JP2002141381A - 半導体ウェーハ用検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低温環境下の半導体ウェーハに対する高精度で
安定性及び信頼性の高い検査を行う。 【解決手段】半導体ウェーハＷを保持し、かつ半導体ウ
ェーハＷ上の電極Ｗｅ…に一括してプローブ端子Ｐ…を
接触させるカセットＣと、このカセットＣを収容し、か
つプローブ端子Ｐ…に接続して半導体ウェーハＷの検査
を行う検査装置本体２を備える半導体ウェーハ用検査装
置１を構成するに際して、検査装置本体２にカセットＣ
を収容する恒温槽２ｅを設け、この恒温槽２ｅの槽内温
度を第一冷却温度Ｔｅに設定するとともに、恒温槽２ｅ
に収容したカセットＣに接触させる冷却器３を設け、こ
の冷却器３の冷却温度を第二冷却温度Ｔｃに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ上
の電極に一括してプローブ端子を接触させて検査を行う
半導体ウェーハ用検査装置に関する。

【０００２】

【従来技術及び課題】従来、半導体ウェーハに温度負荷
を与えて初期不良の検査を行う半導体ウェーハ用検査装
置は知られている（特開平１１−２８４０３７号公報等
参照）。

【０００３】この種の検査装置は、半導体ウェーハ上の
電極に一括してプローブ端子を接触させて検査を行う一
括コンタクト方式を採用するため、半導体ウェーハを保
持し、かつ前記半導体ウェーハと前記プローブ端子を負
圧により吸引するカセットを備えている。図６に、カセ
ットＣを示す。カセットＣは四角形に形成したカセット
ベース２１を有し、このカセットベース２１の下面周縁
部には補強フレーム２２を固着するとともに、カセット
ベース２１の上面周縁部には係止用フレーム２３を固着
する。また、カセットＣの裏面となるカセットベース２
１の下面の所定位置には、複数の一側コネクタ２４…を
配設するとともに、カセットベース２１の上面には、サ
ブヒータを内蔵する円盤形のコンタクタ２５を取付け
る。そして、このコンタクタ２５と円盤形のウェーハト
レイ５間に半導体ウェーハＷを挟んで保持する。

【０００４】この場合、コンタクタ２５は、図６に部分
拡大図で示すように、半導体ウェーハＷ上における多数
の電極Ｗｅ…に一括してプローブ端子（バンプ）Ｐ…を
接触させるためのボードであり、一側コネクタ２４…に
接続する導体配線を有するガラス基板２７と、このガラ
ス基板２７に重なる異方導電性ゴム２８と、この異方導
電性ゴム２８に重なり、かつバンプＢ…を有する薄膜シ
ート２９からなる。なお、２８ｅ…は導電粒子を有する
異方導電性ゴム２８の導通部である。

【０００５】また、円盤形のウェーハトレイ５の外周面
には、外方に突出した被吸気口取付部３０を設け、この
被吸気口取付部３０の先端に、逆止弁を内蔵する一対の
被吸気口３１，３１を取付ける（図３参照）。この被吸
気口３１，３１の向きは、カセットＣの中心に対して放
射方向となる。そして、予め、被吸気口３１…から真空
吸引することにより、ウェーハトレイ５とコンタクタ２
５の吸着状態（負圧）が維持されている。

【０００６】一方、カセットＣは、通常、検査装置本体
に収容し、半導体ウェーハＷは１２０〜１５０℃に加熱
されるとともに、検査装置本体に備える接続基部のドラ
イブ回路からコネクタ２４…を介して検査用信号が付与
され、予め設定した時間だけ目的の検査が行われる。

【０００７】ところで、このような従来の半導体ウェー
ハ用検査装置は、半導体ウェーハＷを高温に加熱して検
査を行うものであり、低温環境下で半導体ウェーハＷの
検査を的確に行う検査装置はほとんど存在しないのが実
情である。このため、低温環境下の半導体ウェーハＷに
対する高精度かつ安定性及び信頼性の高い検査を行うこ
とができず、このような要請に応える半導体ウェーハ用
検査装置の実用化が望まれていた。

