JP2970628B2 - 高低温プローバおよびウエハ測定方法 - Google Patents

高低温プローバおよびウエハ測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICチップの電気
的特性を検査する為のウエハプローバ装置に関し、特に
加熱及び冷却手段を備えたウエハプローバ及びそのプロ
ーバを使用したウエハ測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来の高低温プローバの一例を
図5に示す。図5を参照すると、従来の高低温プローバ
は、加熱冷却機能を内蔵するウエハステージ1と、ウエ
ハ10上方の閉空間7を加熱冷却する加熱冷却機構8
と、を備え、ウエハステージ1の上部に第1の温度セン
サ4を設けている。なお、図5において、2は駆動ステ
ージ、3はヘッドプレート、9は加熱冷却機構8から高
温又は低温ガスを供給するための供給管、11はプロー
ブカードを示している。
【0003】この従来の高低温プローバにおける温度制
御フローについて、図6に示した温度制御ブロック図を
参照して説明する。まず、第1の温度センサ4でウエハ
10の温度を検出し、第1の温度モニタ信号14にて温
度制御部12に伝える。
【0004】次に、温度制御部12は、検出された温度
を設定温度にすべく、第1の温度制御信号17及び第2
の温度制御信号18を出力し、ウエハステージ1及び加
熱冷却機構8を制御し、ウエハ全体を設定温度にする制
御を行っている。
【0005】このように構成された従来の高低温プロー
バとして、例えば特開昭63−164442号公報、実
開昭61−131834号公報等の記載が参照される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高低温プローバにおいては、下記記載の問題点
を有している。
【0007】すなわち、ウエハ上の測定中チップが自己
発熱する場合、ウエハ中央部のチップを測定する時と、
ウエハ周辺部のチップを測定する時とにおいて、温度セ
ンサと測定チップとの距離の相違により、温度センサが
検出する温度に差が生じる。この為に、ウエハ中央部と
周辺部とでは、加熱冷却機構より印加する熱量に差が生
じ、結果として、測定温度条件が異なった状態で測定が
行われてしまうという問題がある。例えば、設定温度が
−20℃で、測定チップが60W発熱する場合、中央部
チップと周辺部チップとでは10℃の温度差が発生す
る。
【0008】また温度制御がウエハステージ内の温度セ
ンサの検出温度により行われている為、自己発熱の大き
いチップを測定する場合、チップの実際温度に対して、
検出温度には時間的な遅れが生じてしまう。この為に、
チップを測定したい温度で測定する為には、測定開始ま
でに待ち時間を設ける必要があり、測定効率を落とすこ
とになる、という問題もある。図7は、製品測定を開始
してから実測定に入るまでに温度待ち時間が発生してい
る様子を説明図に示したものである。図中横軸は時間、
縦軸は製品温度を示す。
【0009】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、測定中に自己発
熱を起こす製品に対して、温度精度が高く、スループッ
トの高い高低温プローバ及びウエハ測定方法を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の高低温プローバは、加熱冷却機能を有する
ウエハステージ内の上下に複数の温度センサを設けると
ともに、測定チップの温度をダイレクトに検出する手段
を設け、測定チップに対してのみ上方から加熱冷却する
手段を設けた構成としている。
【0011】また本発明のウエハ測定方法は、この高低
温プローバを用い、ウエハステージを一定温度に制御
し、測定チップ上方から加熱冷却量及び温度を制御しな
がらチップ測定することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明の高低温プローバは、その好ましい
実施の形態において、加熱冷却機能を有するウエハステ
ージ(図1の1)内の上下に複数の温度センサ(図1の
4、5)を設けるとともに、測定チップの温度をダイレ
クトに検出する手段(図1の13)を設け、測定チップ
に対してのみ上方から加熱冷却する手段(図1の8、
9)を備える。
【0013】本発明の実施の形態においては、ウエハス
テージは一定温度で制御し、上方からの加熱冷却量及び
温度を制御しながら、測定を行う。
【0014】本発明の実施の形態においては、測定チッ
プの温度をダイレクトに検出する手段(図1の13)
は、ウエハの測定チップに内蔵したサーマルダイオー
ド、または、プローブカードに設けられた温度センサよ
りなる。
【0015】本発明のウエハ測定方法は、その好ましい
実施の形態において、加熱冷却機能を有するウエハステ
ージ内の上部と下部に、複数の温度センサを備えるとと
もに、測定チップの温度を直接的に検出する手段を備
え、さらに前記測定チップに対してのみ上方より加熱冷
却する手段を備えた高低温プローバを用い、(a)前記
ウエハステージを設定温度まで移行中は、前記ウエハス
テージ内上部の温度センサで温度を検出し温度制御手段
は検出された温度を前記設定温度にすべく前記ウエハス
テージに内蔵された加熱冷却機構を制御し、前記ウエハ
