(57)【要約】【課題】  低コストで、小型で、軽量で、低振動のＺ移動機構を有するプローバの実現。【解決手段】  プローブ29を有するプローブカード28と、ウエハWを保持するウエハステージ18と、プローブに対して所定の処理を行う処理手段21,22と、ウエハステージ及び処理手段を第１の方向に移動する第１移動機構と、第１移動機構を保持して、第１の方向に垂直な方向に制御する共通移動機構12-14と、を備え、第１移動機構は、送り機構52,53と、ウエハステージ18を、送り機構の送りに対して第１の方向に移動するウエハステージ移動機構56,58と、処理手段21,22を、送り機構の送りに対してウエハステージと逆の第１の方向に移動する処理ステージ移動機構57,59とを、備える。【選択図】      図３
2007103655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成された半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
前記半導体装置の電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、
ウエハを保持するウエハステージと、
前記プローブに対して所定の処理を行う処理手段と、
前記ウエハステージ及び前記処理手段を第１の方向に移動する第１移動機構と、
前記第１移動機構を保持して、前記第１の方向に垂直な方向に制御する共通移動機構と、を備え、
前記第１移動機構は、
送り機構と、
前記ウエハステージを、前記送り機構の送りに対して前記第１の方向に移動するウエハステージ移動機構と、
前記処理手段を、前記送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆の前記第１の方向に移動する処理ステージ移動機構とを、備えることを特徴とするプローバ。
【請求項２】
前記処理手段は、前記プローブをクリーニングするクリーニング機構を備える請求項１に記載のプローバ。
【請求項３】
前記処理手段は、前記プローブの配置を検出する針位置検出機構を備える請求項１又は２に記載のプローバ。
【請求項４】
前記送り機構は、ボールネジと、前記ボールネジを回転するモータと、を備え、
前記ウエハステージ移動機構及び前記処理ステージ移動機構は、それぞれテーパカム機構を備える請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタに接続するプローバに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを利用して行われる。プローバは、ウエハをステージに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号を解析して正常に動作するかを確認する。
【０００３】
図１は、プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するシステムの基本構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、ウエハステージＺ移動部１５と、ウエハステージＺ移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハＷを保持するウエハステージ１８と、処理ステージＺ移動部１９と、処理ステージＺ移動台２０と、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ２１と、プローブをクリーニングするクリーニングステージ２２と、支柱２３及び２４と、ヘッドステージ２５と、支柱２３に設けられたウエハアライメントカメラ２６と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２７と、カードホルダ２７に取り付けられるプローブカード２８と、を有する。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４は、水平面内を２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に移動する移動機構を構成し、ウエハステージＺ移動部１５と、ウエハステージＺ移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハステージ１８を上下（Ｚ軸）方向に移動し及びＺ軸の回りに回転する移動・回転機構を構成し、処理ステージＺ移動部１９は、処理ステージＺ移動台２０を上下（Ｚ軸）方向に移動する移動機構を構成する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２７は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２８を有し、検査するデバイスに応じて交換される。Ｚ軸方向に移動するウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０が別々の移動機構により移動される理由については後述する。
【０００４】
テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２５には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブ３３を有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。
【０００５】
検査を行う場合には、針位置合わせカメラ２１がプローブ２９の下に位置するように、Ｘ軸移動台１４を移動させ、針位置合わせカメラ１９の焦点位置がプローブ２９の先端に合うように処理ステージＺ移動台２０を上下移動して、プローブ２９の先端位置を検出する。このプローブ２９の先端位置の検出は、プローブカードを交換した時にはかならず行う必要があり、プローブカードを交換しない時でも所定個数のチップを測定するごとに適宜行われる。
【０００６】
次に、ウエハステージ１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ２６の下に位置するように、ウエハステージＺ移動台１６を移動させ、ウエハアライメントカメラ２６の焦点位置が半導体チップの電極パッドに合うようにウエハステージＺ移動台１８を上下移動して、ウエハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。１チップのすべての電極パッドの位置を検出する必要はなく、いくつかの電極パッドの位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのチップの電極パッドを検出する必要はなく、いくつかのチップの電極パッドの位置が検出される。
【０００７】
次に、電極パッドの配列方向がプローブ２９の先端の配列方向と一致するようにθ回転部１７を回転し、検査するチップの電極パッドがプローブ２９の直下に位置するように移動した後、ウエハステージＺ移動台１６を上方に移動して電極パッドをプローブ２９に接触させて検査を行う。
【０００８】
電極パッドをプローブ２９に接触させることにより、電極パッドの滓がプローブに付着する場合などが生じるので、プローブ２９のクリーニング処理を適宜行う必要がある。プローブ２９のクリーニング処理を行う場合には、クリーニングステージ２２がプローブ２９の下に位置するように移動した後、クリーニングステージ２２を上昇させてプローブ２９に接触させる。クリーニングステージ２２には、電極パッドの滓を除去するためのクリーニングシートや、クリーニングシートの滓を除去するブラシなどが設けられており、クリーニングシートやブラシをプローブ２９に接触させてクリーニング処理を行う。
【０００９】
図２は、クリーニングステージ２２をプローブ２９に接触させた状態を示す。図示のように、クリーニングステージ２２がプローブ２９の下に移動すると、ウエハステージ１８は左側に移動するが、その部分にはウエハアライメントカメラ２６が存在するので、ウエハステージ１８とウエハアライメントカメラ２６の衝突を避けるために、ウエハステージ１８を降下させる。
【００１０】
プローバについては、特許文献１などに記載されており、広く知られているので、これ以上の詳しい説明は省略する。
【００１１】
次に、図１及び図２のように、Ｚ軸方向に移動するウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０が別々の移動機構により独立に移動される理由について説明する。コストの関係からは、移動機構は１つであることが望ましく、ウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０を共通にして、１つの移動部で移動させることが考えられる。その場合、ウエハステージ１８とクリーニングステージ２２は、両方ともプローブ２９に接触又は近接する位置まで上下移動する必要がある。図示のように、ウエハアライメントカメラ２６を配置する必要があり、高解像度のウエハアライメントカメラ２６は作動距離が短く、ウエハステージ１８はウエハアライメントカメラ２６に近接する位置まで上昇する必要がある。ウエハアライメントカメラ２６でウエハＷ上の電極パッドを検出する時に、クリーニングステージ２２がプローブ２９に不必要に接触しないことが要求され、また、ウエハＷ上の電極パッドをプローブ２９に接触させる時に、ウエハステージ１８がウエハアライメントカメラ２６に接触しないことが要求される。ウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０を共通にする場合、このような要求を満たすには、ウエハアライメントカメラ２６をプローブカード２８から水平方向に長い距離離れた位置に配置することになる。この場合、Ｙ軸移動台１３又はＸ軸移動台１４の移動距離を長くする必要があり、逆にコストの増加になる。特に、近年ウエハの直径は益々大きくなり、ウエハステージ１８の直径も大きくなっている。更に、半導体チップの電極パッド数も増加しているためプローブカード２８の直径も大きくなっている。そのため、上記の要求を満たすように配置すると、Ｙ軸移動台１３又はＸ軸移動台１４の移動距離が非常に長くなり、コストが急激に増加するという問題を生じる。このように、ウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０を共通にして１つの移動機構で移動させるのは、多くの制約があり困難である。