【０００８】本発明は、このような従来の要請に応えた
ものであり、特に、低温環境下の半導体ウェーハに対す
る高精度で安定性及び信頼性の高い検査を行うことがで
きる半導体ウェーハ用検査装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び実施の形態】本発明
は、半導体ウェーハＷを保持し、かつ半導体ウェーハＷ
上の電極Ｗｅ…に一括してプローブ端子Ｐ…を接触させ
るカセットＣと、このカセットＣを収容し、かつプロー
ブ端子Ｐ…に接続して半導体ウェーハＷの検査を行う検
査装置本体２を備える半導体ウェーハ用検査装置１を構
成するに際して、検査装置本体２にカセットＣを収容す
る恒温槽２ｅを設け、この恒温槽２ｅの槽内温度を第一
冷却温度Ｔｅに設定するとともに、恒温槽２ｅに収容し
たカセットＣに接触させる冷却器３を設け、この冷却器
３の冷却温度を第二冷却温度Ｔｃに設定してなることを
特徴とする。

【００１０】この場合、好適な実施の形態により、第二
冷却温度Ｔｃは、第一冷却温度Ｔｅと同一又は第一冷却
温度Ｔｅ未満に設定することが望ましい。また、冷却器
３は、カセットＣのウェーハトレイ５に接触させるとと
もに、冷却器３としては、ペルチェ素子を用いたサーモ
モジュール６…又は冷却液Ｌｂが循環する熱交換器７を
利用することができる。

【００１１】これにより、カセットＣに接続するドライ
ブ回路を、カセットＣに対する配線長さの短縮化及びバ
ラツキ解消を目的として恒温槽２ｅの内部空間に内蔵さ
せた場合であっても、半導体ウェーハＷに対しては、冷
却器３により当該半導体ウェーハＷのみを局部的に冷却
することにより、半導体ウェーハＷの発熱を吸収し、か
つ半導体ウェーハＷのみを必要な検査温度（第二冷却温
度Ｔｃ）に維持できるとともに、ドライブ回路を含む恒
温槽２ｅの内部空間は、第二冷却温度Ｔｃに対して別途
設定する槽内温度（第一冷却温度Ｔｅ）に維持できるた
め、半導体ウェーハＷに対する高精度で安定性及び信頼
性の高い検査が実現可能となる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図
面に基づき詳細に説明する。

【００１３】まず、本実施例に係る半導体ウェーハ用検
査装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明す
る。

【００１４】図４は、半導体ウェーハ用検査装置１にお
ける検査装置本体２の外観を示す。検査装置本体２は正
面パネル４０に設けた複数の出入口４１…を有する恒温
槽２ｅを備える。また、恒温槽２ｅの右側には機器ボッ
クス４３を設け、この機器ボックス４３の正面パネル４
４にはディスプレイ４５と引出式キーボード（操作部）
４６を配するとともに、下部にはコンピュータ等の収容
部４７を設ける。なお、４８ａはタッチパネル式表示
部，４８ｂは両手操作用セーフティロックスイッチ，４
８ｃは非常停止スイッチである。

【００１５】一方、Ｃは、半導体ウェーハＷを保持する
カセットであり、図６に示すように、検査装置本体２と
は別体に構成する。カセットＣの構成は、前述したよう
に、カセットベース２１を備え、このカセットベース２
１の下面周縁部には補強フレーム２２を固着するととも
に、カセットベース２１の上面周縁部には係止用フレー
ム２３を固着する。また、カセットＣの裏面となるカセ
ットベース２１の下面の所定位置には、複数の一側コネ
クタ２４…を配設する。さらに、カセットベース２１の
上面には、円盤形のコンタクタ２５を取付けるととも
に、このコンタクタ２５と円盤形のウェーハトレイ５間
に半導体ウェーハＷを挟んで保持する。ウェーハトレイ
５の外周面には、外方に突出した被吸気口取付部３０を
備えるとともに、この被吸気口取付部３０の先端には、
逆止弁を内蔵する一対の被吸気口３１，３１を備える。
この被吸気口３１，３１の向きは、カセットＣの中心に
対して放射方向となる。そして、カセットＣは、予め、
被吸気口３１…から真空吸引することにより、ウェーハ
トレイ５とコンタクタ２５の吸着状態（負圧）が維持さ
れている。なお、３２はシーリング部材を示す。

