JP2007324508A - 半導体ウエハの検査方法及び半導体ウエハの検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的な検査時間の短縮が図られ、かつ信頼性の高い検査が可能な半導体ウエハの検査方法、及びその検査装置を提供することにある。
【解決手段】ウエハステージ１４および恒温槽１１を検査温度まで加熱または冷却した後、検査温度まで加熱または冷却された半導体ウエハ１６を、検査温度に維持した状態で、恒温槽１１からウエハステージ１４に搬送し、半導体ウエハ１６の電気的特性をウエハプローバ１２で検査する。電気的特性を検査した半導体ウエハ１６は、検査温度に維持した状態で、ウエハステージ１４から恒温槽１１に搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体チップが形成された半導体ウエハの電気的特性を検査する検査方法、及びその検査装置に関する。

半導体チップが形成された半導体ウエハの電気的特性は検査装置によって検査されるが、通常は、この検査装置の検査端子へ半導体ウエハを間欠送りするためのウエハプローバが組み合わされており、これを用いて高温時または低温時における半導体ウエハの電気的特性が検査される。

従来、ウエハプローバを用いて半導体ウエハの高温時または低温時における電気的特性を検査する場合、半導体ウエハを１枚毎にウエハステージに載置して十分に時間を置くことにより、ウエハステージやプローブカード、さらに半導体ウエハの熱膨張が安定した後に検査を行なっていた。しかし、この方法ではウエハ毎に温度が安定するまで時間を待たねばならず、検査に非常に長い時間を要していた。

この問題を解決するために、検査待ちのウエハをあらかじめ定められた温度に加熱した後に検査する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

図６は、特許文献１に記載されたウエハプローバ１００の構成を示したブロック図である。ウエハプローバ１００は、検査温度に加熱または冷却するメインステージ１０１、予備加熱または予備冷却するサブステージ１０２、複数の半導体ウエハを収容するウエハカセット１０３、及び半導体ウエハを搬送する搬送アーム部１０４、１０５からなっている。そして、メインステージ１０１及びサブステージ１０２には加熱・冷却機構が備わり、これによりメインステージ１０１を検査温度に加熱または冷却し、また、サブステージ１０２を予備加熱または予備冷却する。

図７を参照しながら、図６に示したウエハプローバ１００を用いて半導体ウエハの電気的特性を検査する手順を説明する。

図７は、ウエハＩ、ウエハII、ウエハIIIの高温時における電気的特性を検査する場合のウエハプローバ１００の作業のタイムテーブルであり、上方から下方へ時間の経過を示したものである。図７の左側の欄は、メインステージ１０１及びサブステージ１０２におけるウエハＩ、ウエハII、ウエハIIIの加熱または冷却を示し、右側の欄は、ウエハＩ、
ウエハII、ウエハIIIのそれぞれについて、一定の間隔で位相をずらして行われるウエハプローバ１００の作業を示す。

先ず、ウエハＩが第一搬送アーム１０４によってウエハカセット１０３から取り出され、サブステージ１０２で中間温度まで予備加熱された後、第二搬送アーム１０５によってサブステージ１０２からメインステージ１０１に移送され、検査温度まで加熱される。検査温度に達すると電気的特性の検査が行われ、検査後にはメインステージ１０１上で中間温度まで冷却されて、その後サブステージ１０２に移送されて室温まで冷却される。

図７に示すように、ウエハＩをメインステージ１０１で冷却を始めると同時に、サブステージ１０２でウエハIIの予備加熱を開始して、ウエハＩに対する作業と同じ作業を位相をずらして行うことにより、中間温度でウエハＩ、IIをメインステージ１０１、サブステージ１０２間で交換することができ、これにより、高温時または低温時における検査に要する時間の短縮を図ることができる。
特開平１１−３３０１７１号公報

