JP2008131048A - Ｅｍｉシールド機能を有する半導体検査用プローブステーション - Google Patents

Abstract

【課題】様々な検査に対する要求に対応することが可能なプローブステーションを提供すること。
【解決手段】半導体基層７を支持する支持台５と、半導体基層７と電気的に接触して該半導体基層７の検査を行うプローブ装置を支持する支持板４と、半導体基層７を前記プローブ装置に対して位置決めする少なくとも１つの位置決めユニット６と、少なくとも前記支持台５及びプローブ装置を包囲しつつ電磁波干渉をシールドするケーシング２，３と、前記ケーシング２，３内に設けられた信号処理装置２７とを含んで構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基層、即ち半導体ウエハ、電子半導体部品等の検査用の低電流測定及び低電圧測定に適したプローブステーションに関する。このため、このプローブステーションは半導体基層の検査に対する電磁波干渉（ＥＭＩ）をシールドするシステムを備えている。

従来のプローブステーションにおいては、ＥＭＩシールドシステムはケーシングを備えており、このケーシング内に少なくとも半導体基層をその位置決めユニットと共に収容する部材と、プローブを収容して位置決めする部材とが設けられて電磁的或いは光学的な干渉からの保護を達成している。又、外部へのインタフェースは制御ユニットや分析ユニットへのケーブルとして構成されている。
独国実用新案第２９８２０１０６号明細書 米国特許第６４９２８２２号明細書 独国特許出願公開第１９６３８８１６号明細書

しかしながら、上記従来のプローブステーションにおいては、様々な検査に対する要求を満たすことができないという問題がある。

そこで、本発明の目的とする処は、様々な検査に対する要求に対応することが可能なプローブステーションを提供することにある。

本発明によれば、例えば信号前処理装置又は信号分析装置等の信号処理装置がケーシング内に収容してＥＭＩからシールドされているとともに、この信号処理装置が信号受信部の近傍に設置されている。そのため、信号処理装置又は信号分析装置並びに配線部材のワイヤの長さを短縮させることが可能である。更に、このようなワイヤをケーシングのシールドにも用いることができ、この場合、このワイヤで測定を調整することができる。

このように、配線部材やそのワイヤのシールドの採用は、例えば、信号増幅器、例えば４２９４１Ａ等のインピーダンスアナライザ、周波数帯域が１１０ＭＨｚまで使用可能なインピーダンスプローブキット、バイアス信号発生装置、ガード電極の切換を行う切換装置、１／ｆノイズの計測に使用する増幅器又は信号処理装置又は１ミリワイヤに相当し、これらは高周波信号用の所定の構造を有している。

上記のような装置或いはそのワイヤのＥＭＩシールドシステムへの統合は、このシステム内において上記装置と半導体基層の干渉が最小となる場合に達成される。又、本発明によるプローブステーションは低周波磁場に対してもシールドされるよう構成されており、このようなシールドは、ケーシング或いはその一部を形成する強磁性体材料によって達成される。

このようなシールドシステムは複雑であるにも拘らず、計測サイクル中に例えば支持台或いはプローブの位置決めユニット等の部材が動作し、計測中に半導体基層の監視が可能である。

この目的のために、プローブステーションのケーシングは、プローブを支持する支持板及びその位置決めユニットのための固有部分が形成され、検査機器を収容可能且つモジュール式に拡張可能である上、半導体基層を包囲する一方これを開放可能となるように分割されている。

本発明によれば、様々な検査に対する要求に対応することが可能なプローブステーションを提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すプローブステーションは下部２と上部３の２つの部材から成るケーシングを備えている。この上部３の下方には支持台５が設けられており、該支持台５上に半導体基層７が載置される。この支持台５は当該支持台５の位置決めユニット６を備えて構成されており、支持台５は、位置決めユニット６によりＸ、Ｙ及びＺ方向に移動可能であるとともに、Ｚ軸を中心として所定の角度回転可能である。ここで、支持台５及びその位置決めユニット６はベースプレート１に設置されつつケーシング下部２の壁構造部１０により包囲されている。

又、支持台５及び半導体基層７と対向する位置には検査機器を支持する支持板４が設けられており、該支持板４は、前記壁構造部１０の上部を閉鎖し、ケーシング下部２を画成している。即ち、ケーシング下部２は、支持台５、位置決めユニット６及び半導体基層７を包囲している。そして、壁構造部１０、ベースプレート１及び支持板４は導電性材料で成っており、これらは、半導体基層のＥＭＩ（電磁波干渉）シールド機能を有する特殊な構造から成る支持台５で補足されている。

