JP5074878B2

JP5074878B2 - 検査装置

Info

Publication number: JP5074878B2
Application number: JP2007268363A
Authority: JP
Inventors: 保人山本; 由多加赤池; 真哉黒田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-10-15
Also published as: US20090096475A1; TW200935536A; CN101430361A; CN101430361B; KR20090038376A; JP2009099693A; US7812627B2; TWI442495B; KR101018902B1

Description

本発明は、プローブカードを用いて半導体ウエハ等の被検査体の高温検査に好適に用いられる検査装置に関し、更に詳しくは、高温検査の信頼性を高めることができる検査装置に関するものである。

ウエハ等の被検査体（以下、「ウエハ」で代表する。）の高温検査を行う検査装置は、例えば図３に示すように、互いに隣接するローダ室１とプローバ室２を備えている。ローダ室１は、図３に示すように、ウエハＷをカセット単位で載置する載置部３と、カセット内からウエハＷを一枚ずつ搬送するウエハ搬送機構（図示せず）と、ウエハＷを搬送する途中でウエハのプリアライメントを行うサブチャック（図示せず）と、を備えている。プローバ室２は、図３に示すように、ウエハＷを載置し且つＸＹテーブル４Ａを介して水平方向へ移動可能に構成されたウエハチャック４と、ウエハチャック４上方に形成されたヘッドプレート５の略中央に配置されたカードホルダ６と、カードホルダ６で保持されたプローブカード７と、プローブカード７のプローブ７Ａとウエハチャック４上のウエハＷの電極パッドとのアライメントを行うアライメント機構８と、を備え、ウエハチャック４がＸＹテーブル４Ａを介して水平方向へ移動する間にアライメント機構８によってウエハＷの電極パッドとプローブ７Ａとのアライメントを行った後、ウエハチャック４に内蔵された温度調節機構を介してウエハＷを所定の温度まで加熱して、ウエハＷの高温検査を行うように構成されている。

アライメント機構８は、図３に示すようにウエハＷを撮像する第１撮像手段８Ａ、プローブ７Ａを撮像する第２撮像手段８Ｂを備え、アライメントブリッジ８Ｃを介して第１撮像手段８Ａがプローバ室２の背面とプローブセンタの間で移動するように構成されている。プローブカード７は、接続リング９を介してテストヘッドＴと電気的に接続されている。

例えばウエハの高温検査を行う場合には、ウエハチャック４に内蔵された温度調節機構を用いてウエハチャック４上のウエハＷを例えば１５０℃前後に加熱する一方、アライメント機構８を介してウエハチャック４上のウエハＷの電極パッドとプローブカード７のプローブ７Ａとのアライメントを行った後、ウエハＷの「電極パッドとプローブ７Ａとを接触させ、更にウエハＷをオーバードライブさせて１５０℃の温度下でウエハＷの検査を行う。

ところが、検査の初期段階では、ウエハＷは１５０℃の高温まで加熱されているが、プローブカード７は加熱されていないため、ウエハＷとプローブ７Ａの間には大きな温度差がある。そのため、検査時にプローブ７ＡがウエハＷの最初のチップと接触すると、プローブカード７がウエハチャック４上のウエハＷを介して加熱されて徐々に熱膨張する。この熱膨張によりプローブ７Ａの針先位置がアライメント時の針先位置から変化し、プローブ７Ａと電極パッドと接触不良を起こすことになる。

そこで、特許文献１に記載の技術では、検査開始直前にプリヒート専用熱板を用いてプローブカード７をプリヒートして検査時の温度までプローブカード７を加熱して、検査時にプローブカード７本体及びプローブ７Ａがそれ以上熱膨張しないようにしている。また、ウエハチャック４上のウエハＷを次のウエハＷと交換する時には、ウエハチャック４がプローブカード４から離れている間にプローブカード７が冷却されて収縮しないように、プリヒート専用熱板を用いてプローブカード７を検査時の温度に維持するようにしている。

