(57)【要約】【課題】プローブピンの交換が不要という利点を有するマニピュレータ型プローブ装置を用いて、サイズの異なる種々の半導体素子の電気的特性を検査する際に、半導体素子を傷付けることなく、プローブピンの位置調整を精度良く、かつ簡便に行なうことができるマニピュレータ型プローブ装置を提供する。【解決手段】本発明のマニピュレータ型プローブ装置１は、テスタ２、リングプレート３、マニピュレータ４、プローブピン５、ウェーハステージ６の構成に加え、新たにプローブピンの位置を調整する調整用プレート７、プローブピン５の画像を取込む第１画像取込手段８、半導体素子１３の画像を取込む第２画像取込手段９、２つの画像を合成する画像処理装置１０、合成した画像を表示する画像モニタ１１を有している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハに配列された半導体素子の電気的特性を検査するマニピュレータ型プローブ装置において、プローブピンの位置調整を行なう調整用プレートと、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像を取込む第１画像取込手段と、検査する半導体素子の画像を取込む第２画像取込手段と、前記第１画像と前記第２画像を、同一画面上に合成して表示する画像合成手段を備えたことを特徴とするマニピュレータ型プローブ装置。
【請求項２】
前記第１画像取込手段及び前記第２画像取込手段が、光学顕微鏡とＣＣＤカメラからなることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
【請求項３】
前記画像合成手段が、画像処理装置からなることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
【請求項４】
前記画像合成手段が拡大投影機からなることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
【請求項５】
前記調整用プレートが、金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ型プローブ装置。
【請求項６】
マニピュレータ型プローブ装置のプローブピンの位置調整方法において、前記プローブピンを調整用プレート上に移動させ、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像と、検査する半導体素子の画像を合成し、その合成画像を見ながら、マニピュレータにより前記プローブピンの位置調整を行ない、前記プローブピンの位置調整後に、前記プローブピンに電流を流して金属性の前記調整用プレートを通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことを特徴とするプローブピンの位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の電極パッドにプローブピンを接触させて電気的特性を検査するプローブ装置において、サイズの異なる種々の半導体素子を検査する際に、半導体素子を損傷させることなく、容易にプローブピンの位置調整ができるマニピュレータ型プローブ装置およびそのプローブピンの位置調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばウェーハの表面に形成された半導体素子の電気的特性を検査する場合には、半導体素子の電極パッドにプローブ装置のプローブピンを接触させ、テスト信号を入出力して、半導体素子の良否を判定する検査が行われる。このプローブ装置としては、プローブカード型とマニピュレータ型がある。
【０００３】
図４は、プローブカード型プローブ装置４１の要部平面図及びＸ−Ｘ断面図である。図４に示すように、プローブカード型プローブ装置４１は、テスタ４２、プローブカード４３、プローブピン４４、ウェーハステージ４５で構成される。
【０００４】
テスタ４２は、ウェーハ４６に形成された半導体素子４７からの信号を解析し、良否判定をするために、プローブピン４４に信号線４８を通して接続されている。プローブカード４３は、半田４９等の固定手段により、プローブピン４４を固定するものである。プローブピン４４は、半導体素子４７の電極パッド５０に押圧して信号の入出力を行うものであり、半導体素子４７の電極パッド５０に合わせて配置されている。ウェーハステージ４５は、ウェーハ４６を真空吸着して保持するものであり、駆動部５１によりＸ、Ｙ、θ方向に移動可能な構成になっている。検査方法は、テスタ４２が、予めプログラムされている入力信号波形を、プローブピン４４を介して半導体素子４７の電極パッド５０の入力端子から入力し、出力端子から出力される信号波形をテスタ４２が読み取り、良否を判定するものである。
