(57)【要約】【課題】チップ（集積回路）の評価のための複数回検査測定の際のプローブ針のパッドへの複数回接触によるコンタクト性の悪化、評価不安定性を回避し、また、評価中のウエハを効果的に保護すること。【解決手段】半導体ウエハ２０上のチップの評価に必要な全てのパッド３０に対し、プローブ台５０に立設されたプローブ端子４０の各々を接触させ、その接触状態を維持したまま固定する。チップセレクト部６０にて、ＬＳＩテスタとウエハ２０の各チップを結ぶ信号経路を切り替えることによって、測定対象となるチップを選択する。プローブ端子４０とパッド３０は接触状態のまま固定されているため、パッド３０は傷つかず、また、ウエハ２０の全体は頑丈な機械的構造体によって覆われ、ウエハ２０は常に保護される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を、ＬＳＩテスタにより測定する際に使用されるプローブカード装置であって、
前記ＬＳＩテスタとの電気的な接続を確保するための接続インタフェース部と、
前記チップの外部接続端子に対応して設けられ、電気的特性の評価に必要な外部接続端子の各々に接触する複数のプローブ端子を備えるプローブ台と、
前記接続インタフェース部と複数のプローブ端子とを選択的に接続するチップセレクト部と、
を備えるプローブカード装置。
【請求項２】
請求項１記載のプローブカード装置であって、
前記半導体ウエハを覆うように一方および他方から支持する支持構造を有し、前記支持構造は、前記半導体ウエハの一方を固定台で固定し、前記プローブ端子と前記外部接続端子との接触により前記半導体ウエハの他方を前記プローブ台で固定するプローブカード装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のプローブカード装置であって、
前記接続インタフェース部を介して前記ＬＳＩテスタに直接に接続可能なプローブカード装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプローブカード装置であって、
前記プローブ端子は、前記チップの外部接続端子に対して垂直に立設されるプローブカード装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載のプローブカード装置であって、
前記固定台は、温度調整機能を備えるプローブカード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハに形成されたチップ（集積回路チップ）の電気的特性の測定・評価を実施する際に使用されるプローブカード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに形成されたチップ（集積回路チップ）の評価項目には、温度に対する電気的特性のウエハ内の面内分布や測定安定性の評価が含まれる。よって、一枚のウエハに対して、温度や電源電圧等が異なる複数の条件を設定し、各々の条件毎に、特性評価のための電気的な測定を行っている。現状のプローブカードを用いたチップの、一つの条件下における電気的特性の測定は、以下の手順で行われる。すなわち、ウエハを固定台上に固定し、プローブ端子（例えば、ニードル状のプローブ針）を一つのチップの外部接続端子（パッド）に接触させ、そのチップの電気的特性を実施し、これが終わると、プローブ端子（プローブ針等）を一旦、ウエハから離し、ウエハを移動させ、プローブ端子を他のチップに接触させて同様の測定を実施し、これを繰り返すことにより、評価対象のすべてのチップについて電気的特性を測定する。
【０００３】
上記のとおり、測定条件は複数あることから、その条件の数だけ、同様の測定が繰り返されることになる。測定が繰り返されるということは、プローブ端子（プローブ針等）がチップのパッドに繰り返し接触するということであり、これにより、パッドにプローブ針等の跡が多くついてしまうという問題が生じやすい。プローブ針等の跡がパッドに多くついてしまうと、コンタクト性が悪化し、プローブ針とパッドとの間の電気的な抵抗が大きくなり、チップの入出力信号の周波数や測定電圧値が変動し、所定の条件下での安定したチップ評価を行うことが難しくなる。
【０００４】
このような問題点を改善する技術としては、特許文献１に記載される技術がある。この特許文献１の技術では、プローブ針の根本の形状を二股に分岐した形状とし、プローブ針のもつ弾性によってプローブ針をパッドに均等に押しつけ、パッド上におけるプローブ針のすべりを防止している。
