面を顕微鏡５０１のフォーカス位置に設定する。こ
の状態において、ＴＶ左カメラ０２は顕微鏡５０１を通
して、ウニ八表面のパターンを撮像し、これに基づいた
映像信号を画像処理装置６４に送り込む。画像処理装置
６４はプローバシーケンスコントローラ６５の指令によ
り、予め記憶しである特徴的なパターンを探し出し、そ
の座標をプローバシーケンスコントローラ６５に送り返
す。

次いで、ウェハ上の左端部（Ｘ軸方の他方の端部）表面
を顕微鏡５０１の下に位置させ、右端部と同様な処理を
行なうことにより、プローバシーケンスコントローラ６
５はウェハ上のパターンのチップ配列方向とＸＹステー
ジ３の軸方向との角度ずれが解るため、これをθＺステ
ージ２のθ回転により補正を行なう。

さらに、ウェハ上のパターン配列も解るため、ＩＣチッ
プ上のポンディングパッドがプローブニードルの各針先
と一致する位置にＸＹステージ３をプローブカード７の
下に送り込みテストの実行に入る。

なお、本発明のウェハプローバは、テスト実行中におい
ても特定チップ数、ウェハ枚数ごとにまたはテスト結果
に不良が連続発生した場合に前述と同様に、各プローブ
ニードルの針先の形状人力により汚れ、割れ、摩耗の自
動検出と、それらの結果による自動清掃または自動テス
ト中止が可能であり、またオーバドライブ時の各プロー
ブニードル針先の位置またはその軌跡入力によるプロー
ブカードの回転補正駆動または特定針先の位置修正が可
能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るウェハプローバにお
いては、テスト前またはテスト中にプローブニードル先
端を撮像して先端状態を判定し汚れ、割れ等の不良状態
を検出した場合にはテスト中止または不良針先修正動作
を行なうようにシーケンス制御している。したがって、
電気的接触が確実になり、また位置決め精度が向上し、
針先不良のままテストが実行されることがなくテストの
信頼性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るウェハプローバの斜視図、第２図
はプローブニードル先端部撮像系の構成説明図、第３図
はプローブニードルホルダの斜視図である。１：ウェハチャック、２：θＺステージ、３：ＸＹステージ、６：プローブニードル、１１：レーザビーム、２０：ＴＶカメラ、２１：コンタクトプレート、２８：セラミック板、２９：カードブロ一部、６３ニブローブニードルホルダ、６４：画像処理回路、６５：プローバシーケンスコントローラ。特許出願人　　　キャノン株式会社代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）検査すべき半導体ウェハと電気的に接触するため
のプローブニードル群と、該ウェハを保持するためのウ
ェハチャックと、該ウェハチャックをＸおよびＹ方向に
移動させるためのＸＹステージと、前記プローブニード
ル群の針先を撮像する撮像手段と、該撮像手段の画像信
号に基づいて該針先の状態を検知するための画像処理手
段と、該画像処理手段により検出した針先状態に基づい
てプローバ動作のシーケンス制御を行なうための制御手
段とを具備したことを特徴とするウェハプローバ。
（２）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェハ
チャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージと
、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して上
記ウェハチャックと一体的に移動されるプローブニード
ル群の針先の少なくとも一つを撮像する撮像手段とを具
備し、上記撮像手段の画像信号に基づいて上記プローブ
ニードル群の針先の形状、大きさ等を入力し、これらに
より針先の汚れ、割れ、摩耗を検出して、針先に汚れが
ある場合にはこれの清掃を行なうかまたは外部に警報を
発生してテストの実行を中止し、針先が割れまたは摩耗
状態にある場合には、外部に警報を発生してテストの実
行を中止することを特徴とするウェハプローバ。
（３）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェハ
チャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージと
、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して上
記ウェハチャックと一体的に移動されるコンタクトプレ
ートと、上記コンタクトプレートを上記ＸＹステージに
対してＺ方向に移動させる駆動機構と、上記コンタクト
プレートを通して上記プローブニードル群の針先の少な
くとも一つを撮像する撮像手段とにより、上記プローブ
ニードル群の針先の少なくとも一つに上記コンタクトプ
レートを押し付け、この際の上記撮像手段からの画像信
号に基づいて上記プローブニードル群の針先の形状、大
きさ等を入力し、これらにより、針先の汚れ、割れ、摩
耗を検出して針先に汚れがある場合にはこれの清浄を行
なうかまたは外部に警報を発生して、テストの実行を中
止し、針先が割れまたは摩耗状態にある場合には、外部
に警報を発生して、テストの実行を中止することを特徴
とするウェハプローバ。
（４）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェハ
チャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージと
、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して上
記ウェハチャックと一体的に移動されるコンタクトプレ
ートと、上記コンタクトプレートを上記ＸＹステージに
対してＺ方向に移動させる駆動機構と、上記コンタクト
プレートを通して上記プローブニードル群の針先の少な
くとも一つを撮像する撮像手段とにより、上記プローブ
ニードル群の針先の少なくとも一つに上記コンタクトプ
レートを押し付け、この際の上記撮像手段からの画像信
号に基づいて上記プローブニードル群の針先の押し付け
時の位置または軌跡を求め、この位置または軌跡が所定
許容範囲内に入っていない場合に、テスト動作を中止す
るか、もしくは所定許容範囲内に入っていない針先を前
記ＸＹステージ上にあるホールド機構により把持し、こ
の後ＸＹステージを移動させることにより針先を修正す
る機能を有するウェハプローバ。