JP3134836B2

JP3134836B2 - ウエハプローバ

Info

Publication number: JP3134836B2
Application number: JP10038839A
Authority: JP
Inventors: 智昭田村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11238765A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温或いは低温の
雰囲気環境下でウエハ検査を行うウエハプローバに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ウエハの検査は、高温の雰囲気環境下ば
かりでなく、低温の雰囲気環境下でも行われる。ウエハ
の検査を低温の雰囲気環境下で行なう場合、ウエハプロ
ーバの本体は無論のこと、ウエハを支持するウエハカセ
ット、及びプローブカード近傍での結露が問題となる。
この部分に結露が生じると、ウエハの検査時に異常な電
流パスが発生して検査に悪影響を与えたり、電気的特性
を劣化させたり、或いはウエハ表面の汚れなどを生じさ
せることとなる。

【０００３】このため、ウエハプローバの測定部を乾燥
気体（臨界温度の低い気体）で充満させた環境にする、
或いはウエハプローバの測定部を外気雰囲気から遮断し
て真空状態にする必要がある。ここで、乾燥気体の臨界
温度は、例えばヘリウムの場合、約−２７０℃、空気の
場合、約−１４０℃、二酸化炭素の場合、約３１℃であ
る。

【０００４】図１０は、ウエハプローバの測定部を外気
雰囲気から遮断して真空状態にしウエハの検査を行うウ
エハプローバを示す構成図である。

【０００５】図１０に示すウエハプローバは、プローバ
本体の測定部１ａを略密封空間に形成し、例えばヘリウ
ム等の臨界温度の低い気体を略密封空間の測定部１ａ内
に真空ポンプ２０ａとコンプレッサー２０ｂにより循環
させ、その臨界温度の低い気体の作用により測定部１ａ
内のウエハカセット２及びプローブカード３付近での結
露を防止している。

【０００６】しかしながら、図１０に示す構成のウエハ
プローバは、その操作がマニュアル式ウエハプローバの
ものであれば、その測定部１ａの構造が比較的容易であ
るため、実現可能であると考えられるが、その操作がフ
ルオート式ウエハプローバのものでは複雑な構造、例え
ば、ウエハＷの出し入れ（オートローダー部との連
繋）、プローブカード３の出し入れなどの開閉部、テス
トヘッドとの連繋部、プローブカードとの連繋部等が存
在するため、これらを全て完全に密閉することは、非常
に困難で、かつ高コストになるという問題がある。

【０００７】また、真空中は熱伝導が悪く、ウエハを効
率良く冷却することができないものであり、図１０に示
すウエハプローバは、現実的な構成のものとは言えな
い。

【０００８】一方、ウエハプローバの測定部を乾燥気体
（臨界温度の低い気体）で充満させた雰囲気環境にして
ウエハ検査を行うウエハプローバは、乾燥気体を取扱う
ものであり、その乾燥気体としては、人体に無害である
気体が多数存在するため、現実的な構成のものとなり得
る。

【０００９】半導体生産ラインでは、乾燥空気が常時使
用されており、−７０℃程度の露点までの乾燥空気を供
給することが可能であり、この乾燥空気を使用すると、
原理的には−７０℃程度までは結露することがなく、低
温でのウエハ検査を行うことが可能となる。

【００１０】図１１は、測定部を乾燥気体（臨界温度の
低い気体）で充満させた雰囲気環境にしてウエハ検査を
行うウエハプローバを示す構成図である。

【００１１】図１１に示すウエハプローバは、測定部１
ａの機枠外周を包囲手段４で包囲し、測定部１ａと包囲
手段４との間に略密閉の空間部５を形成し、空間部５内
を排気することにより、乾燥空気を測定部１ａ内に循環
させている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハプロ
ーバは、品種或いはロット単位毎に、ウエハカセット２
やプローブカード３を変更する必要があるが、これらを
変更する際には、測定部１ａの開口部を閉塞しているカ
バー類を開閉する必要がある。

【００１３】以上のようにウエハプローバでは、カバー
類を開閉する際に測定部１ａの内部が大気に開放される
ため、測定部１ａ内には湿った空気が侵入する。ここ
で、極低温でのウエハ検査に対して特に問題となるの
は、湿った空気の局部的な澱み、特に図９に示すウエハ
プローバのプローブカード２と接続リング５とに形成さ
れる空間Ｓでの澱みである。