而して、支持板４の上方にはケーシング上部３が形成されており、該ケーシング上部３の壁構造部は、その内部にある検査機器をＥＭＩから保護するため、同様に伝導性材料から成っている。従って、支持板４によってプローブステーションのケーシングが下部２と上部３に分割され、下部２及び上部３はそれぞれ外部及びもう一方のケーシングからのＥＭＩからシールドされている。又、ケーシング下部２及びケーシング上部３は共に支持板４と平面的に接しており、これらは互いに電気的にも接触している。このため、完全なシールドが達成される。

又、支持板４の中央部には開口部２６が形成されており、該開口部２６により、プローブヘッド２１によって支持板４上に設けられたプローブ２４が半導体基層７と電気的に接触する。この開口部２６はケーシング下部２とケーシング上部３の間のＥＭＩをシールドする。即ち、この開口部２６は、支持板４と半導体基層７の間に配置され且つ半導体基層７とプローブ針２５が接触する範囲にのみ孔を有する保護カバー１２でほぼ完全に覆われている。この保護カバー１２は、ＥＭＩをシールドする機能を果たすために導電性材料から成っているとともに、スリーブ１４を介して支持板４に設置されている。

ところで、ケーシング上部３の中央部には該ケーシング上部３の前後方向（図１における紙面と垂直な方向）に延びる検査領域４０が形成されており、該検査領域４０を中心としてケーシング上部３が２つに分割されている。そして、この検査領域４０はケーシング上部３の上面部３０から支持板４近傍までの深さで形成されている。

このような凹状の検査領域４０は、前記上面部３０における凹部形成壁３２で画成されている。この凹部形成壁３２は、支持板４との間にプローブ２４が該支持板４と接触しない程度の間隔を保持しつつ、該支持板４に対して略平行に設けられている。

そして、検査領域４０における検査はプローブ針２５により可能である。又、凹部形成壁３２を開口部２６よりかなり大きく形成することもでき、このように形成すれば、検査領域４０の両側に互いに平行に配置された検査機器の互いの縮小された間隔及びケーシング下部２における適当な圧力バランスにより、ケーシング上部３から半導体基層７への最大限の空気の流れが得られ、半導体基層７の加湿及び汚れの付着を防止できる。

ところで、凹部形成壁３２には検査用開口部４１が設けられており、該検査用開口部４１はプローブ針２５が半導体基層７に接触する領域の上方に配置されている。即ち、検査用開口部４１は保護プレート１２及び開口部２６の上方に位置している。又、検査用開口部４１はカバープレート４２により覆われており、該カバープレート４２により顕微鏡４３の対物レンズが案内される。そして、顕微鏡４３によりプローブ針２５と半導体基層７の接触、及び検査中にこの接触が維持されているかが監視される。

又、検査領域４０は、その両側を上面部３０に対して傾斜し、この上面部３０と凹部形成壁３２を接続する縁部３３によって画成されている。即ち、検査領域４０の両側部分（検査機器を収容する部分）は、その外側面をケーシング壁構造部３１、上面を上面部３０、内側面を縁部３３、下面を支持板４で構成されている。

而して、これら検査領域４０の両側部分はそれぞれプローブヘッド群を収容しており、各プローブヘッド２１は、プローブ２４を収容するとともに、プローブ２４をＸ、Ｙ及びＺ方向に精密に移動させることが可能な位置決めユニット２２であるマイクロメータを備えて構成されている。尚、マイクロメータの他にも電動式の位置決め手段、或いは支持台５の位置決めユニット６又は支持板４全体の移動により半導体基層７との接触を調整する手段を設けることも可能である。

そして、プローブヘッド２１の両群は支持板４の開口部２６の両側に設けられるとともに、それぞれケーシング上部３内に配置されている。又、信号処理装置２７が支持板４上の各プローブヘッド群の近傍に設けられている。例えば、この信号処理装置２７が半導体基層７からの信号を少なくとも第１のステップで分析する一方、信号前処理ユニットは、第１のステップで測定信号の種々の分析をするとともに、測定信号を、その精度を損なうことなくその後の処理に備えて前処理する。尚、このような前処理はフィルタリングや増幅である。

そして、各信号処理装置２７はコネクタ２９を介してケーシング外部の不図示の測定装置或いは分析機器と接続されており、ケーシングのコネクタ貫通部はＥＭＩをシールドするようになっている。尚、ケーシング内に多数の信号処理装置２７を設けることも可能である。

又、他の実施の形態として、プローブステーション内に外部のコンピュータとデータ或いは信号の授受を行うリモートインタフェースを設けることも可能である。この場合、半導体基層７の検査規模や検査項目や、例えばプローブヘッド２１の位置決めユニット２２等のプローブヘッド２１の装備又は検査の制御に対する要求に応じて、リモートインタフェースを介した半導体基層７との接触、信号の受信、信号の種々の処理及び外部コンピュータからのデータを制御することができる。