【００１６】他方、図１〜図３は恒温槽２ｅの内部構造
を示す。５０と５１は恒温槽２ｅの内部における左右に
離間して配した固定フレームである。固定フレーム５０
と５１間には複数の水平支持板５２…を上下方向に一定
間隔置きに架設する。そして、任意の水平支持板５２
（他の水平支持板５２…も同じ）の上面には接続基部５
３を固定して設置する。接続基部５３は、半導体ウェー
ハＷに検査用信号を供給するドライブ回路を備える回路
基板部を有するとともに、上面には、カセットＣの一側
コネクタ２４…に接続する複数の他側コネクタ５４…を
配設する。なお、接続基部５３の上面には、カセットＣ
に対する不図示の位置決め部を有する。

【００１７】さらに、水平支持板５２の上面には、図２
及び図３に示すように、四本のガイドシャフト５７…を
垂直に起設し、このガイドシャフト５７…によりカセッ
ト支持部５８及び冷却器支持部５９を昇降自在に支持す
る。この場合、カセット支持部５８にはガイドシャフト
５７…に対応する位置にリニアベアリング６０…を取付
け、このリニアベアリング６０…にガイドシャフト５７
…を挿通させるとともに、冷却器支持部５９にもガイド
シャフト５７…に対応する位置にリニアベアリング６１
…を取付け、このリニアベアリング６１…にガイドシャ
フト５７…を挿通させる。これにより、位置の固定され
た接続基部５３の上方に昇降自在のカセット支持部５８
が配されるとともに、カセット支持部５８の上方に昇降
自在の冷却器支持部５９が配される。

【００１８】そして、冷却器支持部５９には、カセット
Ｃの上面、即ち、カセットＣのウェーハトレイ５に接触
させることができる冷却器３を備え、この冷却器３は冷
却器支持部５９により上方へ変位自在に支持される。即
ち、冷却器支持部５９に開口部６２を形成し、この開口
部６２の内方に冷却器３を収容するとともに、冷却器３
から外方へ突出させて設けた係止プレート６３ｉ，６３
ｊを冷却器支持部５９の上面に形成した段差凹部６４
ｉ，６４ｊに載置する。なお、段差凹部６４ｉ，６４ｊ
には、図２に示すガイドピン６５…を起設し、このガイ
ドピン６５…に係止プレート６３ｉ，６３ｊに設けたガ
イド孔６６…をスライド自在に係合させる。また、冷却
器３は、底面に設けたアダプタ１１を介して前述したウ
ェーハトレイ５の上面に適合させる。

【００１９】冷却器３は、図１に示すように、複数のペ
ルチェ素子を用いたサーモモジュール６…を備える。各
サーモモジュール６…の冷却面（下面）はアダプタ１１
の上面に密着させるとともに、各サーモモジュール６…
の放熱面（上面）は冷却盤１２に密着させる。この冷却
盤１２は、サーモモジュール６…の放熱面を冷却するも
ので、内部に設けた水路を冷却水供給部１３から供給さ
れる冷却水Ｌｗが循環する。

【００２０】また、水平支持板５２の上面には、冷却器
支持部５９を昇降させる左右一対の駆動シリンダ６７
ｐ，６７ｑを配設する。一方、カセット支持部５８は、
図２及び図３に示すように、左支持板部５８ｐ，右支持
板部５８ｑ，後支持板部５８ｒ及び前支持板部５８ｆに
より矩形枠形に構成し、左支持板部５８ｐと右支持板部
５８ｑの内縁には、前述したカセットＣの係合辺部Ｃｐ
及びＣｑが装填（挿入）するスリットレール部６８ｐ及
び６８ｑを設ける。なお、カセット支持部５８には、カ
セットＣをスリットレール部６８ｐ及び６８ｑにおける
所定の位置まで進入させた際に、自動でカセットＣを引
き込んで正規の位置に装填する不図示の自動装填部を備
えるとともに、図３に仮想線で示すように、吸気機構側
の吸気口６９，６９を自動で位置決めしてカセットＣの
被吸気口３１，３１に自動で接続する自動吸気系接続部
７０を備えている。

