JPS61206238A - 自動半導体ウエハプロ−バ - Google Patents

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】 〔技術分野〕 この発明は、自動半導体ウェハプローバに関するもので
、例えば、全自動半導体ウエハプローバに利用して有効
な゛技術に関するものである。

〔背景技術〕

半導体ウェハの最終チェック工程を担う半導体ウェハプ
ローバにおいて、半導体ウェハの大口径化が進むにつれ
て、ビンセントあるいは他の工具類を用いた人手による
作業の困難性に伴い、いわゆるビンセットレス化、言い
換えれば、半導体ウェハの自動ロード、アンロード化が
「電子材料」誌１９７８年１１月号の頁１３９〜頁１４
３によって公知である。すなわち、複数枚（例えば２５
枚）の半導体ウェハを収納する収納容器（カセット）か
ら順次１枚づつ丸ベルトコンベヤにより、ロード位置（
コースアライメントステージ）に移送する。そして、こ
の半導体ウェハをベルヌーイチャック等を使用してブロ
ービングマシンの吸着テーブル（チャックトップ）に−
送させる０次に、測定が終了した半導体ウェハは、吸着
テーブルからアンロード位置に吹き出し空気圧等に〜よ
り搬送され、丸ベルトコンベアにより収納容器に収めら
れる０以上により、半導体ウェハ表面に対して完全に無
接触の状態でブロービングマシンに半導体ウェハの搬入
、ｍ出がなされる。

ところで、固定プローブボードは、プリント基板の下面
（基準面）とプローブ針尖端の間隔が２５００±５０μ
ｍの高精度に形成される。しかしながら、上記半導体ウ
ェハの試験を行う場合、半導体ウェハは、Ｚステージに
よりプローブ針の尖端がその表面に接触した状態から更
に約７０ＩＩｍ程押し上（Ｚアップ）げられる、このた
め、上記誤差範囲±５０μｍが無視できないばかりか、
繰り返し圧着によるプローブ針の残留歪によって上記プ
ローブ針尖端のＺ軸方向の位置が変動する。

したがって、所望の電気的接続を得るとともに薄いアル
ミニニウム層により形成されたポンディングパッドを突
き抜けないような針圧に設定するため、半導体ウェハの
試験においては、上記プローブ針の尖端が半導体ウェハ
の表面に接触したことを正確に検出する必要がある。こ
のような位置検出のために、エツジセンサーが利用され
る。このエツジセンサーは、一対のプローブ針からなり
、その一方は半導体ウェハのスクライブライン上に位置
合わせされ、他方は上記一方のプローブ針の下側に接触
する状態に置かれる。上記一方のプローブ針の尖端が半
導体ウェハ表面に接触すると、他方のプローブ針との接
触が断たれるような構成になっている。このようなエツ
ジセンサーを備えた固定プローブにおいては、上記エツ
ジセンサーの開放状態を検出してから、上記プローブ針
の食い込み量分だけ２ステージを制御する。しかしなが
ら、他のプローブとの先端位置のバラツキ及び変動等に
よってその誤差が大きいこと、半導体技術の進展によっ
て上記スクライブライン幅が極めて微細に形成されるこ
と等によって上記エツジセンサーを設けない固定プロー
ブボードの数が多くなってきている。このような固定プ
ローブボードにあっては、半導体ウェハの試験に先立っ
て、顕微鏡によってプローブ針の尖端と半導体ウェハの
表面接触状態を調べて、半導体ウェハのＺアップ量を決
定する方法を採るものである。すなわち、プローブ針を
ポンディングパッドに押し当てて、その表面に発生した
傷を顕微鏡で見ながら判定するものである。このため、
能率が悪いばかりか、その判定に個人差が生じて正確な
針圧が得られないこと等の問題が生じている（なお、固
定プローブボードに関しては、例えば実公昭５８−２６
５２９号公報参照）。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、簡単な構成によりプローブ針圧の設
定の自動化を図った自動半導体ウェハプローバを提供す
ることにある。