ステージを設定温度とし、(b)次に前記ウエハステー
ジ内下部の温度センサによる温度検出に切り換え、前記
ウエハステージ内下部の温度センサ温度の検出信号に基
づき前記切り替わった時の温度状態を一定に保持するよ
うに前記温度制御手段は前記ウエハステージに内蔵され
た加熱冷却機構を制御し、(c)前記測定チップの温度
を直接的に検出する手段の温度検出結果に基づき、前記
温度制御手段は、前記測定チップに対してのみ上方より
加熱冷却する手段を制御し、前記ウエハ上の測定チップ
に対してのみ、加熱又は冷却ガスが流量及び温度をコン
トロールされて吹き付けられ、測定チップを測定温度に
保ち測定(ウエハテスト)を行う。
【0016】本発明の実施の形態によれば、ウエハステ
ージの温度制御を一定条件で行い、かつ測定中のチップ
の温度変化に応じて測定チップに対してのみ加熱冷却を
集中して行うように構成したため、ウエハ上の測定位置
による測定温度差を無くし温度精度の高い測定が出来
る。
【0017】また本発明の実施の形態によれば、製品測
定開始後の温度待ち時間を無くす事が出来、測定効率の
向上(スループット向上)を図ることができる。
【0018】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。
【0019】図1は、本発明の第一の実施例の概略構成
を示す図である。図1を参照すると、本発明の第一の実
施例は、ウエハステージ1内の上部と下部にそれぞれ第
1の温度センサ4と第2の温度センサ5を設ける。第2
の温度センサ5は、測定中のチップの自己発熱による熱
の影響を受けない位置に設ける。
【0020】また測定チップの温度をダイレクトで検出
する手段として、ウエハ10上の各チップ内にサーマル
ダイオード(第3の温度センサ13)を内蔵する。
【0021】一方、加熱冷却機構8を供給管9経由で高
温又は低温ガスをウエハ10上の測定チップに対しての
み吹き付けられるように設ける。
【0022】本発明の一実施例における温度制御フロー
を、図2に示す温度制御ブロック図を参照して説明す
る。
【0023】まず、ウエハステージ1の温度は、ウエハ
ステージ1を設定温度まで移行中は、第1の温度センサ
4で温度を検出し、第1の温度モニタ信号14で温度制
御部12に伝える。
【0024】次に、温度制御部12は、検出された温度
を設定温度にすべく、第1の温度制御信号17を出力
し、ウエハステージ1内蔵の加熱冷却機構を制御し、ウ
エハステージ1を設定温度にする。
【0025】ウエハステージ1が設定温度に達すると、
第1の温度センサ4による温度検出を止め、第2の温度
センサ5による温度検出に切り換える。第2の温度セン
サ5では、切り替わった時の温度状態をキープ(保持)
するように、第2の温度モニタ信号15を温度制御部1
2に送る。
【0026】温度制御部12は、ウエハステージ1が一
定温度となるように第1の温度制御信号17を出力し、
ウエハステージ1内蔵の加熱冷却機構を制御する。
【0027】次に、ウエハ10上のチップの測定を開始
した場合を説明すると、チップに内蔵している第3の温
度センサ13の温度検出結果がプローブカード11経由
で第3の温度モニタ信号16として温度制御部12に送
られる。
【0028】温度制御部12は、チップの温度を測定温
度にすべく第2の温度制御信号18を加熱冷却機構8に
送り、加熱冷却機構8の制御を行い、その結果として、
供給管9経由で測定チップに対してのみ、加熱又は冷却
ガスが、流量及び温度をコントロールされて吹き付けら
れ、測定チップを測定温度に保つ。
【0029】図3は、本発明の第1の実施例における時
間−製品温度関係を説明する図である。図3に示すよう
に、本発明の第1の実施例においては、測定開始しても
自己発熱をキャンセルする冷却が迅速に行われ、温度上
昇も少なく、図7に示したような測定待ち時間はなく、
実測定が直ちに行える。
【0030】以上を要約すると、本発明の第1の実施例
においては、ウエハステージ1の温度制御を一定条件で
行い、かつ測定中のチップの温度変化に応じて測定チッ
プに対してのみ加熱冷却を集中して行うことになる。
【0031】本発明の第2の実施例について説明する。
図4は、本発明の第2の実施例を温度制御ブロック図に
て示したものである。図4を参照すると、本発明の第2
の実施例においては、前記第1の実施例における第3の
温度センサを、プローブカード11上に設けたものであ
る。
【0032】第3の温度センサ13は、チップに対して
接触しているプローブ針経由で温度を検出する。
【0033】本発明の第2の実施例において、その温度
制御方法は、前記第1の実施例と同様である。
【0034】本発明の第2の実施例の場合は、測定チッ
プ上にサーマルダイオードを内蔵することは不要とされ
る。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記記載の効果を奏する。
【0036】本発明の第1の効果は、ウエハ上の測定位
置による測定温度差を無くし温度精度の高い測定が出来
る、ということである。
【0037】その理由は、本発明においては、ウエハス
テージの温度制御を一定条件で行い、かつ測定中のチッ
プの温度変化に応じて測定チップに対してのみ加熱冷却
を集中して行うようにしたためである。
【0038】本発明の第2の効果は、製品測定開始後の
