JP2009070874A

JP2009070874A - 検査装置

Info

Publication number: JP2009070874A
Application number: JP2007234991A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 浩史山田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】プローブカードのプリヒートを省略して検査時間を短縮することができると共に、プローブカードと載置台の検査位置に関係なくプローブの針先位置の位置ズレを抑制あるいは防止することができ、信頼性の高い高温検査を行うことができる検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の検査装置は、ヒータ４Ａを内蔵する移動可能なウエハチャック４と、このウエハチャック４の上方に配置されたカードホルダ６で保持されたプローブカード７と、を備え、且つ、カードホルダ６全周を複数の領域に区画し、これらの各領域を個別に加熱する複数のヒータ１１をカードホルダ６の全周に渡って配列したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードを用いてウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う検査装置に関し、更に詳しくは、高温検査の検査時間を短縮することができると共に高温検査中にプローブカードのプローブの針先の位置ズレを防止す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、ローダ室１のウエハ搬送機構によって搬送されてきたウエハＷを載置し且つ温度調節機構（図示せず）を内蔵するウエハチャック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、アライメント機構８を介してウエハ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い、図４の（ａ）に示すようにウエハＷ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７Ａがウエハチャック４上のウエハＷによって直接加熱されて熱膨張して伸びる。更に、プローブカード７本体もウエハＷ側からの放熱により徐々に加熱されて熱膨張する。プローブカード７本体及びプローブ７ＡはウエハＷ内のチップの検査を繰り返す間に徐々に温度が高くなってプローブ７Ａが伸び、その針先位置が当初の位置から徐々に変位するため、予め設定されたオーバードライブ量でウエハＷをオーバードライブさせるとプローブ７Ａからの針圧が高くなり過ぎてプローブ７ＡやウエハＷが損傷し、あるいはプローブ７ＡとウエハＷの位置が徐々にずれて正確に接触せず、検査の信頼性を低下させる虞があった。また、プローブカード７が熱膨張し、プローブ７Ａの針先位置が安定するまでに長時間を要する。

そこで、特許文献１にはプローブカードを保持するカード保持具にヒータを設け、カード保持具全周を加熱することにより、チャック機構（ウエハチャックに相当する）のプローブカードの加熱による影響を防止する技術が提案されている。特許文献２にはヘッドプレートに温度調節手段を設け、ヘッドプレートの熱変形によるプローブの針先の位置ズレを防止する技術が提案されている。また、特許文献３にも筐体天板（ヘッドプレートに相当する）にヒータ及び温度センサを設け、引用文献２と同様にヘッドプレートの熱変形の影響を防止する技術が提案されている。更に、特許文献４にはプローブカードの上下両面の複数個所に温度センサを設けると共にウエハチャックにプローブ針の変位量を検出する検出部を設け、温度センサの検出温度及び検出部の変位量を適宜のパラメータに組み込んでウエハチャックの高さを補正する技術が提案されている。

特開２００１−３１９９５３特開２００３−３４４４７８特開２００６−１０８４５６特開２００６−１７３２０６

しかしながら、特許文献１の技術では、図４の（ａ）に示すようにウエハＷとプローブ７Ａを接触させて検査した後、ウエハチャック４を一旦下降させ、矢印方向へインデックス送りすると、同図の（ｂ）に示すようにカードホルダ６の一部（同図では右端部）がウエハチャック４から外れるため、カードホルダ６全周を加熱していてもウエハチャック４からの加熱作用が低下し、カードホルダ６の右端部の温度が他の部分より低下し、この部分に該当するプローブ７Ａの針先に位置ズレが生じてウエハＷとの接触が十分でなく、検査の信頼性が低下する虞がある。また、特許文献１の技術ではカード保持具のヒータとウエハチャックの温度調節機構が独立しているため、プローブカード毎にカード保持具の加熱温度を設定しなくてはならない。