【００１２】
これに対して、図１及び図２に示すように、ウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０を別々の移動機構により独立に移動できれば、動作に応じてそれぞれの高さ位置を任意に変更可能であり、衝突の問題を容易に回避することができる。これがウエハステージＺ移動台１６と処理ステージＺ移動台２０を別々の移動機構により独立に移動できるようにする理由である。
【００１３】
なお、針位置合わせカメラ１９もプローブ２９に焦点位置を合わせるために上下方向に移動する必要があり、各種の制約のために更に別のＺ移動機構に設ける場合もある。しかし、その場合にはＺ軸方向の移動機構が３つ必要となり、コストが増加するため、図１及び図２の例では、針位置合わせカメラ１９は、処理ステージＺ移動台２０に設けている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−０３９７５２号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のプローバにおいては、上記のような理由で、少なくとも２つのＺ移動機構を設けているが、これらのＺ移動機構は、移動精度、剛性、移動速度、加速度などの点で高機能であることが要求され、コストの大きな部分を占めている。そのため、コストの低減が求められている。
【００１６】
また、このようなＺ移動機構は、構造も複雑で、大重量であるという問題があり、軽量化が求められている。
【００１７】
更に、上記のような理由で、全体を小型化するために２つのＺ移動機構を設けているが、Ｚ移動機構は構造が複雑であるため大きなスペースを占めるという問題があり、全体を小型化するために省スペース化が求められている。
【００１８】
また、２つのＺ移動機構は独立して動作するため、動作時の振動が相互に影響して大きな振動を引き起こす場合があり、そのような大振動が生じないような設計が求められる。
【００１９】
本発明は、上記のような問題を解決して、低コストで、小型で、軽量で、低振動のプローバのＺ移動機構の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を実現するため、本発明のプローバは、送り機構と、ウエハステージを送り機構の送りに対してＺ軸方向に移動するウエハステージ移動機構と、処理ステージを送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆のＺ軸方向に移動する処理ステージ移動機構とで構成される移動機構により、ウエハステージＺ移動台と処理ステージＺ移動台を移動させる。
【００２１】
すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、前記半導体装置の電極に接触して前記電極を前記テスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、ウエハを保持するウエハステージと、前記プローブに対して所定の処理を行う処理手段と、前記ウエハステージ及び前記処理手段を第１の方向に移動する第１移動機構と、前記第１移動機構を保持して、前記第１の方向に垂直な方向に制御する共通移動機構と、を備え、前記第１移動機構は、送り機構と、前記ウエハステージを、前記送り機構の送りに対して前記第１の方向に移動するウエハステージ移動機構と、前記処理手段を、前記送り機構の送りに対して前記ウエハステージと逆の前記第１の方向に移動する処理ステージ移動機構とを、備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の発明者は、２つのステージがプローブの周囲に設けられる部分との衝突を回避するには、２つのステージがＺ軸方向に逆に移動できればよいことに着目した。本発明によれば、第１（Ｚ軸）移動機構は、送り機構の送りに対して、ウエハステージと処理手段（ステージ）が逆方向に移動するため、一方のステージに設けられる物体のプローブへの接触動作を行っている時に、他方のステージがプローブの周囲に設けられる部分と衝突するのを回避するように設計することが容易に行える。しかも、送り機構は共通であるので、コストを低減し、省スペース及び軽量化が図れ、振動も低減できる。
【００２３】
処理手段は、例えば、プローブをクリーニングするクリーニング機構やプローブの配置を検出する針位置検出機構を備える。
【００２４】
第１（Ｚ軸）移動機構は、送り機構がボールネジとボールネジを回転するモータとを備え、ウエハステージ移動機構及び前記処理ステージ移動機構がそれぞれテーパカム機構を備えるように構成することで実現できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低コストで、小型で、軽量のプローバが実現でき、移動機構の振動が低減されるので、移動精度も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例を説明する。本発明の実施例は、図１及び図２で説明した従来のプローバと同様な構成を有し、Ｘ軸移動台１４の上に載置される部分のみが異なるので、この部分についてのみ説明する。
