(57)【要約】【課題】  垂直プローブカードを構成する１以上のプローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上のプローブピンの正常性を確実に判別する半導体装置の試験装置を提供すること。【解決手段】  垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピン１６に検査対象素子１８の１以上の端子１９を接触させて電気的試験を行う装置が使用される。本装置は、１以上の垂直プローブピン１６の先端の位置を揃える手段４２と、１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定する手段２２とを備え、垂直プローブピン１６の正常性を判別する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃える手段と、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定する手段と、
垂直プローブピンの正常性を判別する手段とを備える装置。
【請求項２】
前記位置を揃える手段が、垂直プローブピンに気流による力を作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記位置を揃える手段が、空気を噴出又は吸引するための端部を有し、該端部は、前記垂直プローブカードの一面から突出する１以上の垂直プローブピンを包囲する
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上の垂直プローブピンの正常性を判別する方法であって、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃えるように、前記１以上の垂直プローブピンに力を作用させ、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定し、
測定された位置のばらつきに応じて、１以上の垂直プローブピンの正常性を判別する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
１以上の垂直プローブピンに作用させる力が、気流、電気又は磁気による力である
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１以上の端子を有する素子の電気的な試験を行う技術分野に関し、特に半導体装置の試験装置及び試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに形成された半導体素子の各々は、ウエハから分離される前に電気的に検査され、その検査は一次試験又はプローブ試験と呼ばれている。検査用のプローブピンの各々に板バネを取り付け、板バネの弾性を利用して、プローブピン及び素子の端子間の電気的接触性を向上させる技術については、例えば特許文献１（特開２００３−２４０８０１号公報）に記載されている。
【０００３】
この種の技術分野では、半導体素子の多ピン化、半導体素子の高速化及び低消費電力化等に伴って、狭ピッチで並ぶ各端子を通じて流れる信号は、大電流化及び低電圧化している。このため、特許文献１に示されるような検査装置よりも簡易な構成を有する垂直プローブカードを用いた検査も行われている。
【０００４】
図１は、そのような垂直プローブカードを用いて半導体素子を検査する装置の概略図を示す。図示されているように、検査装置は、カード基板１２と、針保持ユニット１４と、多数の垂直プローブピン（検査針）１６と、ステージ２０と、カメラ２２とを有する。垂直プローブピン１６は、図中ｚ軸で示される垂直方向に一定の距離だけ可動である。垂直プローブピン１６は、直線状の部分と湾曲した部分とを有し、直線状の部分の一端は湾曲した部分に結合され、他端は鎌首上の形状を有する（この形状にちなんで、このようなピンはコブラプローブとも呼ばれる。）。湾曲した部分は、その一端が素子の端子（コンタクトパッド）に接触する際に弾性変形することが可能である。鎌首上の端部は、ピンが自重により下方にそれ以上落ちないように、ピンを包囲する穴の直径より大きな寸法を有する（円内の拡大図参照。）。
【０００５】