【特許文献１】特開２０００−２４９７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術のように、プローブ端子を改良することによってパッドの傷を低減することはできるが、このことは、根本的な対策としては、必ずしも十分ではない。すなわち、ウエハ内の面内特性分布や測定安定性の評価を行う場合には、パッドに対して条件ごとの測定回数分だけプローブ針を複数回接触する必要があることには変わりがない。そして、複数回のパッドとプローブ針の接触によって、パッドの損傷が少しずつ蓄積していくのも事実である。
【０００６】
また、ウエハ内の面内分布等を正確に知るためには、多数の正確なデータが必要であり、どうしても測定回数が増える傾向があり、一方、チップの微細化の進展によってパッド面積も縮小される傾向にある。したがって、パッド損傷による電気抵抗の変動は、測定結果に大きな影響を与えることになりかねない。
【０００７】
上記のとおり、パッド損傷による電気抵抗の増大は、チップの入出力信号の周波数や測定電圧値の変動につながる。チップの正確な電気特性の測定ができないと、所定の条件下での、適正かつ安定したチップ評価ができない。また、電気的特性の測定は、複数のウエハについて各ウエハ毎に行われるため、測定毎に、各ウエハをＬＳＩテスタの固定台上にセットし、また、一つの条件下の測定が終了すると、そのウエハを別のところに移して保管し、次回の測定に備える必要がある。このようなウエハのハンドリングや保管中に、何らかの外部衝撃によって、ウエハに破損が生じるおそれがある。近年、ウエハの大口径化が進展しており、その一方、ウエハは薄くなっているため、破損が生じやすくなっている。したがって、ウエハの電気的特性の評価のための一連のデータ取得処理中において、ウエハが破損するおそれが高くなっている。
【０００８】
本発明は、プローブ端子とパッドとの接触によってパッドに多数の傷がつくことを確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を、ＬＳＩテスタにより測定する際に使用されるプローブカード装置であって、前記ＬＳＩテスタとの電気的な接続を確保するための接続インタフェース部と、前記チップの外部接続端子に対応して設けられ、電気的特性の評価に必要な外部接続端子の各々に接触する複数のプローブ端子を備えるプローブ台と、前記接続インタフェース部と複数のプローブ端子とを選択的に接続するチップセレクト部とを備える。
【００１０】
本発明のプローブカード装置を用いてチップの電気的特性の測定を行う場合において、プローブ端子が、一旦、特性評価のための電気的特性の測定に必要なすべてのチップのすべてのパッドに接続されると、その接触状態が固定され、その接触状態がその後も維持される。つまり、複数のプローブ端子の各々が複数のパッドの各々に常に接触した状態となり、その後に、何回も接触が繰り返されるという事態が生じない。そして、その状態において、チップセレクト部により、接続インタフェース部とプローブ端子とを結ぶ電気的な経路を適宜、切り替えて、ＬＳＩテスタによる測定対象となるチップを選択する。これにより、ウエハ内の所望のチップを自由に選択し、そのチップの電気的特性を測定することができる。測定対象のチップの切替は、内部のスイッチ機能を用いて実現されるため、評価の条件変更毎にプローブ端子をパッドに当てる必要がなくなり、チップのパッドにプローブ針跡が多数つくといったことがなくなり、正確かつ安定した測定が可能となり、ウエハの適正な評価が可能となる。また、ウエハ全体が、常にプローブ装置により覆われ、外部衝撃から保護されることになり、ウエハの破損のおそれが軽減される。
【００１１】
本発明において、前記半導体ウエハを覆うように一方および他方から支持する支持構造を有し、前記支持構造は、前記半導体ウエハの一方を固定台で固定し、前記プローブ端子と前記外部接続端子との接触により前記半導体ウエハの他方を前記プローブ台で固定する。
【００１２】
ウエハ評価中は、ウエハは、常に、頑丈な機械的構造をもつプローブカード装置によって覆われた状態で固定される。よって、ウエハの大口径化がすすみ、また、その厚みが薄くなっても、ウエハを十分に保護することができ、ウエハの破損の危険性が低減される。  また、例えば、ＬＳＩテスタが、複数のプローブカード装置と時分割で接続できる場合には、測定を待つ間、プローブカード装置により覆われた状態のウエハを、そのまま保管することができ（つまり、プローブカードごと保管することができ）、保管時においても、ウエハを有効に保護できる。また、プローブカード装置がウエハを覆っていることから、ウエハに異物が付着することも防止される。