しかしながら、上記の従来技術では、中間温度でウエハＩ、IIをメインステージ１０１、サブステージ１０２間で交換を行っているので、メインステージ１０１では、検査前においては中間温度から検査温度までの加熱（または冷却）、また検査後においては検査温度から中間温度までの冷却（加熱）を行う必要があり、その間の加熱、冷却に要する時間がかかる。加えて、メインステージ１０１の温度変化に対して、プローブカードやウエハの熱膨張が安定するまで検査を待つ必要もある。それ故、実質的な検査時間の短縮には至っていない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、実質的な検査時間の短縮が図られ、かつ信頼性の高い検査が可能な半導体ウエハの検査方法、及び半導体ウエハの検査装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の半導体ウエハの検査方法は、ウエハの搬送機構にも温度制御手段を設け、検査温度まで加熱された半導体ウエハを、検査温度に維持した状態でウエハステージに搬送する方法を採用する。

すなわち、本発明に係る半導体ウエハの検査方法は、複数の半導体ウエハが載置された恒温槽から各半導体ウエハを順次ウエハープローバのウエハステージに搬送して、半導体ウエハの電気的特性を検査する検査方法であって、ウエハステージ及び恒温槽を検査温度まで加熱または冷却する工程（ａ）と、検査温度まで加熱された半導体ウエハを、検査温度に維持した状態で、恒温槽からウエハステージに搬送する工程（ｂ）と、ウエハステージに搬送された半導体ウエハの電気的特性を、ウエハプローバで検査する工程（ｃ）と、電気的特性を検査した半導体ウエハを、検査温度に維持した状態で、ウエハステージから恒温槽に搬送する工程（ｄ）とを備えたことを特徴とする。

このような方法によれば、検査温度まで加熱された半導体ウエハを、検査温度に維持した状態で、恒温槽とウエハステージ間を搬送することによって、検査時おけるウエハプローバのウエハステージを加熱または冷却する時間を省くことができ、これにより、実質的な検査時間を大幅に短縮することができる。また、検査前に、予めウエハステージ及び恒温槽を検査温度まで加熱または冷却しておくことによって、プローブカードや半導体ウエハの熱膨張が安定した状態で半導体ウエハの検査することができるので、信頼性の高い検査を実行することができる。

ある好適な実施形態において、複数の半導体ウエハは、恒温槽内に設けられた複数のスロットにそれぞれ載置され、各スロットは独立に制御されて検査温度まで加熱または冷却されており、上記工程（ｂ）において、検査温度まで加熱または冷却されたスロットに載置された半導体ウエハがスロットからウエハステージに搬送され、上記工程（ｄ）の後、ウエハステージから搬送された半導体ウエハを載置するスロットを、独立に制御して室温まで冷却または加熱する工程（ｅ）をさらに備えている。

このようにすることによって、スロットに載置された半導体ウエハ毎に加熱または冷却を行うことができるので、電気的特性の検査を開始するまでの半導体ウエハの保持時間を揃えることができ、これにより、保持時間の差による電気的特性の変動のない信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明に係る半導体ウエハの検査装置は、複数の半導体ウエハが載置される恒温槽と、半導体ウエハの電気的特性を検査するウエハプローバと、恒温槽に載置された半導体ウエハをウエハプローバのウエハステージに搬送する搬送機構とを備えた半導体ウエハの検査装置であって、恒温槽、ウエハプローバのウエハステージ、及び搬送機構には、それぞれ温度制御手段が備えられており、半導体ウエハを検査する間、恒温槽、ウエハプローバのウエハステージ、及び搬送機構は、それぞれ温度制御手段によって電気的特性の検査温度まで加熱または冷却されることを特徴とする。