検査を行う場合には、先ず検査対象の半導体素子１８を垂直プローブカードの下方に離間して位置付ける。この時点では、垂直プローブピン１６は何れもカード基板１２の電極１３に接触していない。検査を行うために、半導体素子１８の端子１９（コンタクトパッド）が垂直プローブピン１６にそれぞれ接触するように、半導体素子１８を針保持ユニット１４に近づける。半導体素子１８は、ステージ２０に搭載されており、ｚ軸方向及びそれに垂直な方向に動かすことができる（垂直プローブカードは固定されているものとする。）。半導体素子１８が針保持ユニット１４に近づくことで、垂直プローブピン１６は、その一方端が半導体素子１８のコンタクトパッド１９に接触し、ステージ２０がｚ軸の正の方向に動くにつれて、ピンの湾曲した部分がたわむと共に、ピン１６の鎌首状の他方端がカード基板１２の電極１３に接触する。以後適切な電圧又は電流がコンタクトパッドの各々に与えられ、所望の電気的な試験が行われる。試験が終了すると、半導体素子１８は垂直プローブカードから引き離される。これにより、多数の垂直プローブピン１６はｚ軸の負の方向に自重により降下し、検査前の状態に戻る。以後同様な手順を反復することで、次々に半導体素子を検査することができる。
【特許文献１】特開２００３−２４０８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
垂直プローブピン１６は何度も動かされ、変形させられるので、折れてしまったり不都合に曲がったりするような不具合の生じることが予想される。そのような不具合が発見されると、垂直プローブカードを検査装置から取り外して保守点検を行ったり、必要ならば交換される。垂直プローブピン１６の不具合は、例えば、いくつかの垂直プローブピンをアライメントピンとして予め選択し、半導体素子が接触していない状態で、アライメントピンの先端の高さ（ｚ軸方向の位置）を例えば光学的なカメラ２２を用いて測定し、各ピンについて測定された高さの高低差が所定値より大きいことを検出することで見出される。総てのピンについて高さの測定を行ってもよいが、ピン数は用途にも依存するが例えば数千個も存在するので、ピン総ての高さ測定を行うことは現実的ではない。従って、ピンの先端の高さ測定は、所定数のアライメントピンについてのみ行われる。
【０００７】
しかしながら、アライメントピンの先端位置の高低差が所定値より大きい場合でも、ピンに上記のような不具合が生じているとは限らない。例えば、図２に示されるように、垂直プローブピン１６とその周囲の材料との間の摩擦等に起因して、垂直プローブピンが下方に降りてこない場合がある。このようにひっかかっている垂直プローブピン１６’が、アライメントピンに選択されていたとすると、正常に降りたアライメントピン１６との間で高低差が生じることになる。しかしながら、この場合に生じた高低差は、垂直プローブピンの不都合な変形を反映するものではない。垂直プローブピン１６’でも良好に電気的な試験を行うことができるからである。従って、従来は、所定の垂直プローブピンの先端位置の高低差が所定値を超えた場合には、先ず垂直プローブカードが装置から取り外され、真に不具合が生じているか否かが、オペレータによって、例えば顕微鏡を用いて検査することで確認される。その結果、垂直プローブピンが真に破断等していた場合は必要な保守点検が行われる。一方、図２に示されるような状態であったことが確認されると、その垂直プローブカードは（ひっかかっていた垂直プローブピンを適切に戻した後に）再び検査装置に取り付けられ、再び検査に使用される。
【０００８】
しかしながら、所定の垂直プローブピンの先端位置の高低差が所定値を超えている場合に、その都度オペレータが介在して不具合の真偽を確認することは、検査のスループットを向上させる観点からは好都合ではない。
【０００９】
一方、図３に示されるように、アライメントピンを、他のピンより長く作成し（１６”）、垂直方向に動かないようにする試みもなされている。このようにすると、アライメントピンに真に不具合が生じた場合にのみ、測定値に高低差が生じるので、上記の問題を少なくとも部分的に解決することができる。しかしながら、そのような特殊な垂直プローブピン１６”を設けることは、垂直プローブカードを特注することになり、コスト高になる。更に、アライメントピンは、他のピンと長さ及び機能が異なるので、他のピンで代用することはできない。従って、アライメントピンを柔軟に選択することはできなくなってしまう。
【００１０】
垂直方向に不動の長い特殊ピンをアライメントピンにすることで、上記の問題を部分的に解決できるならば、総ての垂直プローブピンを不動の長いピンにしてしまうことが考えられるかもしれない。しかしながら、この種の検査装置の取引の実情を加味すると、そのような手法はそもそも実現化が困難であり、たとえ実現できたとしてもコスト高になってしまう。通常は、カード基板１２と針保持ユニット１４は別々の業者により別体として作成され、垂直プローブカードを製造する際に両者が結合される。従って、それらを結合する際に、垂直方向に不動のピン１６の鎌首上の先端部が、カード基板１２の電極１３に必ず当接する程度に高精度にピン１６の先端部を安価に加工することは困難である。従って、総てのピンを不動にすることは得策ではない。そもそも、垂直プローブ方式では、ピン１６を可動にすることで、電気試験時に鎌首上の端部が常に電極１３に接触することが保証され、垂直プローブカードを安価に作成している（但し、上述したような問題点を有する。）。