【００１３】
本発明において、前記接続インタフェース部を介して前記ＬＳＩテスタに直接に接続可能である。プローブカード装置をＬＳＩテスタに直接接続できるため、ウエハの電気的特性測定のための全体の装置構成が簡素化される。
【００１４】
本発明において、前記プローブ端子は、前記チップの外部接続端子に対して垂直に立設される。垂直に立設したプローブ端子（プローブ電極やプローブ針等）は、チップのパッドに直角に接触し、滑りが少なく、また、力学的な強度に優れ、曲がり、反り等の変形が生じにくい。また、測定対象のチップの各パッドに対応して高密度に配置することができ、超ＬＳＩに対応することができる。
【００１５】
本発明において、前記固定台は、温度調整機能を備える。ウエハ固定台が温度調整機能を備えているため、ウエハ固定台上に固定され、かつ、プローブカード装置によって覆われた状態のウエハの周囲温度を、その状態を解除することなく自由に調整することができる。よって、異なる温度条件下でのチップの電気的特性の測定をきわめて効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ウエハの特性測定時において、複数のプローブ端子の各々が複数のパッドの各々に常に接触した状態となり、その後に、何回も接触が繰り返されるという事態が生じない。測定対象のチップの切替は、内部のスイッチ機能を用いて実現されるため、評価の条件変更毎にプローブ端子をパッドに当てる必要がなくなり、チップのパッドにプローブ針跡が多数つくといったことがなくなり、評価条件を安定して保つことができる。したがって、正確かつ安定した、半導体ウエハの電気的特性の測定が可能となる。よって、ウエハの適正な評価を行うことができる。
【００１７】
また、ウエハ全体が、常に、頑丈な機械的構造をもつプローブカード装置によって覆われ、外部衝撃から保護されることにより、ウエハが大きく、薄くなろうとも、ウエハの破損のおそれが軽減される。
【００１８】
また、ＬＳＩテスタが、複数のプローブカード装置と時分割で接続できるような場合には、測定を待つ間、プローブカード装置により覆われた状態のウエハを、そのまま保管することができ（つまり、プローブカードごと保管することができ）、保管時においても、ウエハを有効に保護できる。
【００１９】
また、プローブカード装置がウエハを覆っていることから、ウエハの主面に異物が付着することも防止され、異物対策としての効果も得られる。
【００２０】
また、プローブカード装置をＬＳＩテスタに直接接続できるため、ウエハの電気的特性測定のための全体の装置構成が簡素化される。
【００２１】
また、プローブ端子を、パッドに対して垂直に立設することにより、滑りが少なく、力学的な強度に優れたプローブ端子が得られる。また、そのプローブ端子は、高密度に配置することも可能であり、超ＬＳＩに対応することができる。
【００２２】
また、ウエハ固定台に温度調整機能を設けることにより、異なる温度条件下でのチップの電気的特性の測定をきわめて効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のプローブカード装置（ＬＳＩテスタによるチップの電気的特性の測定の仲立ちをする装置）の概略構成（原理的構成）を示す図である。図示されるように、プローブカード装置は、複数のプローブ端子（本例では、プローブ針である）４０が立設されたプローブ台５０と、チップセレクト部６０と、接続インタフェース部７０と、を有する。各部は積み重なって一体化され、機械的な構造体を形成している。
【００２４】
このプローブカード装置は、接続インタフェース部７０を介して接続されるＬＳＩテスタ（図１では不図示）と、半導体ウエハ２０上のパッド３０とを電気的に接続して、所望のチップについての電気的特性の測定を可能にする機能をもつ。さらに、プローブカード装置は、上記本来の機能の他に、ウエハ２０の上側から、ウエハの主面の全面を覆って外部からの衝撃を防いでウエハ２０を保護する機能を有し、さらに、ウエハ２０の主面への異物の付着を抑制するという機能も有している。
【００２５】
ウエハ固定台１０上には、半導体ウエハ２０が固定されている。半導体ウエハ２０上には、半導体ウエハ２０に形成されたチップ（図３の参照符号２３ａ〜２３ｅ）の電気的特性を測定するために必要なパッド（外部接続端子）３０が配置されている。
【００２６】