ここで、本検査装置において、半導体ウエハは、搬送機構により、検査温度に維持された状態で、恒温槽及びウエハステージ間を搬送される。。

ある好適な実施形態において、恒温槽は、独立に温度制御可能な複数のスロットを備えており、半導体ウエハの検査の間、各半導体ウエハは、各スロット毎に載置され、スロットは独立に制御されて検査温度まで加熱または冷却され、検査温度まで加熱されたスロットに載置された半導体ウエハは、スロットからウエハステージに搬送され、ウエハステージに搬送された半導体ウエハは、ウエハプローバで検査され、検査した半導体ウエハは、ウエハステージからスロットに搬送され、ウエハステージから搬送された半導体ウエハを載置するスロットは、独立に制御されて室温まで冷却または加熱される。

本発明の半導体ウエハの検査方法及びその検査装置によれば、検査時おけるウエハプローバのウエハステージを加熱または冷却する時間を省くことができ、これにより、実質的な検査時間を大幅に短縮することができる。また、プローブカードやウエハの熱膨張が安定した状態で半導体ウエハの検査することができるので、信頼性の高い検査を実行することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体ウエハの検査装置１０の構成を模式的に示したブロック図である。

図１に示すように、半導体ウエハの検査装置１０は、複数の半導体ウエハが載置される恒温槽１１と、半導体ウエハの電気的特性を検査するウエハプローバ１２と、恒温槽１１に載置された半導体ウエハを、ウエハプローバ１２のウエハステージ１４に搬送する搬送機構１３とを備えている。そして、恒温槽１１、ウエハステージ１４、及び搬送機構１３には、温度制御手段が備えられており、半導体ウエハを検査する間、恒温槽１１、ウエハステージ１４、及び搬送機構１３は、それぞれ温度制御コントローラ１５によって制御されて、電気的特性の検査温度まで加熱または冷却される。

図２及び図３に、恒温槽１１及び搬送機構１３における温度制御手段の構成を示す。図２に示すように、恒温槽１１内には、複数のスロット３０ａ、３０ｂ、３０ｃが設けられており、各スロット３０ａ〜３０ｃに、半導体ウエハ１６がそれぞれ載置される。恒温槽１１の周辺には、スロット温度制御手段（例えば、ヒータや冷媒機構）１５が付設されており、恒温槽１１内の加熱または冷却を行っている。また、各スロット３０ａ〜３０ｃにも、それぞれ温度制御手段１５ａ〜１５ｃを付設してもよい。さらに、恒温槽１１内にファン３１を設置して、対流による温度均一を図るようにしてもよい。なお、これらの温度制御手段は、適宜組み合わせて使用することができる。

また、図３に示すように、ウエハ搬送機構１３にも、温度制御手段１５ｄが付設されており、ウエハ搬送機構１３自身も、検査温度まで加熱または冷却されるようになっている。なお、恒温槽１１及び搬送機構１３に付設された温度制御手段は、ウエハステージ１４に付設される温度制御手段（不図示）、例えば、ヒータまたは冷媒機構を引き回すことによって共通なものにしてもよい。

再び図１に戻って、本実施形態における半導体ウエハの検査装置１０の構成を詳細に説明する。

ローダ室２０には、複数の半導体ウエハ１６を収容するウエハカセット１９が設置され、ウエハ搬送機構１３により、恒温槽１１またはウエハプローバ１２のウエハステージ１４に半導体ウエハを搬送する。また、ウエハ認識機構２６が配設されており、これにより半導体ウエハ１６のロットを認識する。

ウエハプローバ１２には、半導体ウエハ１６を載置するウエハステージ１４が設置され、ウエハステージ１４はメインコントローラ２４の制御下で昇降機構２３を介してＸ，Ｙ及びＺ方向に移動するようになっている。また、上下のＣＣＤカメラからなる画像認識機構２１が配設され、半導体ウエハ１６の表面およびプローブカード１７のピン先をそれぞれ画像認識し、半導体ウエハ１６の電極パッドとこれに対応するプローブピンをそれぞれアライメントする。さらに、ウエハステージ１４には、温度制御コントローラ１５が配設され、これによりウエハステージ１４、恒温槽１１、及びウエハ搬送機構１３を加熱または冷却して所定の検査温度に調整する。そして、検査温度まで加熱された半導体ウエハ１６は、プローブカード１７を介して、テスタ１８により電気的特性が検査される。