【００２１】他方、カセット支持部５８と冷却器支持部
５９間には、カセット支持部５８と冷却器支持部５９を
連結する四つのリンクシャフト７１…を設ける。このリ
ンクシャフト７１…の機能により、カセット支持部５８
は、冷却器支持部５９に対して一定のストローク範囲で
昇降自在となるように支持される。

【００２２】また、恒温槽２ｅの内部には、図１に示す
エア冷却ユニット１４ｃとエア加熱ユニット１４ｈを配
設し、送風部１５及び吸着方式のエアドライヤ１６を介
して恒温槽２ｅの内部に供給される外部エアＡｏの温度
を調整する。温度調整された外部エアＡｏは、送風機１
７により内部を循環する。このような構成は、恒温槽２
ｅの全体に対して設けてもよいし、各段毎に複数設けて
もよい。

【００２３】さらに、１８は制御部であり、この制御部
１８の入力側には、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハ
Ｗ）に対する冷却温度を検出する温度センサ１９ｃを接
続するとともに、恒温槽２ｅの槽内温度を検出する温度
センサ１９ｅを接続する。一方、制御部１８の出力側に
は、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１４
ｈを接続するとともに、サーモモジュール６…を接続す
る。これにより、制御部１８は、温度センサ１９ｅから
検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づ
き、恒温槽２ｅの槽内温度が第一冷却温度Ｔｅとなるよ
うに、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１
４ｈ、さらには送風機１７を制御できるとともに、温度
センサ１９ｃから検出される温度検出値と予め設定した
温度設定値に基づき、ウェーハトレイ５（半導体ウェー
ハＷ）に対する冷却温度が第二冷却温度Ｔｃとなるよう
に、サーモモジュール６…を制御できる。この場合、第
一冷却温度Ｔｅは、−５〜−１５〔℃〕の選択値に、第
二冷却温度Ｔｃは、−１０〔℃〕にそれぞれ設定するこ
とができる。

【００２４】次に、本実施例に係る半導体ウェーハ用検
査装置１の使用方法及び各部の動作について、図１〜図
４を参照して説明する。なお、一段の動作のみ説明する
が他の段も同様に動作する。

【００２５】まず、非使用時には、カセット支持部５８
及び冷却器支持部５９は、図２に示す上昇位置で停止し
ている。

【００２６】一方、使用時には、予め用意したカセット
Ｃを、検査装置本体２の出入口４１から恒温槽２ｅの内
部に収容し、カセットＣの係合辺部Ｃｐ，Ｃｑをカセッ
ト支持部５８のスリットレール部６８ｐ，６８ｑに挿入
する。この際、カセットＣを所定の位置まで挿入してタ
ッチパネル式表示部４８ａのタッチパネルをタッチ操作
すれば、不図示の自動装填部により、カセットＣは自動
で引き込まれて正規の位置に装填される。また、図３に
仮想線で示す自動吸気系接続部７０により、吸気機構側
の吸気口６９，６９とカセットＣの被吸気口３１，３１
が自動で位置決めされ、かつ自動で接続される。これに
より、カセットＣのウェーハトレイ５とコンタクタ２５
は、不図示の吸気装置により真空吸引され、半導体ウェ
ーハＷとプローブ端子Ｐ…間には、設定した負圧（例え
ば、−５３〔ｋＰａ〕）が付与される。