【０００５】
一方、図５は、マニピュレータ型プローブ装置６１の要部平面図及びＹ−Ｙ断面図である。図５に示すように、マニピュレータ型プローブ装置６１は、テスタ６２、リングプレート６３、マニピュレータ６４、プローブピン６５、ウェーハステージ６６で構成される。
【０００６】
上述したプローブカード型プローブ装置４１との違いは、個々のプローブピン６５にマニピュレータ６４と呼ばれる３軸移動手段を取付けたものである。このマニピュレータ６４により、プローブピン６５が半導体素子６８の電極パッド６９の略中央部に位置するように調整を行う。リングプレート６３は、鉄系板材で構成され、マグネットが吸着できるようになっており、上部にはマグネットを内蔵したマニピュレータ６４が取付けられている。また、マニピュレータ６４はリングプレート６３の点線で示す円形部６３ａに円状に並べられており、マニピュレータ６４のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用パルスモータ６４ａ、６４ｂ、６４ｃにより駆動され、プローブピン６５が自動的に所望の半導体素子６８の電極パッド６９に立体的に移動できるようになっている。その他の構成は、上述したプローブカード型プローブ装置４１と同様である。
【０００７】
検査方法は、先ず、プローブピン６５をマニピュレータ６４に取付け、マニピュレータ６４をリングプレート６３に装着する。次に、検査する半導体素子６８を、駆動部７０によりプローブピン６５の下方まで移動させる。次に、マニピュレータ６４のＸ、Ｙ方向の調整を行って、プローブピン６５が半導体素子６８の各電極パッド６９に接するように設定する。次に、Ｚ方向の調整を行い、プローブピン６５を１００μｍ程度下降させてオーバードライブをかける。その後は、上述したプローブカード型プローブ装置４１と同様に、予めプログラムされている入力信号波形を、テスタ６２から信号線７１、プローブピン６５を介して、半導体素子６８の電極パッド６９の入力端子から入力し、出力端子から出力される信号波形をテスタ６２が読み取り、良否を判定するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には、以下のような問題があった。近年の半導体集積回路の高集積化に伴い、１チップ当りの素子数が増大するとともに、信号を入出力するための電極パッドの数も増大する傾向にある。
【０００９】
このような、多種多様の半導体素子を、同一のプローブ装置で検査しようとする場合、図４に示すプローブカード型プローブ装置４１では、測定する半導体素子４７のサイズが変わる毎に、それに合わせてプローブカード４３を交換する必要がある。そのため、高価なプローブカード４３を製品の数だけ揃えなければならず、多大なコストがかかると同時に、プローブカード４３の交換に要する作業工数も膨大であり、効率が悪い。
【００１０】
一方、図５に示すマニピュレータ型プローブ装置６１では、製品のサイズに合せて、測定前にプローブピン６５の位置調整を行なうので、測定する半導体素子６８のサイズが変わっても、プローブカードの交換が不要であり、コスト的に安くなる利点がある。しかし、プローブピン６５の位置調整作業は、作業者がプローブピン６５と電極パッド６９の上部に顕微鏡をセットし、その顕微鏡によりプローブピン６５と電極パッド６９を観察して行っている。このとき、実際の半導体素子６８を使用して位置調整を行うので、タングステン等の金属製材料からなるプローブピン６５が半導体素子６８を傷付け、不良品としてしまうおそれがある。また、作業自体も顕微鏡を覗きながら行なうので、調整に時間がかかり、作業者への負担が大きくなって作業効率も悪い。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、プローブカードの交換が不要という利点を有するマニピュレータ型プローブ装置を用いて、サイズの異なる種々の半導体素子の電気的特性を検査する際に、半導体素子を傷付けることなく、プローブピンの位置調整を精度良く、かつ簡便に行なうことができるマニピュレータ型プローブ装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項１記載のマニピュレータ型プローブ装置は、ウェーハに配列された半導体素子の電気的特性を検査するマニピュレータ型プローブ装置において、プローブピンの位置調整を行なう調整用プレートと、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像を取込む第１画像取込手段と、検査する半導体素子の画像を取込む第２画像取込手段と、前記第１画像と前記第２画像を、同一画面上に合成して表示する画像合成手段を備えたことを特徴とする。