ところで、ケーシングの下部２及び上部３をそれぞれ別々に開けることができる構成にすることもできる。即ち、ケーシング上部３は検査領域４０を挟んだ左右別々に或いは共に開放することが可能であり、プローブヘッド２１の各群を別々或いは共にケーシング内へ設置することができる。ここで、このケーシング上部３の開放は、このケーシング上部３の上面部３０を開放することにより行われ、この上面部３０は、蓋部３４としてケーシング壁構造部３１の上端部を中心に回動するよう設けられている。

このため、少なくとも側面に位置するケーシング壁構造部３１はその一端を支持板４に結着されている必要がある。又、プローブ２４及びプローブヘッド２１のケーシング内への容易な設置を行えるよう、縁部３３はこれに隣接する前記上面部３０と結着されて蓋部３４の一部を形成している。更に、図１における手前側（観察者側）のケーシング壁構造部３１を蓋部３４に結着させれば（図２参照）、蓋部３４を開放することによりプローブヘッド２１及び信号処理装置２７を３方向が開放された状態で設置することができる。

そして、ケーシング両側部を形成する固定された壁構造部３１及びケーシング後部を形成する壁構造部３１により、蓋部３４を回動させるためのヒンジ３５（図２参照）を設けることができるとともに、コネクタ２９の接続ケーブル等を収納することが可能である。

従って、例えばプローブ２４の位置決め、交換等を行う、ケーシング上部３内に収納された各機器を、自由にケーシング上部３内に設置或いはこれから取り外すことが可能であるとともに、振動を生じさせることなく蓋部３４の開閉を行うことができる上、プローブステーション用の様々な電子機器を外部で製作することが可能である。尚、図１及び図２では、図を分かり易くし、可動の要素及び構造と区別するため、固定された壁構造部を太く表示している。

更に、ケーシング上部３の上面部３０における凹部形成壁３２も蓋部３４と共に跳ね上げられるため、支持板４上のすべての機器の自由な設置或いは取外しが可能である。又、蓋部３４を跳ね上げる際に上記凹部形成壁３２を回動可能に形成することも可能であり、或いは、この凹部形成壁３２を取外し可能に形成することもできる。

ところで、顕微鏡４３の対物レンズをプローブ針２５の近傍に設置すれば、検査用開口部４１を覆うカバープレート４２を顕微鏡４３に結着させることができ、カバープレート４２を、跳ね上げられる可動部材に接触しないよう顕微鏡と共に上昇させることができる。

又、プローブステーションの各構成部材は、その機能に関係なく、隣接する可動部材或いは固定された部材との間から光が入ることのないよう互いに接続されている。このため、半導体基層７の検査が可能であり、光学的な検査パラメータに対する要求を満たすことができる。

図２には図１と同様の構造を有するプローブステーションが示されている。この図２に示すプローブステーションの前側（図中左側）における蓋部３４と接続された壁構造部３１は傾斜して形成されており、ケーシング上部３のキャップ３６が良好に閉鎖されるように設定されている。尚、壁構造部３１の形状をケーシング全体の形状に応じて別の形に形成することももちろん可能である。

又、支持板４上のケーシング上部３の後方に更に少なくとも１つの計測機器或いは信号処理装置を設けることもできる。更に、このケーシング上部３を、その上面部３０及び側面の壁構造部３１の一部（図２には図示せず）から成る蓋部３４により開放するよう構成してもよい。そして、ケーシング上部３の周囲を構成する壁構造部を、導電性材料で構成してＥＭＩシールド機能を有するように構成し、隣接するケーシングからのＥＭＩをシールドすると好ましい。

図２においては、信号処理装置２７は、検査領域４０を挟んでプローブヘッド２１を収容するケーシング上部３の両側部分には設けられておらず、ケーシング上部３の後方に設けられている。この信号処理装置２７が例えばインピーダンスアナライザとして機能するならば、ケーシング上部３のシールドのために、当該ケーシング上部３の壁構造部を厚さの厚い強磁性体で形成する必要がある。

更に、プローブステーションのケーシングを種々の検査に合わせてＥＭＩシールド機能を有するように分割することも可能であり、又、収容する検査機器を例えば高周波干渉や低周波磁場から保護することができる。そして、分割したケーシングをそれぞれ分割した部分を分離可能にし、ケーシングをモジュール式に構成すれば、プローブステーションの目的に合わせて適宜変更可能とすることができる。

図３は検査領域４０を挟んで２つに分割された図１に示すものと同様のケーシング上部３の斜視図であり、検査領域４０における検査顕微鏡４３は、半導体基層７とプローブ針２５の接触を検出するためのカメラが組み込まれて構成されている。

支持板によって２つに分割されたケーシングを備えるプローブステーションの正面図である。 図１に示すプローブステーションの側面図である。 プローブステーションの斜視図である。