【００１４】図９を用いて具体的に説明する。図９は、
従来例で最も基本的なプローバ構造を示す断面図であ
る。図９に示すように、プローバは、プローブカード３
の外周縁をプローブカードホルダ６ａに支えてプローブ
カードホルダクランパ６ｂによりヘッドプレート７に固
定しており、またヘッドフレート７には接続リング５が
取付けられている。そして接続リング５の電極とプロー
ブカード３の電極とが電気的に接続され、接続リング５
の電極にはコンタクトボード８の電極が電気的に接続さ
れている。

【００１５】またプローブカード３の中央には開口部３
ａが穿設され、その周縁に触針３ｂが複数本下向きに設
けられ、その触針３ｂがウエハカセット２上のウエハＷ
の電極に圧着し、相互間で信号の授受が行なわれてウエ
ハの検査が行なわれる。

【００１６】また接続リング５の中央部には、凹陥部５
ａが設けられ、その凹陥部５ａの上部に開口部５ｂが設
けられている。また接続リング５の開口部５ｂは、測定
部１ａにセットされた状態でプレート１０で閉塞され、
接続リング５の凹陥部５ａとプローブカード３とにより
形成される空間Ｓを外気雰囲気から遮断している。また
接続リング５の開口部５ｂの開口縁とプレート１０との
間は、シールされている。

【００１７】したがって、プローブカード３を変更する
場合には、まず測定部１ａのカバー類を開いて、プロー
ブカードホルダ６ａにプローブカード３がセットされた
状態で取外す、或いはプローバに装着するときも同様の
状態で取付けられる。この場合、接続リング５の凹陥部
５ａとプローブカード３との間に形成される空間Ｓも外
気雰囲気に晒されるため、この空間Ｓにも湿った空気が
侵入する。

【００１８】ウエハプローバの測定部１ａに取付けられ
た状態で、プローブカード３及びプローブカードホルダ
６ａの下面は、測定部１ａ内に供給された乾燥空気に接
触し低露点状態になる。

【００１９】図１１に示すウエハプローバでは、測定部
１ａを包囲する包囲手段４により空間部５を形成し、空
間部５内を強制排気して測定部１ａ内に乾燥空気を循環
させるものであるから、測定部１ａ内の空気は、流路抵
抗の小さい箇所から排気されていることとなり、流路抵
抗が大きな箇所、例えばプローブカード３と接続リング
５とにより形成される空間Ｓ内の空気は、排気され難し
くなり、その箇所に滞留することとなり、湿った空気が
測定部１ａの一部（空間Ｓ）に澱んでしまい、この空間
Ｓ内の湿った空気が排気されるのに一日以上も要する場
合がある。

【００２０】プローブカード３と接続リング５とにより
形成される空間Ｓ内に湿った空気が澱んだままウエハＷ
の検査を行った場合には、プローブカード３の開口部３
ａ、その触針３ｂ、ウエハＷを含む箇所Ｐで結露するこ
ととなる。プローブカード３の開口部３ａ及び接続リン
グ５の開口部５ｂは、低温／高温測定時の変形抑制等の
理由から安易に閉塞することができないものであり、上
述した結露を完全に回避することはできないという問題
がある。

【００２１】本発明の目的は、特にプローブカードの開
口部、その触針、ウェハの部分での結露を完全に回避す
るウェハ検査方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るウェハ検査方法は、測定部内にプロー
ブカードが一部を構成してなる凹形状の空間を有するウ
ェハプローバーにおいて、前記凹形状の空間を構成する
面のうち、プローブカードが構成する面とは異なる面
に、大気中に開口する空気口を設け、前記測定部内を陽
圧にする前に前記測定部内を陰圧にして前記空間内の澱
んだ湿り空気を前記空間から排気するものである。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により詳細に説明する。

【００２７】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るウエハプローバを示す構成図である。

【００２８】図１に示す本発明の実施形態１に係るウエ
ハプローバは基本的構成として、測定部１ａと、ローダ
部１ｂと、テストヘッド開閉機構部１ｃとを有してい
る。

【００２９】測定部１ａは、下部にウエハカセット２
を、上部にプローブカード３を配置している。

【００３０】ウエハカセット２は、図示しない加熱及び
冷却機構を備え、その加熱及び冷却機構により高温或い
は低温に冷却され、検査の際にウエハＷを高温或いは低
温に保持するようになっている。