図３は、電気的特性の測定ならびに評価の対象である半導体ウエハ（以下、単にウエハという場合もある）における、測定対象のチップの配置の一例を示す図である。ウエハ２０の面内特性分布や測定安定性を評価するためには、ウエハ２０のいろいろな位置から、サンプルとなるチップを抽出する必要がある。図３の場合、ウエハ２０の中央に位置するチップ２３ａならびに四隅のチップ（２３ｂ〜２３ｅ）が、電気的特性の測定対象のチップである。
【００２７】
ウエハ固定台１０は、半導体ウエハ２０を載置する可動ステージ（不図示）を有し、ウエハ２０上の複数のパッド３０の各々とプローブ端子４０の各々とが確実に接触するように、ウエハ２０の位置を調整することができる。また、ウエハ２０を所定位置で固定することができる。また、プローブ端子（プローブ針）４０が各パッド３０に接続された状態にて、プローブ台５０とウエハ固定台１０との位置関係をロックし、その状態を維持することもできる。
【００２８】
ウエハ固定台１０は、温度調整機構を内蔵しており（図１では不図示）、ウエハ固定台上の可動ステージ（不図示）の温度を自由に調整することができる。これにより、異なる温度環境の下で、チップの電気的測定をすることが可能となる。また、このウエハ固定台は、ウエハ２０の下側から、そのウエハ２０の下面の全面を覆う態様となるため、プローブカード装置と同様に、外部からの衝撃から、ウエハを守る機能も有している。
【００２９】
チップの電気的特性の測定を実施するモードでは、図示されるように、プローブ台５０のプローブ端子（プローブ針）４０の各々は、ウエハ評価のための電気的測定の対象となるすべてのチップのすべてのパッド３０の各々に接触している。各プローブ端子（プローブ針）４０は、パッド３０に対して垂直に立設されており、曲げや反りが生じにくく、パッド上でのずれが生じにくく、かつ、高密度の配置が可能である。プローブ端子（プローブ針）４０は、例えば、タングステン銅からなり、先細形状に形成されている。
【００３０】
チップセレクト部６０は、接続インタフェース７０を介して接続されるＬＳＩテスタと、各プローブ端子（プローブ針）４０との間の電気的な経路を適宜、切り替え、これにより、電気的特性の測定対象となるチップを選択する働きをする。チップセレクト部６０の動作は、ＬＳＩテスタから出力される制御信号により制御される。
【００３１】
なお、接続インタフェース部７０は、プローブカード装置にＬＳＩテスタを直接に接続し、両者間における電気信号の授受を可能とするものである。
【００３２】
図１のプローブカード装置は、プローブ端子４０の各々が、一旦、特性評価のための電気的特性の測定に必要なすべてのチップのすべてのパッド３０の各々に接続されると、その接触状態が固定され、その接触状態がその後も維持される。つまり、複数のプローブ端子の各々が複数のパッドの各々に常に接触した状態となり、その後に、何回も接触が繰り返されるという事態が生じない。そして、その状態において、チップセレクト部により、接続インタフェース部とプローブ端子とを結ぶ電気的な経路を適宜、切り替えて、ＬＳＩテスタによる測定対象となるチップを選択する。これにより、ウエハ内の所望のチップを自由に選択し、そのチップの電気的特性を測定することができる。
【００３３】
測定対象のチップの切替は、内部のスイッチ機能を用いて実現されるため、評価の条件変更毎にプローブ端子をパッドに当てる必要がなくなり、チップのパッドにプローブ針跡が多数つくといったことがなくなり、正確かつ安定した測定が可能となる。したがって、ウエハの適正な評価が可能となる。また、ウエハ全体が、常にプローブ装置により覆われ、外部衝撃から保護されることになり、ウエハの破損のおそれも軽減される。
【００３４】
図１のプローブカード装置を用いて、異なる複数の温度条件下で、ウエハ２０に形成されたチップの電気的特性を測定する場合には、温度調整機能をもつウエハ固定台１０上にウエハ２０を固定し、続いて、プローブカード装置のプローブ端子４０をチップのパッド３０に接触させ、その状態で、チップセレクト部６０により測定対象のチップを選択し、ウエハ固定台１０上の温度を変化させつつ、異なる温度環境におけるチップの電気的特性の測定を実施する。
【００３５】
ウエハ固定台１０自体が温度調整機能を備えているため、ウエハ固定台１０上に固定され、かつ、プローブカード装置によって覆われた状態のウエハ２０の温度を、その状態を解除することなく自由に調整することができる。したがって、異なる温度条件下でのチップの電気的特性の測定をきわめて効率的に行うことが可能である。
【００３６】
ウエハ評価のための、複数のチップの電気的特性測定は、異なる条件下で何回も測定を繰り返す必要があり、かつ、正確なデータの取得が必要である。大口径化、薄型化が進展する半導体ウエハを対象とした測定は、年々、むずかしさを増しているが、本発明のプローブカード装置を用いた特性測定方法により、測定・評価のための装置構成と手続が簡素化され、効率的な測定、評価が実現される。