特開２００４−２６６２０６

しかしながら、特許文献１の技術では、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示すようにプローブカード７の一部がウエハチャック４からはみ出して冷却された場合にはそのまま放置せざるを得ない。プローブカード７の冷却された部分のプローブ７Ａ_１がウエハＷのインデックス送りでウエハＷに接触しても、この部分のプローブ７Ａ_１は、他の接触していたプローブ７Ａよりも冷却されて収縮しているため、他の部分のプローブ７Ａの針先高さよりウエハ面に対して高くなってウエハＷの電極パッドと十分に接触することができず、この部分にあるデバイスの高温検査をできない虞がある。

尚、図４の（ａ）は、ウエハＷを４つの領域に分けて（１）から（４）の順序で検査する場合を示しており、同図の網点部分７Ａ_１はウエハチャックからはみ出すプローブの範囲を示している。また、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＢ−Ｂ方向から見たプローブカードとウエハＷとが接触した状態のプローブカード７を破断して示す側面図である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高温検査時にプローブカードのプローブが部分的にウエハチャック（載置台）からはみ出してもその部分のプローブが冷却されることがなく、他のプローブと実質的に同一の針圧で被検査体と接触し、高温検査の信頼性を高めることができる検査装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の検査装置は、温度調節機構を内蔵する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記温度調節機構を制御する第１の温度制御装置と、を備え、上記第１の温度制御装置の制御下で上記温度調節機構によって上記載置台上の被検査体を所定の温度まで加熱し、上記被検査体の電気的特性を行う検査装置において、上記載置台に、上記被検査体の高温検査時に上記載置台からはみ出す複数のプローブに対向する加熱体を設けてなり、上記加熱体は、上記載置台の周方向に９０°ずつ離間した４箇所で上記載置台を囲む筒体の上端部から放射状に張り出した張り出し部にそれぞれ配置されており、上記４箇所に配置された張り出し部は、それぞれの平面形状が直角三角形で且つ二等辺三角に形成されており、また、上記張り出し部に配置された加熱体は、上記張り出し部の形状に即して直角三角形で且つ二等辺三角に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の検査装置は、請求項１に記載の発明において、上記加熱体は、上記載置台からはみ出した複数のプローブを上記被検査体と接触している複数のプローブと同一温度に設定するように制御する第２の温度制御装置に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の検査装置は、請求項２に記載の発明において、上記第１、第２の温度制御装置は、互いに連携して作動するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、高温検査時にプローブカードのプローブが部分的にウエハチャック（載置台）からはみ出しても、その部分のプローブが載置台の周囲４箇所に配置された加熱体に位置し、この加熱体を介して他のプローブと同一温度に加熱されて冷却されることがなく、他のプローブと実質的に同一の針圧で被検査体と接触し、高温検査の信頼性を高めることができる検査装置を提供することができる。

以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の検査装置の一実施形態のウエハチャックを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はウエハチャック上のウエハとプローブカードが接触した状態を示す一部を破断して示す断面図、図２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれウエハのインデックス送り方向が異なる場合のウエハチャックを示す平面図である。

本実施形態の検査装置は、従来と同様にローダ室及びプローバ室を備えている。プローバ室は、移動可能なウエハチャック、プローブカード及びアライメント機構を備え、基本的にウエハチャックの構造を異にする以外は従来のプローバ室に準じて構成されている。そこで、以下では従来と同一または相当部分には同一符号を付して本発明を説明する。

本実施形態の検査装置に適用された載置台（以下、「ウエハチャック」と称す。）４は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、温度調節機構（図示せず）を内蔵するウエハチャック本体４１と、ウエハチャック本体４１の外周面を僅かな隙間を介して包囲する筒体４２と、筒体４２の上端の４箇所からそれぞれ水平に張り出す張り出し部４２Ａの上面に配置された加熱体４３と、ウエハチャック本体４１を支持する基板４４と、を備え、基板４４を介してＸＹテーブル（図示せず）上に固定されている。また、ウエハチャック本体４１は、昇降機構を内蔵していると共にθ方向駆動機構（図示せず）を介して回転可能に構成されている。尚、筒体４２は、同図の（ｂ）に示すように下端部が基板４４にネジ４５等の締結部材によって固定されている。