この構成により、合成された画像を見ながらプローブピンの位置調整を行うことができ、実際の半導体素子に接触させる必要がないので、半導体素子を損傷させることがない。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記第１画像取込手段と前記第２画像取込手段が、光学顕微鏡とＣＣＤカメラからなることを特徴とする。この構成により、光学顕微鏡で任意に画像を拡大できるとともに、その拡大画像をＣＣＤカメラで画像信号に変換できるので、拡大画像の処理が容易になる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記画像合成手段が、画像処理装置からなることを特徴とする。この構成により、ＣＣＤカメラから出力される前記第１画像と前記第２画像のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、信号処理により合成して同一画像モニタ上に表示できるので、画像処理の精度が上がるとともに、作業効率も向上する。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記画像合成手段が拡大投影機からなることを特徴とする。この構成により、ＣＣＤカメラで取り込んだアナログ信号をそのまま、拡大投影でき、画像処理装置を使用しなくて済むので、装置が安価になる。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のマニピュレータ型プローブ装置であって、前記調整用プレートが、金属材料からなることを特徴とする。この構成により、プローブピンの位置調整後に通電チェックを行うことにより、調整用プレートとプローブピンが正常に接触しているかどうかを容易に確認できる。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、マニピュレータ型プローブ装置のプローブピンの位置調整方法であって、前記プローブピンを調整用プレート上に移動させ、前記調整用プレート上の前記プローブピンの画像と、検査する半導体素子の画像を合成し、その合成画像を見ながら、マニピュレータにより前記プローブピンの位置調整を行ない、前記プローブピンの位置調整後に、前記プローブピンに電流を流して金属性の前記調整用プレートを通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことを特徴とする。この方法により、合成された画像を見ながらプローブピンの位置調整を行うことができ、実際の半導体素子に接触させる必要がないので、半導体素子を損傷させることがない。また、作業効率も向上し、プローブピンの位置調整時間が大幅に短縮できる。また、通電チェックにより、プローブピンの位置調整が正常に行われたかどうかを容易に確認できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のマニピュレータプローブ装置１の概略構成を示すブロック図である。
本発明のマニピュレータプローブ装置１は、テスタ２、リングプレート３、マニピュレータ４、プローブピン５、ウェーハステージ６の構成に加え、新たに調整用プレート７、第１画像取込手段８、第２画像取込手段９、画像処理装置１０、画像モニタ１１を有している。
【００１９】
調整用プレート７は、ウェーハ１２上に形成された半導体素子１３の電気的特性を検査する前に、半導体素子１３の電極パッド１４の配置に合わせて、プローブピン５の位置を調整するためのものであり、金属材料からなり交換可能である。
【００２０】
第１画像取込手段８は、光学顕微鏡８ａ、ＣＣＤカメラ８ｂから構成され、調整用プレート７上のプローブピン５の画像を取込むためのものである。光学顕微鏡８ａは、その先端に対物レンズが取付けられ、この対物レンズを通してプローブピン５を拡大する。ＣＣＤカメラ８ｂは、光学顕微鏡８ａによるプローブピン５の観察像を受光して画像信号に変換する。
【００２１】
第２画像取込手段９は、光学顕微鏡９ａ、ＣＣＤカメラ９ｂから構成され、検査対象である半導体素子１３の画像を取込むためのものである。光学顕微鏡９ａは半導体素子１３を拡大し、ＣＣＤカメラ９ｂはその画像を画像信号に変換する。
【００２２】
画像処理装置１０は、両者のＣＣＤカメラ８ｂ、９ｂから出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、画像の拡大又は縮小処理等を行った後、両者の画像の同期を取り、デジタル画像を合成して出力するものである。
【００２３】
画像モニタ１１は、ＣＲＴや液晶からなり、画像処理装置１０にて処理して得られた処理画像を表示するものである。
【００２４】