また、恒温槽１１、ウエハプローバ１２、及びローダ室２０は、低温（例えば、約−５０℃）での検査時でも結露が生じないように、ドライエアーなどで制御することが好ましい。

なお、本実施形態における半導体ウエハの検査装置１０は、図１に示すような構成を備えたものであるが、各機構は、ブロック図に示すような単位で構成されたものに限らない。例えば、恒温槽１１は、ローダ室２０内に配設されていてもよく、また、テスタ１８は、ウエハプローバ１２とは独立のものであってもよい。

次に、図４を参照しながら、本実施形態における半導体ウエハの検査方法について説明する。図４は、ウエハＩ、ウエハII、ウエハIIIの高温時における電気的特性を検査する場合の検査装置１０の作業のタイムテーブルであり、上方から下方へ時間の経過を図７と同じ時間間隔で示したものである。

まず、ウエハカセット１９から、ウエハＩ、ウエハII、及びウエハIIIを、それぞれウエハプローバ１２のウエハステージ１４、恒温槽１１のスロット１、及びスロット２に移動させ、検査温度（例えば、約１５０℃）まで加熱する。そして、ウエハステージ１４が検査温度まで到達した後、ウエハＩの電気的特性の検査を行う。

次に、ウエハＩの検査が終了した後、ウエハＩは恒温槽１１のスロット１に搬送され、
それと交代に、ウエハIIが、スロット１からウエハステージ１４に搬送される。このとき、ウエハ搬送機構１３も予め検査温度まで加熱されているので、ウエハＩ及びウエハIIは、検査温度を維持した状態で搬送される。

ウエハステージ１４は、検査温度に保持され、また、ウエハステージ１４に搬送されたウエハIIも、既に検査温度まで加熱されているので、搬送後直ちにウエハIIの検査を行うことができる。そして、ウエハIIの検査が終了した後、ウエハIIは恒温槽１１のスロット２に搬送され、それと交代に、ウエハIIIが、スロット２からウエハステージ１４に搬送される。

最後のウエハIIIの検査が終了すると、ウエハステージ１４及び恒温槽１１を室温まで冷却して、ウエハＩ、ウエハII、及びウエハIIIを冷却した後、再び、ウエハカセット１９に収容する。

このように、本実施形態の半導体ウエハの検査方法によれば、検査温度まで加熱された半導体ウエハを、検査温度に維持した状態で、恒温槽１１とウエハステージ１４間を搬送することによって、検査時おけるウエハプローバ１２のウエハステージ１４を加熱または冷却する時間を省くことができ、これにより、実質的な検査時間を大幅に短縮することができる。また、検査前に、予めウエハステージ１４及び恒温槽１１を検査温度まで加熱または冷却しておくことによって、プローブカード１７や半導体ウエハ１６の熱膨張が安定した状態で半導体ウエハ１６を検査することができるので、信頼性の高い検査を実行することができる。

なお、本実施形態において、ウエハが３枚で、スロットが２つある場合を例に説明したが、もちろん、ウエハの枚数及びスロットの数はこれに限定されず、また、検査の終了したウエハをどのスロットに搬送するかについても、任意に決めることができる。

（第２の実施形態）
ウエハカセット１９に収容された複数の半導体ウエハは、恒温槽１１内に設けられた複数のスロット３０ａ〜３０ｃにそれぞれ載置されるが、図２に示すように、各スロット３０ａ〜３０ｃに付設された温度制御手段１５ａ〜１５ｃを独立に温度制御可能にすることによって、各スロット３０ａ〜３０ｃを独立に制御して、検査温度まで加熱または冷却をすることができる。