【００３１】また、図４に示すようにプローブカード３
は、その外周縁がプローブカードホルダ６ａに支えられ
プローブカードホルダクランパ６ｂによりヘッドプレー
ト７に固定されている。また、ヘッドフレート７には接
続リング５が取付けられている。そして、接続リング５
の電極とプローブカード３の電極とが電気的に接続さ
れ、接続リング５の電極にはコンタクトボード８の電極
が電気的に接続されている。コンタクトボード８は、テ
ストボード１１に装着されている。

【００３２】また、プローブカード３の中央には開口部
３ａが穿設され、その周縁に触針３ｂが複数本下向きに
設けられ、その触針３ｂがウエハカセット２上のウエハ
Ｗの電極に圧着し、相互間で信号の授受が行なわれウエ
ハの検査が行なわれるようになっている。

【００３３】また、接続リング５の中央部には凹陥部５
ａが設けられ、その凹陥部５ａの上部に開口部５ｂが設
けられている。また接続リング５の開口部５ｂは、測定
部１ａにセットされた状態でプレート１０で閉塞され、
接続リング５の凹陥部５ａとプローブカード３とにより
形成される空間Ｓを外気雰囲気から遮断している。

【００３４】また、図１に示すテストヘッド開閉機構部
１ｃは、図４に示すコンタクトボート８が取り付けられ
たテストボード１１を保持している。テストヘッド開閉
機構部１ｃは、プローブカード３を変更する場合に、測
定部１ａの開口部を開き、プローブカードホルダ６ａに
プローブカード３がセットされた状態にて着脱するよう
な状態にしている。ここに、テストボード１１，プレー
ト１０，コンタクトボート８等により、測定部１ａの開
口を開閉するカバー類が構成される。

【００３５】また図１に示すように、ウエハカセット２
は真空源１２に接続されており、真空源１２による真空
引きによりウエハＷを吸着固定するようになっている。

【００３６】また図１に示すように、ローダ部１ｂは、
検査対象のウエハを測定部１ａのウエハカセット２上に
供給するようになっている。また、ローダ部１ｂは真空
源１２に接続されており、真空源１２による真空引きに
よりウエハＷを吸着固定して測定部１ａのウエハカセッ
ト２上まで供給する。なお、測定部１ａでの検査が終了
したウエハＷは、図示しないアンローダ部により測定部
１ａのウエハカセット２上から搬出され、検査結果に基
づいて選別されるようになっている。

【００３７】また、ウエハプローバを含む半導体生産ラ
インでは、乾燥空気源１３から乾燥空気が供給されてお
り、本発明の実施形態１に係るウエハプローバは、乾燥
空気源１３から供給される乾燥空気の一部を利用して、
低温環境下でのウエハ検査における結露を防止するよう
にしたものである。

【００３８】具体的に説明すると、乾燥空気源１３から
供給される乾燥空気は図２に示すように測定部１ａに供
給されるが、供給される乾燥空気は図２に矢印で示すよ
うに、測定部１ａのウエハカセット２を中心として、測
定部１ａの底部側から上方に向けて吹き出し、測定部
１ａの側部側から内方に向けて吹き出し、さらに測定
部１ａの上部側からウエハカセット２に向けて斜め下
方に向けて吹き出すようにしている。測定部１ａ内に乾
燥空気が供給されると、測定部１ａ内の気圧は、大気圧
より高圧の陽圧状態となる。

【００３９】また、測定部１ａに乾燥空気を供給する吹
出管１４は図５（ａ）に示すように、その吹出側が拡径
された漏斗状をなし、その吹出面が、測定部１ａ内での
温度均一性を保つため流速減速／流量絞りを行なうよう
に、多数の孔が設けられたシャワノズル（図５
（ａ））、網状フィン（図５（ｂ））、繊維状フィルタ
（図５（ｃ））のようになっている。

【００４０】また、測定部１ａに乾燥空気を供給する吹
出管１４は図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、その吹
出側を拡径した筒状をなし、その周面から放射状に乾燥
空気を噴射するようにしてもよい。また、吹出管１４は
図６（ｃ）に示すように、その吹出側にスポンジ１５を
取り付け、スポンジ１５に通して乾燥空気を吹き出すよ
うにしてもよい。