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、プローバとテスターの間にスイッチ手段を設
けて、被測定半導体ウェハを吸引固定する導電性金属で
形成されたチャックトップをＺアップさせるとともに、
上記チャ、クトンプとプローブとの間又は一対のプロー
ブ間に電圧を供給して、そこに流れる電流の有無を検出
する検出回路を選択的に接続させて上記プローブ尖端の
Ｚ位置４ｍ別するものである。

〔実施例〕

第１図には、この発明が通用された全自動半導体ウェハ
プローバの一実施例の外観図が示されている。

同図の全自動半導体ウェハプローバは、大きく別けると
、ブロービングマシン部と半導体ウェハの移送部に分け
られる。半導体ウェハの移送部は、複数枚の半導体ウェ
ハを縦方向に多段構成に収納するカセットＣＡＬ、ＣＡ
２が設置されるエレベータ機構と、このエレベータ機構
と上記ブロービングマシン部に対するロードステージ及
びアンロードステージとの間で上記半導体ウェハの移送
を行う丸ベルトコンベアＢＣとにより構成される。

この丸ベルトコンベアＢＣは、複数の丸ベルトコンベア
の組み合わせからなり、各丸ベルトコンペアは、その両
端に駆動用プーリーとフリーなプーリーとが設けられる
ものであり、駆動用プーリーを同様な丸ベルトを介して
モーターで駆動することによって、一対の丸ベルトから
なるコンベアが走らされ、その上に載せられた半導体ウ
ェハを移送するものである。これらの一対の丸ベルトの
両側には、ガイドが設けられる。これによって、半導体
ウェハが一対の丸ベルトから脱落するのを防止するもの
である。また、各丸ベルトコンベア間における半導体ウ
ェハの受は渡し点（接続点）には、センサーが設けらる
。特に制限されないが、このセンサーは、光センサーに
よって構成され、その上部まで移送された半導体ウェハ
を検出するものである０例えば、ある丸ベルトコンベア
によって移送された半導体ウェハは、その受は渡し位置
に設けられたセンサーによって検出される。この検出信
号によってその丸ベルトコンベアの移送動作が停止され
、受は側の丸ベルトコンベアが動作を開始する。これに
よって、半導体ウェハをぼり直角の方向に移送させるこ
とができる。上記エレベータ機構は、例えば特開昭５４
−４８４８２号公報等によって公知であるので、その詳
細な説明を省略するものである。

上記ロードステージは、ここに移送されてきた半導体ウ
ェハを回転させて、そのオリエンテーションフラットを
検出する手段が設けられ、半導体ウェハのθ方向の位置
合わせの予備的な動作がなされる。この後、半導体ウェ
ハはその表面より無接触の下に吸着するベルヌーイチャ
ックを利用して構成されたトランスファーアームによっ
てチャックトップの表面に搬入される。

一方、ブロービングマシン部は、外観上は見えないが、
Ｘ−ＹテーブルＸ−ＹＴＢにより構成される。このＸ−
ＹテーブルＸ−ＹＴＢは、チャックトップ（吸着テーブ
ル）が取り付けられており、パルスモータにより駆動さ
れ、高精度の位置制御がなされる。上記チャックトップ
は、半導体ウェハを真空吸着する吸着孔と、測定が終了
した半導体ウェハをアンロードステージに搬出させるた
めの吹き出し孔（上記吸着孔と供用するものであっても
よい）が設けられている。また、上記チンブトツブはＺ
ステージによって、上記Ｘ−ＹテーブルＸ−ＹＴＢの上
部の開口部に取り付けられた固定プローブボードＰＣの
プローブ針に対して半導体ウェハを押し上げて、半導体
ウェハのポンディングパッドとプローブ針の接触端との
電気的接触を行わせる。