このように各スロット３０ａ〜３０ｃを独立に制御して、検査温度まで加熱または冷却した場合の半導体ウエハの検査方法について、図５を参照しながら説明する。

図５は、ウエハＩ、ウエハII、ウエハIIIの高温時における電気的特性を検査する場合の検査装置１０の作業のタイムテーブルであり、上方から下方へ時間の経過を図４及び図７と同じ時間間隔で示したものである。

まず、ウエハカセット１９から、ウエハＩをウエハプローバ１２のウエハステージ１４に移動させ、ウエハステージ１４を検査温度（例えば、約１５０℃）まで加熱する。そして、ウエハステージ１４が検査温度まで到達した後、ウエハＩの電気的特性の検査を行う。検査の間、ウエハカセット１９からウエハIIを恒温槽１１のスロット１に搬送し、スロット１を検査温度まで加熱しておく。

次に、ウエハＩの検査が終了した後、ウエハＩは恒温槽１１のスロット１に搬送され、
それと交代に、ウエハIIが、スロット１からウエハステージ１４に搬送される。このとき、ウエハ搬送機構１３も予め検査温度まで加熱されているので、ウエハＩ及びウエハIIは、検査温度を維持した状態で搬送される。

ウエハステージ１４は、検査温度に保持され、また、ウエハステージ１４に搬送されたウエハIIも、既に検査温度まで加熱されているので、搬送後直ちにウエハIIの検査を行うことができる。なお、検査の間、ウエハカセット１９からウエハIIIを恒温槽１１のスロット２に搬送し、スロット２を検査温度まで加熱しておく。また、検査の終了したウエハＩが搬送されたスロット１は、室温までの冷却を開始する。

ウエハIIの検査が終了した後、ウエハIIは恒温槽１１のスロット２に搬送され、それと交代に、ウエハIIIが、スロット２からウエハステージ１４に搬送される。そして、検査の終了したウエハIIが搬送されたスロット２は、室温までの冷却を開始する。

そして、最後のウエハIIIの検査が終了すると、ウエハステージ１４を室温まで冷却した後、室温まで冷却された全てのウエハＩ、ウエハII、及びウエハIIIを、再び、ウエハカセット１９に収容する。

このように、本実施形態の半導体ウエハの検査方法によれば、スロットに載置されたウエハ毎に加熱または冷却を行うことができるので、電気的特性の検査を開始するまでのウエハの保持時間を揃えることができ、これにより、保持時間の差による電気的特性の変動のない信頼性の高い検査が可能となる。

また、ウエハの処理状況に応じて、各スロットに必要な温度制御を独立して制御することができるので、無駄な温度制御をなくすことができ、その結果、検査コストを削減することができる。さらに、温度処理時間をウエハ毎に指定することができるため、ウエハ毎の検査温度の保持時間の差をなくすことができ、これにより信頼性の高い検査が可能となる。

なお、本実施形態においても、ウエハが３枚で、スロットが２つある場合を例に説明したが、もちろん、ウエハの枚数及びスロットの数はこれに限定されず、また、検査の終了したウエハをどのスロットに搬送するかについても、任意に決めることができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、複数の半導体ウエハを載置する「高温槽」として、図２に示したようなオーブンタイプの例を説明したが、複数の半導体ウエハを、一括または独立して温度制御できるものであれば、どのような形態のものであってもよい。例えば、ウエハステージと似たような構成のサブステージを複数備えたものも、本発明における「恒温槽」に相当する。

本発明によれば、実質的な検査時間の短縮が図られ、かつ信頼性の高い検査が可能な半導体ウエハの検査方法、及びその検査装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における半導体ウエハの検査装置の構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態における恒温槽の構成を示した図である。 本発明の第１の実施形態におけるウエハ搬送機構の構成を示した図である。 本発明の第１の実施形態における半導体ウエハの検査装方法を説明する図である。 本発明の第２の実施形態における半導体ウエハの検査装方法を説明する図である。 従来の半導体ウエハの検査装置の構成を示したブロック図である。 従来の半導体ウエハの検査装方法を説明する図である。