その他の構成であるテスタ２、リングプレート３、マニピュレータ４、プローブピン５、ウェーハステージ６は、図５に示した従来のマニピュレータ型プローブ装置６１と同様の働きをする。
【００２５】
次に、本発明のマニピュレータ型プローブ装置１におけるプローブピン５の位置調整方法について説明する。図２は、画像処理装置１０による画像の合成を説明する図である。
【００２６】
先ず、図１に示すように、検査する半導体素子１３の形成されたウェーハ１２をウェーハステージ６に真空吸着して固定する。次に、ウェーハステージ６に併設した調整用プレート７を、駆動部１５により、プローブピン５の下方まで移動させる。次に、第１画像取込手段８を、他の駆動部（図示せず）によりプローブピン５の上方に移動し、光学顕微鏡８ａの対物レンズを調整して、プローブピン５の拡大画像（図２（ａ））を得る。次に、第２画像取込手段９を、他の駆動部（図示せず）により測定対象の半導体素子１３の上方に移動し、光学顕微鏡９ａの対物レンズを調整して、半導体素子１３の拡大画像（図２（ｂ））を得る。
【００２７】
プローブピン５と半導体素子１３は、それぞれ光学顕微鏡８ａ、９ａにより、同倍率に拡大され、１視野が１素子分となる検査画像として、ＣＣＤカメラ８ｂ、９ｂで画像信号に変換され、その画像信号は画像処理装置１０に供給される。
【００２８】
画像処理装置１０は、両者のＣＣＤカメラ８ｂ、９ｂから出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、拡大又は縮小等を行なう。さらに、両者の画像の同期を取り、デジタル画像を重ね合わせ、同一の画像モニタ１１上に合成画像（図２（ｃ））として出力する。
【００２９】
以上の工程によってリアルタイムで表示される画像モニタ１１上の合成画像を見ながら、作業者が、プローブピン５の先端が半導体素子１３の電極パッド１４の略中央部に位置するように、マニュピュレータ４のＸ、Ｙ、Ｚ軸用パルスモータ４ａ、４ｂ、４ｃにより、プローブピン５の位置調整を行なう。プローブピン５の位置調整後に、プローブピン５に電流を流して、金属性の調整用プレート７を通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行う。これにより、プローブピン５と調整用プレート７が正常に接触しているかどうかが確認できる。
【００３０】
その後、位置調整の完了したプローブピン５を、検査対象である実際の半導体素子１３の電極パッド１４の位置まで移動した後、従来どおり、テスタ２により信号線１６、プローブピン５を介して、半導体素子１３の電気的特性を検査する。
【００３１】
以上のように、本発明のマニピュレータプローブ装置１は、サイズの異なる半導体素子１３の電気特性を検査する前に行うプローブピン５の位置調整を、実際の半導体素子１３上で行うのではなく、新たに設けた調整用プレート７上で行うようにしたので、半導体素子１３を破損させることがない。また、画像モニタ１１で合成画像を見ながら調整できるので、調整作業が格段に早くなる。
【００３２】
次に、本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。図３は、本発明のマニピュレータ型プローブ装置２１の概略構成を示すブロック図である。第２の実施の形態の特徴は、２つのＣＣＤカメラの出力側に拡大投影機を設け、ＣＣＤカメラのアナログ画像を拡大投影機により、投影部に重ねて投射させるようにしたことである。画像処理装置を使用しないので、装置が安価になる。
【００３３】
本発明のマニピュレータ型プローブ装置２１は、テスタ２２、リングプレート２３、マニピュレータ２４、プローブピン２５、ウェーハステージ２６、調整用プレート２７、第１画像取込手段２８、第２画像取込手段２９、第１拡大投影機３０、第２拡大投影機３１、投影部３２から構成される。
【００３４】
調整用プレート２７は、ウェーハ３３上に形成された半導体素子３４の電気的特性を測定する前に、半導体素子３４の電極パッド３５の配置に合わせて、プローブピン２５の位置を調整するためのものであり、第１の実施の形態と同様の働きを有する。また、金属材料からなり交換可能である。
【００３５】
第１画像取込手段２８は、光学顕微鏡２８ａとＣＣＤカメラ２８ｂから構成され、第２画像取込手段２９は、光学顕微鏡２９ａとＣＣＤカメラ２９ｂから構成される。
【００３６】
第１拡大投影機３０は、第１画像取込手段２８により出力された画像を拡大投影するものであり、第２拡大投影機３１は、第２画像取込手段２９により出力された画像を拡大投影するものである。両者の画像は、投影部３２にて、合成された画像として表示される。
【００３７】