また、特許文献２、３の技術においても同様にウエハチャック４によるヘッドプレート５の加熱作用に部分的な差が生じ、特許文献１の技術と同様の問題がある。特に、ウエハＷに形成されるデバイスの集積度が高くなるほどその影響が顕著になる。また、特許文献４の技術は、温度センサの検出温度と変位量検出部の検出変位量を基にパラメータをプローブカード毎に設定しなくてはならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードのプリヒートを省略して検査時間を短縮することができると共に、検査時のプローブカードと加熱源である載置台の相対的な位置に影響されることなくプローブの針先位置の位置ズレを抑制あるいは防止することができ、信頼性の高い高温検査を行う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、この載置台の上方に配置されたカードホルダで保持されたプローブカードと、を備え、上記温度調節機構は、第１の温度制御装置の制御下で上記載置台上の上記被検査体を所定の温度まで加熱し、加熱された上記被検査体の電気的特性を行う検査装置において、上記カードホルダ全周を複数の領域に区画し、これらの各領域を個別に加熱する複数のヒータを上記カードホルダ全周に渡って配列した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、上記複数のヒータには温度センサがそれぞれ設けら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、上記各温度センサは第２の温度制御装置にそれぞれ接続され、上記第２の温度制御装置は上記各温度センサの検出温度に基づいて上記各ヒータを制御して上記カードホルダを加熱することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の検査装置は、請求項３に記載の発明において、上記第２の温度制御装置は、上記第１の温度制御装置と連携して上記各ヒータを制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブカードのプリヒートを省略して検査時間を短縮することができると共に、検査時のプローブカードと加熱源である載置台の相対的な位置に影響されることなくプローブの針先位置の位置ズレを抑制あるいは防止することができ、信頼性の高い高温検査を行う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を参照しながら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の一実施形態に係る検査装置について説明する。尚、図１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の検査装置の一実施形態を示す図で、（ａ）はその要部を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）に示すカードホルダを説明するための平面図、図２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す検査装置を用いてウエハを検査する状態を示す図で、（ａ）は検査時にプローブカードの中心とウエハチャックの中心が一致する状態を示す断面図、（ｂ）はプローブカードの中心からウエハチャックの中心が外れた状態を示す断面図である。

本実施形態の検査装置は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハＷを載置するウエハチャック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（図３参照）と、を備え、制御装置１０の制御下で、アライメント機構を介してウエハ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、ウエハチャック４を介してウエハＷを所定の温度（例えば、１５０℃）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。

ウエハチャック４には温度調節機構を構成するチャックヒータ４Ａが内蔵され、このチャックヒータ４Ａには温度センサ４Ｂが装着されている。そして、チャックヒータ４Ａ及び温度センサ４Ｂは、それぞれ第１の温度制御装置１０Ａに接続されている。第１の温度制御装置１０Ａは、チャックヒータ４Ａを所定の温度に設定する温度設定部（図示せず）を有し、温度設定部による設定温度（例えば、１５０℃）と温度センサ４Ｂからの検出温度との差に基づいてチャックヒータ４Ａを制御し、ウエハチャック４上のウエハＷを所定の設定温度に設定するように構成されている。

また、図１の（ａ）、（ｂ）に示すようにカードホルダ６の下面には全周に渡ってリング状に配列された複数のヒータ１１が装着され、これらのヒータ１１はそれぞれカードホルダ６の該当領域を個別に加熱するように構成されている。各ヒータ１１それぞれには同図の（ｂ）に示すように温度センサ１２が装着され、各温度センサ１２によってそれぞれのヒータ１１の温度、延いてはそれぞれのヒータ１１で加熱するカードホルダ６の該当領域の温度を間接的に検出する。また、各ヒータ１１及びそれぞれの温度センサ１２は、いずれも第２の温度制御装置１０Ｂに接続されている。第２の温度制御装置１０Ｂは、複数のヒータ１１をそれぞれ所定の温度（チャックヒータ４Ａより低い温度）を設定する温度設定部（図示せず）を有し、温度設定部による設定温度と温度センサ１２の検出温度の差に基づいて複数のヒータ１１がそれぞれ実質的に同一の設定温度に制御するように構成されている。尚、図１の（ｂ）では一つのヒータ１１の温度センサ１２のみが示されているが、他のヒータ１１の温度センサは省略されている。