符号の説明

１０ 半導体ウエハの検査装置
１１ 恒温槽
１２ ウエハプローバ
１３ ウエハ搬送機構
１４ ウエハステージ
１５ 温度制御コントローラ
１５ａ〜１５ｄ 温度制御手段
１６ 半導体ウエハ
１７ プローブカード
１８ テスタ
１９ ウエハカセット
２０ ローダ室
２１ 画像認識機構
２３ 昇降機構
２４ メインコントローラ
２６ ウエハ認識機構
３０ａ〜３０ｃ スロット
３１ ファン

Claims (5)

1. 複数の半導体ウエハが載置された恒温槽から各半導体ウエハを順次ウエハープローバのウエハステージに搬送して、半導体ウエハの電気的特性を検査する検査方法であって、
   前記ウエハステージ及び前記恒温槽を、検査温度まで加熱または冷却する工程（ａ）と、
   前記検査温度まで加熱または冷却された半導体ウエハを、該検査温度に維持した状態で、前記恒温槽から前記ウエハステージに搬送する工程（ｂ）と、
   前記ウエハステージに搬送された半導体ウエハの電気的特性を、前記ウエハプローバで検査する工程（ｃ）と、
   前記電気的特性を検査した半導体ウエハを、前記検査温度に維持した状態で、前記ウエハステージから前記恒温槽に搬送する工程（ｄ）とを備えたことを特徴とする、半導体ウエハの検査方法。
2. 前記複数の半導体ウエハは、前記恒温槽内に設けられた複数のスロットにそれぞれ載置され、該各スロットは独立に制御されて検査温度まで加熱または冷却されており、
   前記工程（ｂ）において、前記検査温度まで加熱または冷却されたスロットに載置された半導体ウエハが、該スロットから前記ウエハステージに搬送され、
   前記工程（ｄ）の後、前記ウエハステージから搬送された半導体ウエハを載置するスロットを、独立に制御して室温まで冷却または加熱する工程（ｅ）をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウエハの検査方法。
3. 複数の半導体ウエハが載置される恒温槽と、
   前記半導体ウエハの電気的特性を検査するウエハプローバと、
   前記恒温槽に載置された前記半導体ウエハを、前記ウエハプローバのウエハステージに搬送する搬送機構とを備えた半導体ウエハの検査装置であって、
   前記恒温槽、前記ウエハプローバのウエハステージ、及び前記搬送機構には、それぞれ温度制御手段が備えられており、
   前記半導体ウエハを検査する間、前記恒温槽、前記ウエハプローバのウエハステージ、及び前記搬送機構は、それぞれ前記温度制御手段によって、前記電気的特性の検査温度まで加熱または冷却されることを特徴とする、半導体ウエハの検査装置。
4. 前記半導体ウエハは、前記搬送機構により、検査温度に維持された状態で、前記恒温槽及び前記ウエハステージ間を搬送されることを特徴とする、請求項３に記載の半導体ウエハの検査装置。
5. 前記恒温槽は、独立に温度制御可能な複数のスロットを備えており、
   前記半導体ウエハの検査の間、
   前記各半導体ウエハは、前記各スロット毎に載置され、該スロットは独立に制御されて検査温度まで加熱または冷却され、
   前記検査温度まで加熱されたスロットに載置された半導体ウエハは、該スロットから前記ウエハステージに搬送され、
   前記ウエハステージに搬送された半導体ウエハは、前記ウエハプローバで検査され、
   前記検査した半導体ウエハは、前記ウエハステージから前記スロットに搬送され、
   前記ウエハステージから搬送された半導体ウエハを載置するスロットは、独立に制御されて室温まで冷却または加熱されることを特徴とする、請求項３または４に記載の半導体ウエハの検査装置。

Images