【００２７】
図３は、実施例のプローバにおいて、Ｘ軸移動台１４の上に載置されるＺ軸（第１）移動機構、及びそれにより移動されるウエハステージ１８と針位置合わせカメラ２１とクリーニングステージ２２の部分の構成を示す図である。
【００２８】
図３に示すように、この部分は、ベース５１と、モータ５２と、モータ５２により回転されるボールネジ５３と、ボールネジ５３を含む回転軸を支持する第１及び第２支持部材５４、５５と、テーパカム機構及びボールネジ５３とかみ合わされるナットを有する第１及び第２移動部５６、５７と、第１支持部材５４に沿ってＺ軸方向に移動可能に支持され、第１移動部５６の移動に伴いそのテーパカム機構によりＺ軸方向に移動する第１Ｚ移動部５８と、第２支持部材５５に沿ってＺ軸方向に移動可能に支持され、第２移動部５７の移動に伴いそのテーパカム機構によりＺ軸方向に移動する第２Ｚ移動部５９とで構成される。第１Ｚ移動部５８の上にはウエハステージ１８が支持され、第２Ｚ移動部５９の上には針位置合わせカメラ２１及びクリーニングステージ２２が支持される。
【００２９】
ボールネジ５３が順方向に回転すると、ボールネジ５３とかみ合わされるナットを有する第１及び第２移動部５６、５７は、右方向に移動する。第１移動部５６が右方向に移動すると、第１Ｚ移動部５８はテーパカム機構により下方向に移動する。第２移動部５７が右方向に移動すると、第２Ｚ移動部５９はテーパカム機構により上方向に移動する。同様に、ボールネジ５３が逆方向に回転すると、第１及び第２移動部５６、５７は左方向に移動する。第１移動部５６が左方向に移動すると、第１Ｚ移動部５８はテーパカム機構により上方向に移動する。第２移動部５７が左方向に移動すると、第２Ｚ移動部５９はテーパカム機構により下方向に移動する。このように、第１Ｚ移動部５８及び第２Ｚ移動部５９は、ボールネジ５３の回転に応じて上下方向に移動するが、移動方向が逆である。
【００３０】
図３の部分を図１のＸ軸移動台１４の上に載置した構成のプローバの動作を説明する。ウエハステージ１８上に保持されたウエハＷをプローブ２９に接触させる時には、第２Ｚ移動部５９が第１Ｚ移動部５８より低くなるように、言い換えれば、クリーニングステージ２２がウエハステージ１８より低くなる状態にした上で、ウエハＷのチップの電極パッドがプローブ２９の直下に位置するように移動した後、ウエハステージ１８を上方向に移動して電極パッドをプローブ２９に接触させる。この時、クリーニングステージ２２は更に下方向に移動する。
【００３１】
クリーニングステージ２２をプローブ２９に接触させる時には、第１Ｚ移動部５８が第２Ｚ移動部５９より十分低くなるように、言い換えれば、ウエハステージ１８がクリーニングステージ２２より十分低くなる状態にした上で、クリーニングステージ２２がプローブ２９の下に位置するように移動する。この時、ウエハステージ１８は低い位置にあるため、ウエハアライメントカメラ２６とは衝突しない。そして、クリーニングステージ２２を上方向に移動してプローブ２９に接触させる。この時、ウエハステージ１８は更に下方向に移動する。
【００３２】
針位置合わせカメラ２１でプローブ２９の位置を検出する時は、針位置合わせカメラ２１がプローブ２９の下に位置する以外、クリーニングステージ２２をプローブ２９に接触させる時と同様である。
【００３３】
ウエハアライメントカメラ２６でウエハＷのチップの電極パッドの位置を検出する時も、クリーニングステージ２２をプローブ２９に接触させる時に類似しており、対象のチップの電極パッドをウエハアライメントカメラ２６の下に位置させた上で、ウエハステージ１８を上方向に移動してウエハアライメントカメラ２６の焦点位置を電極パッド上に合わせる。この時、クリーニングステージ２２は下方向に移動する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラやプローブのクリーニング機構を有するプローバであれば、どのようなプローバにも適用可能であり、特に大口径のウエハが検査対象で、直径の大きなプローブカードを使用するプローバに適用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの基本構成を示す図である。
【図２】図１のウエハテストシステムでの異なる移動状態を示す図である。
【図３】実施例のＺ移動機構の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１８    ウエハステージ
２１    針位置合わせカメラ
２２    クリーニングステージ
２６    ウエハアライメントカメラ
２８    プローブカード
２９    プローブ
５２    モータ
５３    ボールネジ
５６    第１移動部
５７    第２移動部
５８    第１Ｚ移動部
５９    第２Ｚ移動部
【図１】
2007103655.tif 000003
【図２】
2007103655.tif 000004
【図３】
2007103655.tif 000005