従って、ウエハチャック４の中心がプローブカード７の中心、更に云えばカードホルダ６の中心から外れてカードホルダ６の一部の温度が低下しても、第２の温度制御装置１０Ｂの働きで、温度低下した部分は、温度センサ１２の検出温度に基づいてウエハチャック４で加熱されているカードホルダ６の他の部分と実質的に同一の温度まで回復させる。これにより、カードホルダ６は、ウエハチャック４とプローブカード７の位置に関係なく、プローブカード７を外周縁部から常に一定の温度で加熱することができる。

また、本実施形態の制御装置１０は、図１の（ａ）に示すように第１、第２の温度制御装置１０Ａ、１０Ｂを含んでいる。第２の温度制御装置１０Ｂは、第１の温度制御装置１０Ａによるチャックヒータ４Ａの設定温度に即してカードホルダ６の複数のヒータ１１を個別に制御するように構成されている。即ち、高温検査時にはカードホルダ６は、ウエハチャック４の設定温度毎に異なる温度差を持って一定の温度になって安定し、プローブカード７もカードホルダ６と同様にウエハチャック４の設定温度毎に異なる温度差を持って一定の温度になって安定する。そこで、制御装置１０は、ウエハチャック４の設定温度とカードホルダ６の設定温度の相関関係を表す温度テーブルを具備し、第１の温度制御装置１０Ａでウエハチャック４の温度を設定すると、第２の温度制御装置１０Ｂがウエハチャック４の設定温度に対応する設定温度になるように複数のヒータ１１を自動的に制御する。このように第２の温度制御装置１０Ｂは、第１の温度制御装置１０Ａと連携して作動し、ウエハチャック４の設定温度に即して複数のヒータ１１の設定温度を変更するように構成されている。

次に、図２の（ａ）、（ｂ）を参照しながら検査装置の動作について説明する。プローバ室内でウエハチャック４がローダ室からウエハＷを受け取ると、制御装置１０の第１の温度制御装置１０Ａの制御下で、チャックヒータ４Ａはウエハチャック４を介してウエハチャック４上のウエハＷを例えば１５０℃まで加熱する。これと並行して、第２の制御装置１０Ｂの制御下で、複数のヒータ１１がウエハチャック４の設定温度に即してウエハチャック４と所定の温度差になり、温度が安定するまでカードホルダ６を加熱する。更にカードホルダ６は、プローブカード７を外周縁部から温度が安定するまで加熱する。カードホルダ６は、ウエハＷとプローブカード７とをアライメントする間にプローブカード７を加熱し、ウエハＷの電気的特性検査を行う段階では、プローブカード７はカードホルダ６を介してプリヒートされ、ウエハチャック４と所定の温度差を持って安定し、アライメント直後にウエハＷの検査を実行することができる。

ウエハＷの検査を行う間に、図２の（ａ）に示すようにウエハチャック４の中心がプローブカード７の中心と一致する時にはカードホルダ６及びプローブカード７はウエハチャック４からの放熱により全体が均等に加熱されるために、カードホルダ６及びプローブカード７に温度分布がなく、複数のプローブ７Ａの針先間に位置ズレを生じることなく、ウエハＷに実質的に同一の針圧で接触し、信頼性のある検査を行うことができる。