【００２７】次いで、スタートスイッチをオンにすれ
ば、駆動シリンダ６７ｐ，６７ｑが駆動制御され、カセ
ットＣと接続基部５３の接続及び冷却器３のセッティン
グが行われる。即ち、冷却器支持部５９（冷却器３）及
びカセット支持部５８（カセットＣ）を含む全体が一緒
に下降し、カセット支持部５８に保持されるカセットＣ
に設けた一側コネクタ２４…が、接続基部５３に設けた
他側コネクタ５４…に当接すれば、カセット支持部５８
の下降は停止する。この際、カセット支持部５８は、リ
ンクシャフト７１…により冷却器支持部５９に対して一
定のストローク範囲で昇降自在となるように連結されて
いるため、カセット支持部５８の下降が停止しても、冷
却器支持部５９はさらに下降する。そして、冷却器３が
カセットＣの上面に当接すれば、冷却器３の下降は停止
する。この際、冷却器３は冷却器支持部５９によって上
方へ変位自在に支持されているため、冷却器３の下降が
停止しても、冷却器支持部５９はさらに下降する。

【００２８】この後、さらに冷却器支持部５９が下降す
れば、リンクシャフト７１…によりカセット支持部５８
が押圧され、カセット支持部５８は強制的に下降せしめ
られる。この結果、カセットＣに設けた一側コネクタ２
４…と接続基部５３に設けた他側コネクタ５４…は完全
に接続される。一方、コネクタ２４…と５４…同士が完
全に接続されれば、駆動シリンダ６７ｐ，６７ｑの駆動
制御が停止する。図１は、この状態の位置関係を示す。

【００２９】以上により、カセットＣが恒温槽２ｅにセ
ットされるため、半導体ウェーハＷは、冷却器３によ
り、−１０〔℃〕（第二冷却温度Ｔｃ）に冷却される。
即ち、制御部１８は、温度センサ１９ｃから検出される
温度検出値と予め設定した温度設定値に基づいて、ウェ
ーハトレイ５（半導体ウェーハＷ）に対する冷却温度が
第二冷却温度Ｔｃ（−１０〔℃〕）となるように、サー
モモジュール６…を制御する。また、制御部１８は、温
度センサ１９ｅから検出される温度検出値と予め設定し
た温度設定値に基づいて、恒温槽２ｅの槽内温度が第一
冷却温度Ｔｅ（−５〜−１５〔℃〕の選択値）となるよ
うに、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１
４ｈ、さらには送風機１７を制御する。

【００３０】これにより、カセットＣに接続するドライ
ブ回路を、カセットＣに対する配線長さの短縮化及びバ
ラツキ解消を目的として恒温槽２ｅの内部空間に内蔵さ
せた場合であっても、半導体ウェーハＷに対しては、冷
却器３により当該半導体ウェーハＷのみを局部的に冷却
することにより、半導体ウェーハＷの発熱を吸収し、か
つ半導体ウェーハＷのみを必要な検査温度（第二冷却温
度Ｔｃ）に維持できるとともに、ドライブ回路を含む恒
温槽２ｅの内部空間は、第二冷却温度Ｔｃに対して別途
設定する槽内温度（第一冷却温度Ｔｅ）に維持できるた
め、半導体ウェーハＷに対する高精度で安定性及び信頼
性の高い検査が実現可能となる。

【００３１】一方、半導体ウェーハＷには、接続基部５
３のドライブ回路からコネクタ５４…及び２４…を介し
て検査用信号が付与され、予め設定した時間だけ目的の
検査が行われる。検査が終了すれば、駆動シリンダ６７
ｐ，６７ｑが駆動制御され、冷却器支持部５９の上昇に
より、冷却器３とカセットＣ…の接触が解除されるとと
もに、カセット支持部５８の上昇により、カセットＣと
接続基部５３の接続が解除される。また、自動吸気系接
続部７０により、吸気口６９，６９と被吸気口３１，３
１の接続が解除される。そして、不図示の自動装填部に
より、カセットＣは自動で所定の位置まで押出されるた
め、作業者は手で検査装置本体２の出入口４１から取り
出すことができる。