顕微鏡ＭＳは、上記開口を通してプローブ針の接触端と
半導体ウェハの表面との位置合わせ（針合わせ）を確認
するためのもの、あるいは後述するような自動位置合わ
せが故障等の時等に予備的なマニアル操作による針合わ
せの観宸に使用するためのものである。

なお、上記ロードステージにおいてそのオリエンテーシ
ョンフラットの検出が終了した半導体ウェハは、上記の
ようにトランスファーアームによってロードポジション
に移動させられてチャックトップに搬入される。このロ
ードポジション上には、自動針合わせを実現するため、
テレビジョンカメラ等で構成された撮像装置ＩＴＶが設
けられる。この撮像装置ＩＴＶによって形成された半導
体ウェハのディジタル化された回路パターン信号は、図
示しない画像処理装置によってパターン認識が行われ、
そのポンディングパッドの位置の識別が行われる。この
位置合わせにあたっては、特に制限されないが、上記ロ
ードポジションにおいて、半導体ウェハをθ方向に回転
させてアライニング、すなわち、半導体ウェハにおける
チップの配列のＸ軸と、上記ｘ−ｙテーブルＸ　−Ｙ　
”１’　ＢＯＸ軸とを一致させる。また、ポンディング
パッドの位ｉｍ出が行われる。この位置検出データに基
づいて、チャックトップを最初に測定を行う半導体集積
回路（ナツプ）が固定プローブボードＰＣ上のプローブ
針の位置に移動させられた時のポンディングパッドの位
置が算出され、自動針合わせが行われるものである。こ
れにより、測定すべき最初のウェハチップのポンディン
グパッドとプローブ針の尖端との自動位置合わせが行わ
れる。以下、連続してＸ方向又はＹ方向に１チップ間陥
づつ移動させることにより、自動的に他のウエハチツブ
のポンディングパッドに対する探針の位置合わせが行わ
れる。これらのＸ−ＹテーブルＸ−ＹＴＢの移動制御は
、パルスモータを用いて高精度に行われる。また、ウェ
ハチャックトップＣＴは、エア又はパルスモータを用い
てＺ方向（アップ。

ダウン）に移動させられる。すなわち、Ｘ−Ｙテーブル
Ｘ−ＹＴＢによる位置合わせ動作は、ウェハチャックト
ップＣＴを下げた状態にして行われ、測定時にはウェハ
チャックトップＣＴを押し上げた状態としてプローブ針
とウェハチップのポンディングパッドとを所要の接触圧
をもって接触させて電気的接続を得るものである。この
ようなステージ機構は、周知であるのでより詳細な説明
を省略するや また、上記ロードボジシッンの付近には、半導体ウェハ
の厚みを測定するためのキャパシタセンサーＣ８が設け
られている。このキャパシタセンサーは、半導体ウェハ
の表面との浮遊容量を測定して、その結果から厚みの測
定を行うものである。

この厚み測定結果は、キャパシタの一方の電極を構成す
る基準面に対するＺステージの位置（アップ量）として
得られる。この厚み測定個所は、半導体ウェハを複数ブ
ロックに分割して、それぞれについて測定するものであ
る。半導体ウェハの厚みは、上記のようなプローブ針の
食い込み量（約７０μｍ）からみて無視できないバラツ
キを持っている。上記測定結果は、それぞれのブロック
に形成された半導体チップの電極へのプローブ針食い込
み量の補正に利用される。