温度待ち時間を無くす事が出来、測定効率の向上(スル
ープット向上)を図ることができる、ということであ
る。
【0039】その理由は、本発明においては、測定する
チップの温度をダイレクトに検出することにより、測定
チップの温度変化に対して遅延無く加熱冷却を測定チッ
プに対してのみ行うためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の概略構成を示す図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施例の温度制御ブロック図で
ある。
【図3】本発明の第1の実施例の高低温プローバにおけ
る時間−製品温度関係を説明するための図である。
【図4】本発明の第2の実施例の温度制御ブロック図で
ある。
【図5】従来例の概略正面図である。
【図6】従来例の温度制御ブロック図である。
【図7】従来例の高低温プローバにおける時間−製品温
度関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1 ウエハステージ(加熱冷却機能内蔵) 2 駆動ステージ 3 ヘッドプレート 4 第1の温度センサ(温度センサ1) 5 第2の温度センサ(温度センサ2) 6 窒素ガス供給管 7 閉空間 8 加熱冷却機構 9 供給管 10 ウエハ 11 プローブカード 12 温度制御部 13 第3の温度センサ(温度センサ3) 14 第1の温度モニタ信号(温度モニタ信号1) 15 第2の温度モニタ信号(温度モニタ信号2) 16 第3の温度モニタ信号(温度モニタ信号3) 17 第1の温度制御信号(温度制御信号1) 18 第2の温度制御信号(温度制御信号2)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱冷却機能を有するウエハステージ内の
    上部と下部に、複数の温度センサを備えるとともに、測
    定チップの温度を直接的に検出する手段を備え、さらに
    前記測定チップに対してのみ上方より加熱冷却する手段
    を備えたことを特徴とする高低温プローバ。
  2. 【請求項2】前記測定チップの温度を直接的に検出する
    手段が、ウエハ上のチップ内に設けられたサーマルダイ
    オードからなることを特徴とする請求項1記載の高低温
    プローバ。
  3. 【請求項3】前記測定チップの温度を直接的に検出する
    手段が、プローブカードに設けられた温度センサからな
    ることを特徴とする請求項1記載の高低温プローバ。
  4. 【請求項4】前記ウエハステージの下部に設けられた温
    度センサがウエハ上の測定チップの自己発熱による熱の
    影響を受けない位置に設けられたことを特徴とする請求
    項1記載の高低温プローバ。
  5. 【請求項5】加熱冷却機能を有するウエハステージ内の
    上部と下部に、複数の温度センサを備えるとともに、測
    定チップの温度を直接的に検出する手段を備え、さらに
    前記測定チップに対してのみ上方より加熱冷却する手段
    を備えた高低温プローバを用い、前記ウエハステージを
    一定温度に制御し、前記測定チップ上方からの加熱冷却
    量及び温度を制御しながらチップ測定する、ことを特徴
    とするウエハ測定方法。
  6. 【請求項6】加熱冷却機能を有するウエハステージ内の
    上部と下部に、複数の温度センサを備えるとともに、測
    定チップの温度を直接的に検出する手段を備え、さらに
    前記測定チップに対してのみ上方より加熱冷却する手段
    を備えた高低温プローバを用い、 前記ウエハステージの温度は、前記ウエハステージを設
    定温度までの移行中は、前記ウエハステージ内上部の温
    度センサでその温度を検出し、検出された温度に基づき
    温度制御手段にて前記ウエハステージに内蔵された加熱
    冷却機構を制御して、前記ウエハステージを前記設定温
    度とし、 次に前記ウエハステージ内下部の温度センサによる温度
    検出に切り換え、前記ウエハステージ内下部の温度セン
    サ温度の検出信号に基づき前記切り替わった時の温度状
    態を一定に保持するように前記温度制御手段にて前記ウ
    エハステージに内蔵された加熱冷却機構を制御し、 前記測定チップの温度を直接的に検出する手段の温度検
    出結果に基づき、前記温度制御手段にて、前記測定チッ
    プに対してのみ上方より加熱冷却する手段を制御し、前
    記ウエハ上の測定チップに対してのみ、加熱又は冷却ガ
    スがその流量及び温度がコントロールされて吹き付けら
    れ、前記測定チップを測定温度に保つ、 ことを特徴とするウエハ測定方法。
  7. 【請求項7】前記測定チップの温度を直接的に検出する
    手段が、ウエハ上のチップ内に設けられたサーマルダイ
    オードからなることを特徴とする請求項5又は6記載の
    ウエハ測定方法。
  8. 【請求項8】前記測定チップ温度を直接的に検出する手
    段が、プローブカードに設けられた温度センサからなる
    ことを特徴とする請求項5又は6記載のウエハ測定方
    法。
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