【００１１】
本発明は、上記の問題点の少なくとも１つに鑑みてなされたものであり、その課題は、垂直プローブカードを構成する１以上のプローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上のプローブピンの正常性を確実に判別する半導体装置の試験装置及び試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置が使用される。本装置は、１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃える手段と、１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定する手段とを備え、垂直プローブピンの正常性を判別する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、垂直プローブカードを構成する１以上のプローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上のプローブピンの正常性をより確実に判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一態様によれば、垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃えるように、前記１以上の垂直プローブピンに力が作用させられる。そして、１以上の垂直プローブピンの先端の位置が測定され、  測定された位置のばらつきに応じて、１以上の垂直プローブピンの正常性が判別される。
【００１５】
垂直プローブピンの先端位置がなるべく揃うように、ピンに何らかの力を作用させた後で、ピンの先端位置の測定が行われる。このため、ピン自体に不具合が生じていない場合に、所定値を超える高低差（ばらつき）が生じる可能性は顕著に低くなり、垂直プローブピンの正常性の判別を更に確実にすることができる。
【００１６】
本発明の一態様では、前記ばらつきが所定値より大きい場合に、前記垂直プローブカードが前記装置から取り外される。これにより、真に不具合の生じている可能性の高い場合にのみ、オペレータによる保守点検を行わせることができ、検査のスループット向上等に貢献することができる。
【００１７】
本発明の一態様によれば、アライメントピンと他のピンは構造及び機能が同じであるので、アライメントピンは任意に設定可能である。また、本発明の一態様では、特殊なピンが必要とされないので、安価に検査することができる。垂直プローブピンに力を作用させるための手段を新たに設けることを要するが、作用させる力は微力でよいので、そのような手段は安価に導入できる。
【００１８】
本発明の一態様では、垂直プローブピンは、気流による力を受ける。これにより、ピンに電磁気的な何らの影響も与えずに、ピンの先端位置を揃えることができ、ピンに余分な電磁気的特性を与えてしまう懸念を生じさせずに済む。
【００１９】
本発明の一態様では、先端位置を揃えるための手段が、空気を噴出又は吸引するための端部を有し、該端部は、前記垂直プローブカードの一面から突出する１以上の垂直プローブピンを包囲する。これにより、１以上の垂直プローブピンに一括的に簡易且つ効果的に力を作用させることができる。
【００２０】
本発明の一態様では、垂直プローブピンは、電気的又は磁気的な力を受ける。これにより、空気を噴出又は吸引するポンプのような大がかりな装置構成を必要とせずに、装置を簡易に構成することができる。
【実施例１】
【００２１】
図４は、本発明の一実施例による検査装置の概略図を示す。本実施例でも半導体素子を検査するために垂直プローブカードが使用される。検査装置は、不図示のカード基板に設けられた針保持ユニット１４と、多数の垂直プローブピン（検査針）１６と、ステージ２０と、カメラ２２と、エアーユニット４２とを有する。針保持ユニット１４は、垂直プローブピン１６が、図中ｚ軸で示される垂直方向に一定の距離だけ可動であるように垂直プローブピン１６を保持する。垂直プローブピン１６の各々は、図示されているように、直線状の部分と湾曲した部分とを有し、ピンの一端は鎌首状の形状を有し、カード基板側の電極１３に接触可能であり、ピンの他端は半導体素子のコンタクトパッドに接触可能である。測定対象の半導体素子１８は、ステージ２０に搭載され、ｚ軸方向及びそれに垂直な方向に適切に動かされる。
【００２２】
検査装置には、エアーユニット部４２も用意される。エアーユニット部４２は、概して漏斗のような形状を有し、１以上の垂直プローブピン１６を覆う程度に広く開口した端部４２と、空気を噴出又は吸引するポンプに接続される端部４６とを有する。エアーユニット部４２は、ｚ軸方向及びそれに垂直な方向に適切に動かされる。本実施例では、エアーユニット部４２及びステージ２０はどの方向にも可動であるが、針保持ユニット１４等を含む垂直プローブカードは固定されている。