【００３７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明のプローブカード装置の具体的な構成例を示す図である。図示されるように、ウエハ固定台１０には、温度調整機構として、ウエハ加熱装置１２と、ウエハ冷却装置１４と、が設けられている。
【００３８】
プローブ台５０におけるプローブ端子としては、ウエハ固定台１０上に載置されたウエハ２０に形成されたチップの多数のパッド３０とのより安定した接触を実現するために、バンプ電極４０が設けられている。このバンプ電極４０は、ポリイミド薄膜（電気的な絶縁膜として機能する）４１の所定箇所を貫通して設けられている。
【００３９】
参照符号５１は、弾性部材（例えば、応力の吸収や免振性に優れたゴム系の材料からなる部材）であり、その内部にはスルーホールが設けられ、このスルーホールには金属層４２が埋め込まれている。参照符号５２，５３，５４，５５，５６は、多層配線基板を構成する。参照符号５２は層間絶縁膜を示し、参照符号５３は２層配線を示し、参照符号５４は基板を示し、５５は貫通電極を示し、参照符号５６は基板５４の上面に形成された電極（パッド）を示す。
【００４０】
また、チップセレクト部６０は、ＬＳＩ６６（トランジスタで構成されたスイッチマトリックスが集積されている）が実装された実装基板からなり、ＬＳＩテスタ８０からの制御信号をポゴピン（信号電極）６７と、配線６４を介してＬＳＩ６６に伝えることで、ＬＳＩ６６の内部に形成されているスイッチ群を選択的に導通させ、これによって、信号伝達経路を切り替えてチップセレクトを実現する。
【００４１】
ここで、参照符号６１はバンプ電極であり、参照符号６２は実装基板であり、参照符号６３は実装基板６２の内部に埋め込み形成された埋込電極であり、参照符号６４は、実装基板６２の上面に形成された金属配線であり、参照符号６５は、ＬＳＩ６６の外部接続端子としてのバンプ電極である。参照符号６７は、ポゴピン（信号電極）である。
【００４２】
ＬＳＩテスタのテストヘッド８０の下面には、パフォーマンスボード８２が設けられ、このパフォーマンスボード８２には、外部機器とのインタフェースとしての接続ピン８４が形成されている。
【００４３】
接続インタフェース部７０は、ＬＳＩテスタのテストヘッド８０の接続ピン６４から入力される信号を、ポゴピン６７を経由してプローブ台５０側に伝達し、また、プローブ台５０側から送られてきた信号を、接続ピン６４を経由してＬＳＩテスタのテストヘッド８０に伝達する。
【００４４】
図２のプローブカード装置は、各部が縦に積み上げられた、コンパクトで、頑丈な機械的構造体を形成しており、信号を上下方向に伝達する機能、信号経路を切り替えてチップを選択する機能の他、ウエハ全面を覆ってウエハを外傷や異物から保護する機能も備えている。また、プローブ端子４０としてバンプ電極を採用しているため、多数のバンプ電極を高密度に配置することが可能であり、また、力学的な強度が強く、変形のおそれも少ない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のプローブカード装置は、正確かつ安定した、半導体ウエハの電気的特性の測定が可能となる。よって、ウエハの適正な評価を行うことができるという効果を有し、半導体ウエハに形成されたチップ（集積回路チップ）の電気的特性の測定・評価を実施する際に使用されるプローブカード装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のプローブカード装置（ＬＳＩテスタによるチップの電気的特性の測定の仲立ちをする装置）の概略構成（原理的構成）を示す図
【図２】本発明のプローブカード装置の具体的な構成例を示す図
【図３】電気的特性の測定ならびに評価の対象である半導体ウエハ（以下、単にウエハという場合もある）における、測定対象のチップの配置の一例を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１０  ウエハ固定台
２０  半導体ウエハ
３０  ウエハ上のチップの評価に必要なパッド
４０  プローブ端子
５０  プローブ台
６０  チップセレクト部
７０  接続インタフェース部
【図１】
2006105801.tif 000003
【図２】
2006105801.tif 000004
【図３】
2006105801.tif 000005