４箇所の張り出し部４２Ａは、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハチャック４１の周方向９０°ずつ離間して放射状に配置され、それぞれの各辺を結ぶと略正方向を形成される。これらの張り出し部４２Ａは、それぞれの平面形状が略直角三角形で且つ二等辺三角形に形成されている。これらの張り出し部４２Ａに配置された加熱体４３は、それぞれ同図の（ａ）に示すように略直角三角形で且つ二等辺三角形になるように形成されている。ウエハＷの高温検査時にプローブカード７のプローブ７Ａとウエハチャック本体４１上のウエハＷが同図の（ｂ）に示すように電気的に接触した時に、プローブカード７の一部がウエハチャック本体４１からはみ出し、その部分のプローブ７Ａ_１がウエハＷから離れて空間に曝される。加熱体４３は、ウエハチャック本体４１からはみ出したプローブ７Ａ_１と隙間を介して平行に配置され、はみ出したプローブ７Ａ_１に相応する面積に形成されている。従って、高温検査時にウエハチャック本体４１からはみ出したプローブ７Ａ_１は、加熱体４３によって加熱され、ウエハＷと電気的に接触するプローブ７Ａと実質的に同一温度に加熱されている。

例えば、図１の（ａ）に示すように、ウエハチャック４は、ウエハＷを（１）〜（４）の順序で時計回りにインデックス送りすると、プローブカード７はそれぞれの位置で加熱体４３に対応する部分でプローブ７Ａがはみ出す。加熱体４３は、ウエハチャック４からはみ出したプローブ７Ａ_１を加熱してウエハチャック本体４１上のウエハＷと電気的に接触したプローブ７Ａと実質的に同一温度を維持することができる。

また、ウエハチャック本体４１に内蔵された温度調節機構は、図１の（ｂ）に示すように第１の温度制御装置４６に接続され、第１の温度制御装置４６は温度調節機構を制御し、ウエハチャック本体４１の載置面上のウエハＷを検査に要求される温度に設定するように構成されている。温度調節機構は、ウエハチャック本体４１の載置面の温度を検出する温度センサ（図示せず）を有し、温度センサの検出温度に基づいてウエハチャック本体４１の載置面を所定の温度に設定する。例えば＋１５０℃でウエハＷの高温検査を行う場合には、第１の温度制御装置４６が温度センサの検出温度に基づいて温度調節機構を制御して、ウエハチャック本体４１上のウエハＷを＋１５０℃に設定する。ウエハＷの低温検査を行う場合には、第１の温度制御装置４６が温度調節機構を介してウエハＷを低温検査で要求される温度まで冷却する。尚、温度調節機構は、加熱機構及び冷却機構を備えている。

また、加熱体４３は、図１の（ｂ）に示すように第２の温度制御装置４７に接続され、第２の温度制御装置４７を介して所定の温度に設定される。加熱体４３には温度センサ（図示せず）が装着され、第２の温度制御装置４７は温度センサの検出温度に基づいて加熱体４３を所定の設定温度に維持する。また、第２の温度制御装置４７は、図１の（ｂ）に示すように第１の温度制御装置４６に接続され、第１の温度制御装置４６を連携するように構成されている。例えば、ウエハＷが＋１５０℃に設定されている場合には、加熱体４３は、ウエハチャック本体４１からはみ出したプローブ７Ａ_１を加熱してウエハＷと電気的に接触しているプローブ７Ａと実質的に同一温度に設定する。このように第１、第２の温度制御装置４６、４７が連携することによって、加熱体４３の設定温度をウエハチャック本体４１の載置面の設定温度に即して変更することができる。