【００２３】
図５は、本発明の一実施例による方法のフローチャートを示す。フローはステップ５０２から始まり、このステップでは、ステージ２０を適切に動かすことで、半導体素子１８と垂直プローブピンとの位置関係が適切に調整される。より具体的には、任意に選択されたピンの位置情報に基づいて、そのピン１６と、そのピンに対応するコンタクトパッド１９との位置が適合するようにステージ２０が動かされる。
【００２４】
ステップ５０４では、多数の垂直プローブピン１６のうち、先端の高さ（ｚ軸方向の位置）の測定を行うように予め選択された複数のピン（アライメントピン）の先端の高さが実際に測定される。測定は、例えば光学的なカメラ２２でアライメントピンの先端を撮影することで行われる。
【００２５】
ステップ５０６では、高さの複数の測定値間のばらつき（高低差）が所定の閾値と比較される。閾値は、垂直プローブピン１６の長さのばらつき（例えば２０μｍ）よりも大きな値（例えば、３０μｍ）に設定される。高低差が閾値より小さかったならば、アライメントピンの先端は適切に揃っている。従って、フローはステップ５１８に進み、半導体素子１８の電気的試験が行われる。一方、高低差が閾値以上であったならば、フローはステップ５０８に進む。
【００２６】
ステップ５０８では、アライメントピンの高さを揃える動作が行われる。このステップでは、測定対象の半導体素子が垂直プローブカードから引き離され、垂直プローブカードにエアーユニット部４２が取り付けられる。そのような位置関係になるように、エアーユニット部４２が動かされる。図６は垂直プローブカードにエアーユニット部４２を取り付けた後の様子を示す。図６に示されるエアーユニット部４２は、図４とは異なり、端面図の形式で示されている点に留意を要する。図示されているように、エアーユニット部４２は、垂直プローブカードの一面から突出した１以上の垂直プローブピン１６を開口部４４内に含むように針保持ユニット１４に取り付けられる。不図示のポンプから送られてくる空気は、エアーユニット部４２の端部４６を介して幅広の開口部４４から噴射される。噴射された空気はピンに刺激を与え（気流による力をピンに作用させ）、不揃いのピン１６’が自重により下降することを促す。ピン１６’と周囲の材料との間の摩擦力は微小なものであるため、ピン１６’に何らかの力が少しでも加われば、ひっかかっていたピンはその自重により適切に下方に落ちる。これにより、アライメントピンの先端は、それが真に不具合を生じていない限り適切に揃う又は少なくともその可能性が大きくなる。エアーユニット部４２の噴射する空気の流量は、不揃いのピン１６’の落下を動機付ける程度でよい。
【００２７】
ステップ５１０では、エアーユニット部４２が垂直プローブカードから外され、ステップ５０２と同様に、ステージ２０を適切に動かすことで、半導体素子１８とピンとの位置関係が適切に調整される。任意に選択されたピン（又はステップ５０２で選択されたピン）の位置情報に基づいて、そのピン１６と、そのピンに対応するコンタクトパッド１９との位置が適合するようにステージ２０が動かされる。
【００２８】
ステップ５１２では、ステップ５０４と同様に、複数のアライメントピンの先端の高さが測定される。
【００２９】
ステップ５１４では、ステップ５０６と同様に、高さの複数の測定値間のばらつき（高低差）が所定の閾値と比較される。閾値は、垂直プローブピン１６の長さのばらつき（例えば２０μｍ）よりも大きな値に設定され、ステップ５０６で使用する閾値と同一でもよいし、異なっていてもよい。高低差が閾値より小さかったならば、フローはステップ５１６に進み、半導体素子１８の電気的試験が行われる。
【００３０】
ステップ５１６に至る場合は、ステップ５０８で高さを揃える動作が行われたにもかかわらず、高低差が閾値以上であった場合であるので、真に不具合が生じている可能性が高い。このため、ステップ５１６では、垂直プローブカードを装置から取り外し、オペレータによる保守点検が行われ、必要ならば、垂直プローブカードが別のものに交換される。これにより、不具合の生じていない垂直プローブカードが検査装置に備わることになる。
【００３１】
以後、フローはステップ５１６に進み、半導体素子１８の電気的試験が行われる。
【００３２】
図５に示される方法は、単なる一例に過ぎない。例えば、ステップ５０２，５０４，５０６を省略し、ステップ５０８以降の工程のみを実行してもよい。
【００３３】
本実施例では、エアーユニット部４２は、垂直プローブピン１６に空気を噴射していたが、他の実施例では逆に空気を吸引してもよい。いずれにせよ、何らかの力学的な刺激を不揃いのピンに作用させることができればよいからである。空気を噴射するにしても吸引するにしても、ピンに力を効果的に作用させるには、ピンの近辺で気流を生じさせることが望ましい。そのような観点からは、図７に示されるように、エアーユニット部４２の壁面に空気を流通させるための１以上の穴（流通孔）７２を設けることが望ましい。図７は、図６とは異なり、針保持ユニット１４及びエアーユニット部４２の外部形状を示している点に留意を要する。更に、気流をピンに作用させる観点からは、穴の位置は、ピンの先端部に近いことが望ましい。