【００３２】次に、本発明の変更実施例に係る半導体ウ
ェーハ用検査装置１について、図５を参照して説明す
る。

【００３３】図５に示す半導体ウェーハ用検査装置１
は、図１に示した実施例に対して、冷却器３の形態を変
更したものである。図５に示す冷却器３は、冷却液（不
凍液）Ｌｂが循環する熱交換器７を利用したものであ
り、この熱交換器７には、ブラインクーラ８０を接続す
る。したがって、この場合、制御部１８は、温度センサ
１９ｃから検出される温度検出値と予め設定した温度設
定値に基づいて、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハ
Ｗ）に対する冷却温度が第二冷却温度Ｔｃとなるよう
に、ブラインクーラ８０の冷却部を制御することができ
る。なお、図５において、図１と同一部分には、同一符
号を付し、その構成を明確にするとともに、その詳細な
説明は省略する。

【００３４】以上、実施例について詳細に説明したが、
本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、
細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除で
きる。例えば、第一冷却温度Ｔｅ及び第二冷却温度Ｔｃ
は、低温領域における任意の温度を適用できる。また、
冷却器３は例示以外の他の冷却手段を排除するものでは
ない。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明に係る半導体ウェーハ
用検査装置は、検査装置本体にカセットを収容する恒温
槽を設け、この恒温槽の槽内温度を第一冷却温度に設定
するとともに、恒温槽に収容したカセットに接触させる
冷却器を設け、この冷却器の冷却温度を第二冷却温度に
設定してなるため、特に、低温環境下の半導体ウェーハ
に対する高精度で安定性及び信頼性の高い検査を行うこ
とができるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例に係る半導体ウェーハ用
検査装置の内部構造の一部を含む構成図、

【図２】同半導体ウェーハ用検査装置の内部構造を示す
一部断面正面構成図（図３中Ｘ−Ｘ線断面）、

【図３】同半導体ウェーハ用検査装置の内部構造を示す
一部断面平面構成図、

【図４】同半導体ウェーハ用検査装置の外観正面図、

【図５】本発明の変更実施例に係る半導体ウェーハ用検
査装置の内部構造の一部を含む構成図、

【図６】本発明の好適な実施例（変更実施例）に係る半
導体ウェーハ用検査装置に用いるカセットの一部断面正
面図、

【符号の説明】

１ 半導体ウェーハ用検査装置 ２ 検査装置本体 ２ｅ 恒温槽 ３ 冷却器 ５ ウェーハトレイ ６… サーモモジュール ７ 熱交換器 Ｗ 半導体ウェーハ Ｗｅ… 半導体ウェーハ上の電極 Ｐ… プローブ端子 Ｃ カセット Ｌｂ… 冷却液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 涌井 正幸 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 (72)発明者 江澤 克和 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G003 AA10 AC01 AD02 AD03 AG04 AG08 AH05 2G032 AB02 AE02 AF02 4M106 AA01 BA01 BA14 DD10 DD30 DJ02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハを保持し、かつ半導体ウ
   ェーハ上の電極に一括してプローブ端子を接触させるカ
   セットと、このカセットを収容し、かつ前記プローブ端
   子に接続して前記半導体ウェーハの検査を行う検査装置
   本体を備える半導体ウェーハ用検査装置において、前記
   検査装置本体に前記カセットを収容する恒温槽を設け、
   この恒温槽の槽内温度を第一冷却温度に設定するととも
   に、前記恒温槽に収容したカセットに接触させる冷却器
   を設け、この冷却器の冷却温度を第二冷却温度に設定し
   てなることを特徴とする半導体ウェーハ用検査装置。
2. 【請求項２】 前記第二冷却温度は、前記第一冷却温度
   と同一又は前記第一冷却温度未満に設定することを特徴
   とする請求項１記載の半導体ウェーハ用検査装置。
3. 【請求項３】 前記冷却器は、前記カセットのウェーハ
   トレイに接触させることを特徴とする請求項１記載の半
   導体ウェーハ用検査装置。
4. 【請求項４】 前記冷却器は、ペルチェ素子を用いたサ
   ーモモジュール又は冷却液が循環する熱交換器であるこ
   とを特徴とする請求項１又は３記載の半導体ウェーハ用
   検査装置。