【００４１】さらに、本発明の実施形態１では図３に示
すように、測定部１ａ内に供給された乾燥空気は、測定
部１ａの下部側，測定部１ａの側面側，測定部１ａ
の上部側から排気される。測定部１ａは、完全な密封
空間ではなく、測定部１ａ内が陽圧状態となった場合
に、微視的に見れば、測定部１ａの組立公差等により測
定部１ａの下部側，側面側，上部側に空気を通す
空隙が存在し、これらの空隙を通して測定部１ａ内の乾
燥空気が排気されることとなる。

【００４２】測定部１ａ内に乾燥空気が供給されると、
測定部１ａ内の気圧は、大気圧より高圧の陽圧状態とな
り、測定部１ａ内に供給された乾燥空気は、測定部１ａ
内の比較的流路抵抗の小さな下部側，側面側，上部
側から押し出されて排気されるが、図４に示すよう
に、湿った空気が澱む箇所、特に接続リング５とプロー
ブカード３とで形成される空間Ｓは、接続リング５の開
口部５ｂがプレート１０にて閉塞されているため、測定
部１ａ内の陽圧によって空間Ｓを通して排気する場合に
は、その流路抵抗が大きく、この空間Ｓを通して測定部
１ａ内の空気を排気することは困難を伴う。

【００４３】そこで、本発明では、乾燥空気が供給され
大気圧より陽圧状態に維持される測定部１ａにカバー類
を有し、該カバー類に、測定部１ａ内の湿った空気が澱
む空間Ｓを大気中に開口する空気口１６を装備したもの
である。

【００４４】具体的に説明すると、本発明の実施形態１
では、一体に組み込まれたプローブカード３及び接続リ
ング５を着脱するための測定部１ａの開口を開閉するカ
バー類のうち、特に接続リング５の開口部５ｂを閉塞す
る蓋部に空気口１６を設け、プローブカード３と接続リ
ング５とにより形成される測定部１ａ内の空間Ｓを大気
中に開口するようにしたものである。

【００４５】図７（ａ）に示す例では、接続リング５の
開口縁とプート１０との間にスペーサ９とを介装し、ス
ペーサ９によって接続リング５の開口縁とプート１０と
の間にスリット１６を設け、スリット１６を、測定部１
ａ内の湿った空気が澱む空間Ｓを大気中に開口する空気
口１６として用いたものである。

【００４６】次に、本発明の実施形態１の動作を説明す
る。測定部１ａ内には、ＸＹＺθステージに連繋された
ウエハカセット２と、ヘッドプレート７に取り付けられ
たプローブカード３（及びプローブカードホルダ６ａ、
プローブカードホルダクランパ６ｂ）、接続リング５
（及びプレート１０，スペーサ９）が上下に配置されて
いる。

【００４７】接続リング５とプレート１０との間にスペ
ーサ９を挾み込んでスリット１６を設け、接続リング５
の上部にはコンタクトボード８を介してテストヘッドが
配置されている。

【００４８】まず、乾燥空気供給前あるいはプローブカ
ード交換直後は、湿り空気が接続リング５とプローブカ
ード３に囲まれた空間Ｓを含む測定部１ａ内に入り込
む。

【００４９】次に、カバー類にて測定部１ａ内の開口部
を閉塞した後、測定部１ａ内に乾燥空気を供給し、測定
部１ａ内の圧力（測定部＝Ｐ1、接続リング５とプロー
ブカード３に囲まれた空間Ｓ内＝Ｐ2）を大気圧（Ｐ0）
より高くする。この状態でウエハチャック２を低温に冷
却し、ウエハＷを低温にする。

【００５０】本発明の実施形態１では、接続リング５の
開口縁とプレート１０との間にスペーサ９を介装してス
ペーサ９によりスリット１６を設け、スリット１６を、
測定部１ａ内の湿った空気が澱む空間Ｓを大気中に開口
する空気口１６として用いたため、接続リング５とプロ
ーブカード３に囲まれた空間Ｓ内の湿った空気は、測定
部１ａと大気圧との圧力差（Ｐ1＝Ｐ2＞Ｐ0）によって
排出される。このため、接続リング５とプローブカード
３に囲まれた空間Ｓ内の湿った空気が澱まず、プローブ
カード３と接続リング５とから形成される空間Ｓの湿っ
た空気を排出できる。また、この圧力差の利用は、測定
部１ａにおいても同様で、各隙間から湿り空気を除去
し、乾燥空気で満たされる。