次に、高温検査を行う場合の検査装置の動作について説明する。予め高温検査に必要な温度まで加熱されたウエハチャック４がローダ室からウエハＷを受け取ると、アライメント機構（図示せず）を介してウエハチャック本体４１上のウエハＷの電極パッドとプローブカード７の所定のプローブ７Ａとのアライメントを行う。アライメント後、ウエハチャック４は、ＸＹテーブル（図示せず）を介してウエハＷを最初に検査すべき位置へ移動した後、その位置でウエハチャック本体４１に内蔵された昇降機構を介してウエハＷが上昇し、プローブカード７のプローブ７Ａと接触し、更にウエハＷがオーバードライブするとウエハＷの電極パッドとプローブ７Ａが電気的に接触する。この時、プローブカード７のプローブ７Ａは図１の（ａ）に示すウエハＷの（１）の領域にあるデバイスの電極パッドと電気的に接触する。

ウエハＷの（１）の領域のデバイスの高温検査をしている間に、図１の（ａ）におけるプローブカード７のウエハＷの（１）の領域からはみ出した左上部分ではプローブ７Ａ_１が加熱体４３により加熱され、ウエハＷが接触するプローブ７Ａと実質的に同じ温度に維持される。ウエハＷの（１）の領域にあるデバイスの高温検査が終了すると、ウエハチャック本体４１は昇降機構を介して下降してウエハＷはプローブカード７のプローブ７Ａから離れる。この状態で、ウエハチャック４は、ＸＹテーブルを介してウエハＷをインデックス送りして、ウエハＷの（２）の領域がプローブカードの真下に達する。この位置でウエハチャック４は、上述した要領で昇降機構を介してウエハＷとプローブカード７のプローブ７Ａを電気的に接触させて、ウエハＷの（２）の領域にあるデバイスの高温検査を行う。

この時、ウエハＷの（１）の領域の高温検査を行っている時にその領域からはみ出していたプローブカード７の左上部分のプローブ７Ａ_１がウエハＷの（２）の領域ではウエハＷと接触する。その代わりに、プローブカード７の右上部分のプローブ７Ａ _１がウエハＷの（２）の領域からはみ出す。この場合、左上部分のプローブ７Ａ_１は加熱体４３によって加熱されてウエハＷと接触していた部分のプローブ７Ａと実質的に同一温度に維持されているため、ウエハＷの（２）の領域にあるデバイスと接触する時には他のプローブ７Ａと同様にウエハＷの電極パッドと同一の針圧で電気的に接触し、その部分のデバイスの高温検査を確実に行うことができると共に、プローブカード７の右上部分のウエハＷの（２）の領域からはみ出したプローブ７Ａ _１は加熱体４３によって加熱されてウエハＷと実質的に同一温度に維持される。ウエハＷの（２）の領域にあるデバイスの高温検査が終了し、ウエハＷの（３）、（４）の領域を続けて高温検査を行っても、直前にウエハＷからはみ出したプローブ７Ａ_１は、その都度加熱体４３によって加熱されて、ウエハＷと接触しているプローブ７Ａと実質的に同一温度に維持されているため、安定した、信頼性のある高温検査を行うことができる。ウエハＷの高温検査を終了すると、次のウエハＷを同一要領で高温検査を行うことができる。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック４に、ウエハＷの高温検査時にウエハチャック４からはみ出す複数のプローブ７Ａ_１に対向する加熱体４３を設けたため、ウエハＷの高温検査中にウエハチャック４からはみ出した複数のプローブ７Ａ_１は、ウエハＷと電気的に接触している複数のプローブ７Ａと実質的に同一温度に維持され、ウエハＷのインデックス送りによってウエハチャック４からはみ出していた複数のプローブ７Ａ_１が他のプローブ７Ａと一緒にウエハＷと接触しても、他のプローブ７Ａと同一の針圧でウエハＷと電気的に接触することができ、信頼性の高い高温検査を確実に行うことができる。