ところが、ウエハＷのインデックス送りによりウエハＷが図２の（ａ）に矢印で示す方向に移動してウエハチャック４の中心がプローブカード７の中心から外れると、カードホルダ６及びプローブカード７それぞれのウエハチャック４から外れた部分ではウエハチャック４からの放熱を受けず、その他の部分より温度が低下する。そこで、本実施形態では、その部分のヒータ１１の温度を温度センサ１２によって検出し、検出信号を第２の温度制御装置１０Ｂにおいて受信する。第２の温度制御装置１０Ｂは、この検出信号とウエハチャック４の設定温度に即した設定温度とを比較し、その温度差を埋めるためにヒータ１１に給電し、ヒータ１１の温度を他の部分のヒータ１１と実質的に同一温度になるまで昇温させる。これによりカードホルダ６は全周に渡って同一温度になり、プローブカード７を外周縁部から均等に加熱し、プローブ７Ａの位置ズレを防止し、他のプローブ７Ａと実質的に同一の針圧を確保することができ、信頼性のある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、チャックヒータ４Ａを内蔵する移動可能なウエハチャック４と、このウエハチャック４の上方に配置されたカードホルダ６で保持されたプローブカード７と、を備え、且つ、カードホルダ６全周を複数の領域に区画し、これらの各領域を個別に加熱する複数のヒータ１１をカードホルダ６の全周に渡って配列したため、第１の温度制御装置１０Ａの制御下でウエハチャック４上のウエハＷを所定の設定温度まで加熱すると共に、ウエハＷとプローブカード７のアライメントを行う間に第２の温度制御装置１０Ｂの制御下で複数のヒータ１１がカードホルダ６を全周に渡ってプリヒートし、ウエハチャック４によるプローブカード７のプリヒートを省略して検査時間を短縮することができる。また、第２の温度制御装置１０Ｂは、プローブカード７とウエハチャック４の検査位置に影響されることなく複数のヒータ１１がカードホルダ６の各領域を個別に加熱してカードホルダ６全周に渡って均一な温度に設定し、プローブカード７を外周縁部から均等に加熱し、複数のプローブ７Ａの針先位置の位置ズレを抑制あるいは防止することができ、信頼性の高い高温検査を行うことができる。

また、本実施形態によれば、複数のヒータ１１には温度センサ１２がそれぞれ設けられているため、各ヒータ１１の温度を個別に検出することができ、更に、複数の温度センサ１２は第２の温度制御装置１０Ｂにそれぞれ接続され、第２の温度制御装置１０Ｂは各温度センサ１２の検出温度に基づいて各ヒータ１１を制御してカードホルダを加熱するため、カードホルダ６のいずれかの領域の温度が低下すると、温度センサ１２からの検出信号に基づいて第２の温度制御装置１０Ｂがヒータ１１を元の温度に戻し、カードホルダ６全周で温度分布が生じることがなく、プローブカード７全体を同一温度に維持することができる。また、第２の温度制御装置１０Ｂは、第１の温度制御装置１０Ａと連携して各ヒータ１１を制御するため、ウエハチャック４の設定温度が変更されると、これに伴ってカードホルダ６の加熱温度をウエハチャックの温度に合わせて自動的に変更することができる。

尚、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。

本発明は、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を示す図で、（ａ）はその要部を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）に示すカードホルダを説明するための平面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す検査装置を用いてウエハを検査する状態を示す図で、（ａ）は検査時にプローブカードの中心とウエハチャックの中心が一致する状態を示す断面図、（ｂ）はプローブカードの中心からウエハチャックの中心が外れた状態を示す断面図である。従来の検査装置の要部を破断して示す正面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す検査装置の要部を示す図で、図２の（ａ）、（ｂ）に相当する図である。

符号の説明

４ウエハチャック（載置台）
４Ａチャックヒータ
４Ｂ温度センサ
６カードホルダ
７プローブカード
７Ａプローブ
１０制御装置
１０Ａ第１の温度制御装置
１０Ｂ第２の温度制御装置
１１ヒータ
１２温度センサ
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、この載置台の上方に配置されたカードホルダで保持されたプローブカードと、を備え、上記温度調節機構は、第１の温度制御装置の制御下で上記載置台上の上記被検査体を所定の温度まで加熱し、加熱された上記被検査体の電気的特性を行う検査装置において、上記カードホルダ全周を複数の領域に区画し、これらの各領域を個別に加熱する複数のヒータを上記カードホルダ全周に渡って配列したことを特徴とする検査装置。
上記複数のヒータには温度センサがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
上記各温度センサは第２の温度制御装置にそれぞれ接続され、上記第２の温度制御装置は上記各温度センサの検出温度に基づいて上記各ヒータを制御して上記カードホルダを加熱することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
上記第２の温度制御装置は、上記第１の温度制御装置と連携して上記各ヒータを制御することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。