【００５１】（実施形態２）本発明の実施形態１では、
図７（ａ）に示すようにスペーサ９を用いたスリット１
６により空気孔１６を構成しているが、図７（ｂ），
（ｃ）に示すように、接続リング５の開口部５ｂを閉塞
するプレート１０に貫通孔１６或いはスリット１６を設
け、この貫通孔１６或いはスリット１６を、測定部１ａ
内の湿った空気が澱む空間Ｓを大気中に開口する空気口
１６として用いてもよい。

【００５２】また、実施形態１では、測定部１ａ内を陽
圧にして空気口１６から排気するようにしたが、図７
（ｄ）及び図８（ａ）に示すように、測定部１ａ内を陽
圧にする前に測定部１ａ内を陰圧にして空間Ｓ内の澱ん
だ湿り空気を空間Ｓから測定部、１ａ内に追い出し、そ
の後に測定部１ａ内を陽圧にして空間Ｓ内を空気口１６
に通して排気するようにしてもよい。

【００５３】また、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、
接続リング５に貫通孔１６を設け、貫通孔１６を空気口
１６として用いてもよい。この場合も、図８（ｂ）に示
すように、図７（ｄ）及び図８（ａ）と同様に、測定部
１ａ内を陽圧にする前に測定部１ａ内を陰圧にして空間
Ｓ内の澱んだ湿り空気を空間Ｓから測定部、１ａ内に追
い出し、その後に測定部１ａ内を陽圧にして空間Ｓ内を
空気口１６に通して排気するようにしてもよい。

【００５４】前記貫通孔１６，或いはスリット１６は、
直径１ｍｍ以下程度の穴や幅１ｍｍ以下程度のスリット
などを複数ケ所設けてもよい（図８参照）。これらも同
様にシミュレーション及び実験によって、その寸法、配
置、数などを決定する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
エハおよびプローブカードの交換時に測定部に流入した
湿った空気を排気するために、湿った空気が澱む空間を
大気に開放し、乾燥空気を測定部に供給して測定部内の
圧力を高め、測定部の内圧と大気圧との圧力差を利用
し、湿った空気を測定部から排出し、かつ外部から測定
部への湿った空気の流入を防止したため、結露を防止で
きる。

【００５６】また、本発明によれば、測定部全体だけで
なく、接続リングとプローブカードで囲まれた空間など
の局所的な空間に対応でき、しかも、測定部の密閉度を
高くする必要がなく、コンプレッサー、真空ポンプ、パ
ッキンなどの機器や部材を用いる必要がなく、低コスト
なウエハプローバ（フルオート）を構築することができ
る。

【００５７】また、コンプレッサー、真空ポンプを使用
しないため、電気的ノイズ、振動などウエハ測定中に悪
影響となる因子を発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るウエハプローバを示す
構成図である。

【図２】本発明の実施形態における乾燥空気の吹出し状
態を示す図である。

【図３】本発明の実施形態における測定部を示す断面図
である。

【図４】本発明の実施形態に用いたプローブカードの取
付構造を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態に用いた吹出し管の構造を示
す図である。

【図６】本発明の実施形態に用いた吹出し管の構造を示
す図である。

【図７】本発明の実施形態における空気口の構造を示す
図である。

【図８】本発明の実施形態における空気口の構造を示す
図である。

【図９】一般的なプローバの構造を示す断面図である。

【図１０】従来例に係るウエハプローバを示す断面図で
ある。

【図１１】従来例に係るウエハプローバを示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ａ測定部２ウエハカセット３プローブカード５接続リング６ａプローブカードホルダ６ｂプローブカードホルダクランパ７ヘッドプレート８コンタクトボード９スペーサ１０プレート１６空気口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定部内にプローブカードが一部を構成
してなる凹形状の空間を有するウェハプローバーにおい
て、前記凹形状の空間を構成する面のうち、プローブカード
が構成する面とは異なる面に、大気中に開口する空気口
を設け、前記測定部内を陽圧にする前に前記測定部内を陰圧にし
て前記空間内の澱んだ湿り空気を前記空間から排気する
ことを特徴とするウェハ検査方法。