以上の工程によってリアルタイムで表示される投影部３２上の合成画像を見ながら、作業者が、プローブピン２５の先端が半導体素子３４の電極パッド３５の略中央部に位置するように、マニュピュレータ２４のＸ、Ｙ、Ｚ軸用パルスモータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによりプローブピン２５の位置調整を行なう。位置調整後は、プローブピン２５に電流を流して、金属性の調整用プレート２７を通して正常に電流が流れるかどうかの通電チェックを行うことにより、プローブピン２５と調整用プレート２７が正常に接触しているかどうかの確認を行う。その後、プローブピン２５を、検査対象である実際の半導体素子３４の電極パッド３５の位置まで移動し、従来どおり、半導体素子３４の電気的特性を検査する。
【００３８】
以上のように、本発明のマニピュレータプローブ装置２１は、サイズの異なる半導体素子３４の電気特性を検査する前に行うプローブピン２５の位置調整を、実際の半導体素子３４上で行うのではなく、新たに設けた調整用プレート２７上で行うようにしたので、半導体素子を破損させることがない。また、ＣＣＤカメラ２８ｂ、２９ｂのアナログ画像を投影部３２に直接拡大投影できるので、合成画像がより見やすくなるとともに、装置が安価になる。なお、上述した投影部３２は、スクリーン表面にビーズ状のガラスを吹き付けたビーズスクリーン、スクリーン表面にガラス粉や貝殻粉を塗料に混ぜて塗布したホワイトマットスクリーン、プラスチックボードにアルミ薄膜を蒸着したアルミスクリーンなどが使用できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマニピュレータ型プローブ装置は、プローブピンの位置調整をする際に、プローブピンの画像と検査対象の半導体素子の画像を別々に取り込み、両者を合成して画像モニタに表示し、作業者が画像モニタを見ながらプローブピンの位置調整できるようにした。これにより、実際の半導体素子を使用してプローブピンの位置調整する必要がなくなり、誤って半導体素子を破損させることがない。また、本発明のマニピュレータ型プローブ装置におけるプローブピンの位置調整方法によれば、合成された拡大画像を見ながら位置調整ができるので、視認性が良くなって作業効率も向上する。また、プローブピンの位置調整後に通電チェックを行うことにより、位置調整が正常に行われたかどうかも容易に確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第１の実施の形態を示すブロック図
【図２】画像処理装置による画像の合成を説明する図
【図３】本発明のマニピュレータ型プローブ装置の第２の実施の形態を示すブロック図
【図４】従来のプローブカード型プローブ装置の要部平面図及びＸ−Ｘ断面図
【図５】従来のマニピュレータ型プローブ装置の要部平面図及びＹ−Ｙ断面図
【符号の説明】
１　マニピュレータ型プローブ装置
２　テスタ
３　リングプレート
４　マニピュレータ
４ａ　Ｘ軸用パルスモータ
４ｂ　Ｙ軸用パルスモータ
４ｃ　Ｚ軸用パルスモータ
５　プローブピン
６　ウェーハステージ
７　調整用プレート
８　第１画像取込手段
８ａ　光学顕微鏡
８ｂ　ＣＣＤカメラ
９　第２画像取込手段
９ａ　光学顕微鏡
９ｂ　ＣＣＤカメラ
１０画像合成装置
１１　画像モニタ
１２　ウェーハ
１３　半導体素子
１４　電極パッド
１５　駆動部
１６　信号線
２１　マニピュレータ型プローブ装置
２２　テスタ
２３　リングプレート
２４　マニピュレータ
２４ａ　Ｘ軸用パルスモータ
２４ｂ　Ｙ軸用パルスモータ
２４ｃ　Ｚ軸用パルスモータ
２５　プローブピン
２６　ウェーハステージ
２７　調整用プレート
２８　第１画像取込手段
２８ａ　光学顕微鏡
２８ｂ　ＣＣＤカメラ
２９　第２画像取込手段
２９ａ　光学顕微鏡
２９ｂ　ＣＣＤカメラ
３０　第１拡大投影機
３１　第２拡大投影機
３２　投影部
３３　ウェーハ
３４　半導体素子
３５　電極パッド
３６　駆動部
３７　信号線
４１　プローブカード型プローブ装置
４２　テスタ
４３　プローブカード
４４　プローブピン
４５　ウェーハステージ
４６　ウェーハ
４７　半導体素子
４８　信号線
４９　半田
５０　電極パッド
５１　駆動部
６１　マニピュレータ型プローブ装置
６２　テスタ
６３　リングプレート
６４　マニピュレータ
６４ａ　Ｘ軸用パルスモータ
６４ｂ　Ｙ軸用パルスモータ
６４ｃ　Ｚ軸用パルスモータ
６５　プローブピン
６６　ウェーハステージ
６７　ウェーハ
６８　半導体素子
６９　電極パッド
７０　駆動部
７１　信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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