符号の説明

１ ベースプレート
２ ケーシング下部
３ ケーシング上部
４ 検査機器用の支持板
５ 支持台
６ 支持台の位置決めユニット
７ 半導体基層
１０ ケーシング下部の壁構造部
１２ 保護プレート
１４ スリーブ
２１ プローブヘッド
２２ プローブの位置決めユニット
２４ プローブ
２５ プローブ針
２６ 開口部
２７ 信号処理装置
２９ コネクタ
３０ ケーシング上部の上面部
３１ ケーシング壁構造部
３２ ケーシング上部における凹部形成壁
３３ 縁部
３４ 蓋部
３５ ヒンジ
３６ ケーシング上部のキャップ
４０ 検査領域
４１ 検査用開口部
４２ カバープレート
４３ 顕微鏡

Claims (16)

1. 半導体基層を支持する支持台と、
   半導体基層と電気的に接触して該半導体基層の検査を行うプローブ装置を支持する支持板と、
   半導体基層を前記プローブ装置に対して位置決めする少なくとも１つの位置決めユニットと、
   少なくとも前記支持台及びプローブ装置を包囲しつつ電磁波干渉をシールドするケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられた信号処理装置と
   を含んで構成したことを特徴とする半導体基層検査用のプローブステーション。
2. 外部コンピュータとデータ及び信号の授受を行うリモートインタフェースを設けたことを特徴とする請求項１記載のプローブステーション。
3. 前記信号処理装置を前記プローブ装置と隣接する位置に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブステーション。
4. 前記信号処理装置を前記支持板上に設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプローブステーション。
5. 半導体基層を支持する支持台と、
   半導体基層と電気的に接触して該半導体基層の検査を行うプローブ装置を支持する支持板と、
   半導体基層を前記プローブ装置に対して位置決めする少なくとも１つの位置決めユニットと、
   前記支持板により２つに分割されるケーシングの一方であり、前記プローブ装置と前記支持板を包含して成る、少なくとも前記支持台及びプローブ装置を包囲しつつ電磁波干渉をシールドする第１のケーシングと
   を備えて成り、
   前記第１のケーシングに開口部を設け、
   該開口部を通して前記プローブ装置の一部又は全体を前記第１のケーシング内に設置可能或いはこれから取り出し可能に、且つ該第１のケーシングにおける前記支持板と対向する壁構造部の少なくとも一部に前記開口部を形成して、前記第１のケーシングをもう一方の第２のケーシングと無関係に開放し、
   前記第１のケーシング内に信号処理装置を設けた
   ことを特徴とする半導体基層検査用のプローブステーション。
6. 半導体基層とプローブ針の接触を監視するための検査用開口部を有する検査領域を前記第１のケーシングに設定し、該検査領域をこれを包囲する壁構造部に対して凹状に形成するとともに、前記検査領域を包囲する壁構造部の少なくとも一部で開放可能な前記第１のケーシングの蓋部を形成し、該蓋部の開放することにより前記プローブ装置の少なくとも一部を前記第１のケーシングから内に設置可能或いはこれから取り出し可能に構成したことを特徴とする請求項５記載のプローブステーション。
7. 前記凹状に形成された検査領域の壁構造部における下面を、前記支持板と平行に形成するとともに該支持板との間隔を両者が接触しない程度の最小限に設定することを特徴とする請求項６記載のプローブステーション。
8. 前記検査領域にプローブ針用の貫通孔を設けるとともに、該貫通孔を覆うカバープレートを前記検査領域を包囲する壁構造部に載置したことを特徴とする請求項６記載のプローブステーション。
9. 前記第１及び第２のケーシングのうち少なくとも何れかの壁構造部を、もう一方のケーシング及びケーシング全体の外部に対してシールド機能を有するよう構成したことを特徴とする請求項５記載のプローブステーション。
10. 前記信号処理装置を、前記第１のケーシング内の周囲が閉鎖された部分に、電磁波干渉に対して保護されるよう設置したことを特徴とする請求項５記載のプローブステーション。
11. 前記信号処理装置を設けた部分を、通常と異なるシールド機能を有するよう形成したことを特徴とする請求項１０記載のプローブステーション。
12. 前記信号処理装置を設けた部分を、前記第１のケーシングの他の部分及びケーシング全体の外部に対してシールド機能を有するよう構成したことを特徴とする請求項１０記載のプローブステーション。
13. 前記ケーシングを低周波磁場に対してシールドするよう形成したことを特徴とする請求項１又は５記載のプローブステーション。
14. 前記ケーシングを、光を透過しないよう形成したことを特徴とする請求項１又は５記載のプローブステーション。
15. 前記支持板にプローブ装置の位置決めユニットを設けたことを特徴とする請求項１又は５記載のプローブステーション。
16. 前記ケーシングを機能により互いに分割するとともに、該分割した部分を取り外し可能に構成したことを特徴とする請求項１又は５記載のプローブステーション。

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