また、本実施形態によれば、第１、第２の温度制御装置４６、４７が連携するため、加熱体４３の設定温度をウエハチャック本体４１の載置面の設定温度に即して変更することができる。

上記実施形態では加熱体４３をウエハチャック本体４１の周方向に９０°の間隔を空けて４箇所に設けた場合について説明したが、ウエハＷのインデックス送りの仕方によって最後の接触時にはみ出すプローブ７Ａ _１に対応する部分には加熱体４３を設けなくて良い場合もある。

例えば、図２の（ａ）に示すように上記実施形態と同様にウエハＷの検査領域を４分割し、ウエハＷの（１）の領域から（４）の領域へ時計回りにウエハＷをインデックス送りすると、同図に示すように直前にウエハチャック４からはみ出していたプローブカード７のプローブ７Ａ_１はウエハチャック４内に入り（同図では粗い網点で示す部分）、他の部分のプローブ７Ａと実質的に同一の針圧でウエハＷと電気的に接触し、信頼性の高い高温検査を行うことができる。ウエハＷの最後の領域（４）の高温検査をする場合には、ウエハＷが次の領域にインデックス送りされることがないため、この領域（４）の高温検査時にはウエハチャック４からはみ出したプローブ７Ａ_１を必ずしも加熱する必要がないため、この部分の加熱体４３を省略することができる。

また、図２の（ｂ）に示すようにウエハＷの（１）の領域から（４）の領域へ反時計回りにウエハＷをインデックス送りすると、同図に示すように直前にウエハチャック４からはみ出していたプローブカード７のプローブ７Ａ_１はウエハチャック４内に入り（同図では粗い網点で示す部分）、他の部分のプローブ７Ａと実質的に同一の針圧でウエハＷと電気的に接触し、信頼性の高い高温検査を行うことができる。ウエハＷの最後の領域（４）の高温検査をする場合には、ウエハＷが次の領域にインデックス送りされることがないため、この領域（４）の高温検査時にはウエハチャック４からはみ出したプローブ７Ａ_１を必ずしも加熱する必要がないため、この部分の加熱体４３を省略することができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の構成要素を適宜設計変更することができる。

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の高温検査を行う検査装置に好適に利用することができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の検査装置の一実施形態のウエハチャックを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はウエハチャック上のウエハとプローブカードが接触した状態を示す一部を破断して示す断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれウエハのインデックス送り方向が異なる場合のウエハチャックを示す平面図である。従来の検査装置の一例を示す図で、プローバ室を部分的に破断して示す正面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来のウエハチャックとプローブカードの位置関係を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はプローブカードを破断して示す側面図である。

符号の説明

４ウエハチャック（載置台）
７プローブカード
７Ａプローブ
７Ａ_１ウエハチャックからはみ出したプローブ
４３加熱体
４６第１の温度制御装置
４７第２の温度制御装置
Ｗウエハ（被検査体）

Claims

温度調節機構を内蔵する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記温度調節機構を制御する第１の温度制御装置と、を備え、上記第１の温度制御装置の制御下で上記温度調節機構によって上記載置台上の被検査体を所定の温度まで加熱し、上記被検査体の電気的特性を行う検査装置において、
上記載置台に、上記被検査体の高温検査時に上記載置台からはみ出す複数のプローブに対向する加熱体を設けてなり、
上記加熱体は、上記載置台の周方向に９０°ずつ離間した４箇所で上記載置台を囲む筒体の上端部から放射状に張り出した張り出し部にそれぞれ配置されており、
上記４箇所に配置された張り出し部は、それぞれの平面形状が直角三角形で且つ二等辺三角に形成されており、また、
上記張り出し部に配置された加熱体は、上記張り出し部の形状に即して直角三角形で且つ二等辺三角に形成されている、
ことを特徴とする検査装置。
上記加熱体は、上記載置台からはみ出した複数のプローブを上記被検査体と接触している複数のプローブと同一温度に設定するように制御する第２の温度制御装置に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
上記第１、第２の温度制御装置は、互いに連携して作動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。