ディスプレイ装置ＣＲＴは、主としてそのモニター画面
を表示させるものである。

操作パネルＰＮＬは、上記動作の起動や停止等のマニア
ルによる各種制御信号を入力するものである。

上記構成の全自動半導体ウェハプローバにおいて、プロ
ーブ針の針圧の設定の自動化を行うため、・次のプロー
ブ尖端検出手段が設けられる。

第２図には、上記プローブ尖端位置検出手段の一実施例
を示す回路図が示されている。チャックトップＣＴは、
導電性金属により構成され、テスターＴＳＴ側から半導
体ウェハの基板に所望の電位を与える配線が施されてい
る。また、プローブボードＰＣの各プローブ針の他端は
プリント基板の配線と配線Ｌ４を介してテタスーＴＳＴ
と接続される。これらの配線しに切り換えスイッチＳＷ
１、ＳＷ２が設けられる。これらのスイッチＳＷ１、Ｓ
Ｗ２は、上記チャックトップＣＴ及びプローブ針をテス
ターＴＳＴ又は次の電流検出回路とに選択的に接続させ
る。上記電流検出回路は、チャックトップＣＴとプロー
ブ尖端との接触を電気的に検出するものであり、チャッ
クトップＣＴにはスイッチＳＷ２の接点すを介して電圧
Ｖが与えられ、プローブ針にはスイッチＳＷＩの接点す
を介して抵抗Ｒを介して回路の接地電位が与えられる。

これによって、上記プローブ尖端とチャックトップＣＴ
が接触した時、その接触抵抗を無視するとＶ／Ｒの電流
が流れる。この電流の有無、言い換えると上記接触の有
無に従い、抵抗Ｒには、電圧Ｖのようなハイレベル又は
回路の接地電位のようなロウレベルが得られる。これら
２値電圧は、電圧比較回路ＶＣによって判定される。こ
の電圧比較回路ＶＣの非反転入力（＋）には、Ｖ／２の
参照電圧が供給され、反転入力（−）には、上記抵抗Ｒ
により形成された電圧が供給される。これにより、プロ
ーブ尖端とチャックトップとが接触していない場合、電
圧比較回路ＶＣからはハイレベル（Ｈ）の出力信号が得
られる。これに対して、プローブ尖端とチャックトップ
とが接触した場合、電圧比較回路ＶＣからはロウレベル
（Ｌ）の出力信号が得られる。

この実施例の針圧設定動作を次に説明する。

半導体ウェハの測定に先立って、言い換えるならば、測
定すべき半導体ウェハに対応した固定プローブボードＰ
Ｃを装填した状態であって、チャックトップＣＴに半導
体ウェハを載置しない状態で上記チャックトップＣＴを
固定プローブボードｐｃの位置まで移動させて、基準点
（Ｚ軸の零点）から１ステツプづつアップさせる。この
とき、上記スイッチＳＷＩ、ＳＷ２は、接点す側に接続
させておくものである。このアップ動作は、上記電圧比
軟回路ＶＣの出力がハイレベルなら継続して行わせる。

そして、上記電圧検出回路ＶＣの出力がロウレベルに変
化した時点、言い換えるならば、プローブ尖端がチャッ
クトップＣＴに接触した時に停止させる。この時の２軸
の位置（例えばＺｌとする）を所定の記憶回路に保持さ
せておく。

次に、上記チャックトップＣＴをロードボジシッンに移
動させ、上記半導体ウェハの自動移送手段によって半導
体ウェハの搬入させる。パターン認識によって自動アラ
イニング及び針合わせの予備動作を行った後、上記キャ
パシタセンサーＣ３によってその厚み測定を行う、この
結果を例えばｚ２とする。上記記憶回路に保持されてい
るＺ２から、厚みｚ２を減算させることによって、それ
ぞれのブロック毎における半導体チップの表面とプロー
ブ尖端とが接触を開始するＺアップ量を知ることができ
る。これにより、所望の接触圧（プローブ針の食い込み
量）を得るために、例えば、上記のように約７０μｍの
Ｚアップ量を決定するものである。

〔効　果〕

（１）プローブ尖端とチャックトップの表面との電気的
な接続が得られる２ステ一ジ位置を検出しておいて、そ
れから半導体ウェハの厚みを減算させることにより、プ
ローブ尖端と半導体ウェハ表面とが接触を開始するＺア
ップ量を間接的に知ることができる。これにより、所望
の針圧を得るためのプローブ針食い込み優を精度良く設
定できるという効果が得られる。