【００３４】
更に、何らかの力学的な刺激を不揃いのピンに作用させる観点からは、気流による力だけでなく、電気や磁気による力をピンに作用させてもよい。但し、ステップ５１８で行う電気的な試験に何らの影響も与えない観点からは、空気による力を作用させることがよいかもしれない。空気を噴出又は排出するポンプのような比較的大掛かりな機構を設けずに、装置構成の簡易化を図る観点からは、電気や磁気による力をピンに作用させることが好ましい。
【００３５】
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。
【００３６】
（付記１）
垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃える手段と、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定する手段と、
垂直プローブピンの正常性を判別する手段とを備える装置。
【００３７】
（付記２）
前記位置を揃える手段が、垂直プローブピンに気流による力を作用させる
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００３８】
（付記３）
前記位置を揃える手段が、空気を噴出又は吸引するための端部を有し、該端部は、前記垂直プローブカードの一面から突出する１以上の垂直プローブピンを包囲する
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００３９】
（付記４）
前記位置を揃える手段が、垂直プローブピンに電気的な力を作用させる
ことを特徴とする付記１記載の装置。  
（付記５）
前記位置を揃える手段が、垂直プローブピンに磁気的な力を作用させる
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００４０】
（付記６）
垂直プローブカードを構成する垂直方向に可動な１以上の垂直プローブピンに検査対象素子の１以上の端子を接触させて電気的試験を行う装置において、１以上の垂直プローブピンの正常性を判別する方法であって、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を揃えるように、前記１以上の垂直プローブピンに力を作用させ、
１以上の垂直プローブピンの先端の位置を測定し、
測定された位置のばらつきに応じて、１以上の垂直プローブピンの正常性を判別する
ことを特徴とする方法。
【００４１】
（付記７）
１以上の垂直プローブピンに作用させる力が、気流、電気又は磁気による力である
ことを特徴とする付記６記載の方法。
【００４２】
（付記８）
前記ばらつきが所定値より大きい場合に、前記垂直プローブカードを前記装置から取り外す
ことを特徴とする付記６記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】垂直プローブカードを用いて半導体素子を検査する装置の概略図を示す。
【図２】垂直プローブピンの先端位置に高低差が生じている様子を示す図である。
【図３】垂直プローブピンの不具合を検出する従来の別の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による検査装置の概略図を示す。
【図５】垂直プローブピンの正常性を判別する方法のフローチャートを示す。
【図６】エアーユニット部を装着した様子を示す図である。
【図７】壁面に流通孔を有するエアーユニット部を装着した様子を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１２  カード基板；  １４  針保持ユニット；  １６，１６’，１６”  垂直プローブピン；  １８  半導体素子；  １９  コンタクトパッド；  ２０  ステージ；  ２２  カメラ；
４２  エアーユニット部；  ４４  開口端部；  ４６  端部；  ７２  穴
【図１】
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【図２】
2006194696.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006194696.tif 000006
【図５】
2006194696.tif 000007
【図６】
2006194696.tif 000008
【図７】
2006194696.tif 000009