（２）上記（１）によりプローブ針圧の自動設定が実現
できるから、時間短縮化が図れるとともに、目視による
針圧設定を行う場合に比べて精度の高い針圧設定が可能
になり、針圧不足による接触不良や針圧過剰による半導
体チップの損傷を防ぐことができるから半導体チップの
試験の高信頼性を得ることができるという効果が得られ
る。

（３）上記（１）により、半導体ウェハの自動移送、半
導体ウェハのパターン認識による針合わせとと相俟って
完全自動化した半導体ウェハプローバを得ることができ
るという効果が得られる。

（４）半導体ウェハを複数ブロックに別けてそれぞれの
個所での厚みを測定しておいて、それぞれについて上記
（１）による針圧設定を行うことによって、より高精度
の針圧設定を行うことができるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を進展しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、代表的な複数
のプローブ針とチャンクトップ間との接触の有無をそれ
ぞれ前記同様に開べて、それぞれのＺ位置の平均値を算
出するものであっもよい、また、チャックトップを介し
て一対のプローブ間で電流が流れるか否かによってチャ
ックトップに対して２つのプローブが接触したことを検
出するものであってもよい、上記接触によって流れる電
流の有無を識別する回路は、種々の実施形態を採ること
ができるものである。

また、半導体ウェハの厚み測定は、キャパシタセンサー
の他、光学的な手段によって測定を行うものであっても
よい、この厚み測定装置を半導体ウェハプローバに搭載
させる必要はなく、例えば他の測定、装置で測定した厚
みをデータとして半導体ウェハプローバにプリセットさ
せるものであってもよい。

さらに、半導体ウェハに対するプローブの針合わせは、
顕微鏡を用いた目視による手作業により行うものであっ
てもよい、すなわち、上記移送部から順次自動的に送ら
れてきた半導体ウェハがウェハチャックトップに載置さ
れた後、目視によって最初に測定する半導体集積回路の
ポンディングパッドとプローブ針の接触端の位置合わせ
（針合わせ）を行うものであってもよい、さらに、半導
体ウェハの移送手段は、上記九ベルトコンベアの他、エ
アーベアリングを用いる等何であってもよい、なお、上
記ブロービングマシン部の動作制御及び半導体ウェハ移
送の動作制御は、マイクロコンピュータ等を利用したプ
ログラム制御で行うことがシステムの汎用性を高める上
で望ましいが、これに限定されるものではなく、いわゆ
るハードロジック回路により行うものであってよい。

〔利用分野〕

この発明は、自動半導体ウエハプローバに広く利用でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図は、この発明に係る自動半導体ウェハプローバの
外観図、 第２図は、そのプローブ尖端位置検出手段の一実施例を
示す回路図である。 Ｘ−ＹＴＢ・・ｘ−ｙテーブル、ＭＳ・・顕微鏡、ＣＲ
Ｔ・・ディスプレイ装置、ＩＴＶ・・撮像装置、ＣＡＬ
、ＣＡ２・・カセット、ＰＮＬ・・操作パネル、ＣＴ・
・チャックトップ、Ｃ３・・キャパシタセンサー、ＰＣ
・・プローブボード、ＳＷｌ、ＳＷ２・・スイッチ、Ｖ
Ｃ・・電圧比較回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プローバとテスターの間にスイッチ手段を設けて、
   被測定半導体ウェハを吸引固定する導電性金属で形成さ
   れたチャックトップをＺアップさせるとともに、上記チ
   ャックトップとプローブとの間又は一対のプローブ間に
   電圧を供給して、そこに流れる電流の有無を検出する検
   出回路を接続して上記プローブのＺ位置を識別する機能
   を設けたことを特徴とする自動半導体ウェハプローバ。 ２、上記自動半導体ウェハプローバは、被測定半導体ウ
   ェハの自動搬入／搬出機能と、上記チャックトップ上に
   吸引固定された被測定半導体ウェハの厚みを測定する厚
   み測定機能が設けられるものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動半導体ウェハプローバ。