JP3820225B2 - 半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ上の電極にプローブ端子を一括して接触させることにより各種検査を行う半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウェーハに温度負荷を与えて初期不良の検査を行う半導体ウェーハ用検査装置は知られており、既に、本出願人も、この種の半導体ウェーハ用検査装置に用いて好適な電子部品用環境試験装置(半導体ウェーハ用検査装置)を、特開2000−260836号公報により提案した。
【0003】
この電子部品用環境試験装置は、半導体ウェーハを保持するウェーハカセットと、このウェーハカセットに保持された半導体ウェーハの環境試験を行う試験装置本体を備えるとともに、この試験装置本体に、位置を固定して複数段に配した接続板部と、各接続板部に接続するウェーハカセットを支持する複数のカセット支持部と、各カセット支持部に支持されたウェーハカセットを加熱する複数のヒータ部と、複数のカセット支持部を同時に昇降させて各カセット支持部に支持されたウェーハカセットを各接続板部に対して接続又は接続解除する第一連動昇降機構部と、複数のヒータ部を同時に昇降させて各ヒータ部を各カセット支持部に支持されたウェーハカセットに対して接触又は接触解除する第二連動昇降機構部を設けたものである。
【特許文献1】
特開2000−260836号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、試験装置本体に収容されたウェーハカセットに保持される半導体ウェーハは、ヒータ部(メインヒータ)及びウェーハトレイに内蔵したサブヒータにより加熱され、75℃,125℃等の温度環境下で各種試験(検査)が行われる。この場合、昇温時には、試験装置本体における各段の各ヒータ部及びサブヒータを同時に通電して昇温制御するが、各ウェーハカセットにおける初期温度は、かなりバラついているため、次のような問題を生じる。
【0005】
即ち、図1の仮想線Tra,Trb,Trcは、三つの任意段における加熱温度を示すが、to時点で昇温を開始した場合、初期温度の最も高い加熱温度Traは、tra時点で目標値Ts(125−α℃)に達するため、tra時点で加熱を停止するとともに、オーバシュートを防止するため、送風ファンの回転数を高くして冷却度合を強くする。一方、tra時点では、他の加熱温度Trb,Trcは、目標値Tsに達していないため、昇温制御を継続するが、送風ファンの影響もあり、最も低い加熱温度Trcはtrc時点において最後に目標値Tsに達する。
【0006】
したがって、従来の昇温制御方法では、目標値Tsに最初に達する加熱温度Traと最後に達する加熱温度Trcの時間間隔はΔtrとなり、かなり長くなる。この結果、図7に示す温度制御パターンKの昇温終了時点Keにおける加熱温度及び時間の各段間のバラつきが大きくなり、精度の高い検査環境が得られない不具合があった。
【0007】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、温度制御パターンの初期段階における各段間の加熱温度及び時間のバラつきを小さくし、高精度の検査環境を得るとともに、容易かつ低コストに実施でき、しかも汎用性に優れる半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る半導体ウェーハ用検査装置1の昇温制御方法は、半導体ウェーハW…を保持する複数のウェーハカセットC…を検査装置本体Mに収容し、設定した温度環境下で各半導体ウェーハW…に対する検査を行うに際し、昇温開始前の全ウェーハカセットC…における初期温度Tsa,Tsb,Tsc…を検出し、かつ検出した初期温度Tsa,Tsb,Tsc…の最大温度Tsaから中間目標値Tmsを設定するとともに、最大温度Tsa以外の初期温度Tsb,Tsc…が検出されたウェーハカセットC…における加熱温度Tib,Tic…が中間目標値Tmsになるように昇温制御し、この後、昇温中のウェーハカセットC…における最も低い加熱温度Ticが中間目標値Tmsに達したなら、全ウェーハカセットC…における加熱温度Tia,Tib,Tic…が正規目標値Tsになるように昇温制御することを特徴とする。
【0009】
この場合、好適な実施の態様により、昇温開始から送風ファン2…を低速で回転させるとともに、昇温中のウェーハカセットCにおける最も高い加熱温度Tiaが正規目標値Tsに達したなら送風ファン2…を高速で回転させることができる。また、昇温開始後、予め設定した監視時間Δtxが経過しても中間目標値Tmsに達しないウェーハカセットCがあるときは、強制的に全ウェーハカセットC…における加熱温度Tia,Tib,Tic…を正規目標値Tsになるように昇温制御することができる。
【0010】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【0011】
まず、半導体ウェーハ用検査装置1の基本構成について、図2〜図5を参照して説明する。
【0012】
図2は、一枚の半導体ウェーハWを保持するウェーハカセットCを示す。このウェーハカセットCは検査装置本体M(図3)に収容されて目的の環境試験が行われる。ウェーハカセットCは、半導体ウェーハW上の電極にプローブ端子を一括して接触させることにより検査を行う一括コンタクト方式を採用する。ウェーハカセットCは四角形に形成したカセットベース11を有し、このカセットベース11の下面周縁部には補強フレーム12を固着するとともに、カセットベース11の上面周縁部には係止用フレーム13を固着する。そして、補強フレーム12の左右には、後述するカセット支持部58側のガイドレール部68p,68qに装填する係合辺部Cp,Cqを形成する。
【0013】
また、ウェーハカセットCの裏面となるカセットベース11の下面の所定位置には、複数の一側コネクタ(例えば、インレット)15…を配設する。なお、一側コネクタ15…は、通常、六十端子のコネクタが十〜二十個配される。一方、カセットベース11の上面には、サブヒータを内蔵する円盤形のコンタクタ16を取付けるとともに、このコンタクタ16と円盤形のウェーハトレイ17間に半導体ウェーハWを挟んで保持する。この場合、コンタクタ16は、図2に部分拡大図で示すように、半導体ウェーハW上における多数の電極We…に一括してプローブ端子P…を接触させるためのボードであり、一側コネクタ15…に接続する導体配線を有するガラス基板18と、このガラス基板18に重なる異方導電性ゴム19と、この異方導電性ゴム19に重なり、かつバンプB…を有する薄膜シート20からなる。なお、19e…は導電粒子を有する異方導電性ゴム19の導通部である。
【0014】
さらに、ウェーハトレイ17の外周面には、外方に突出した被吸気口取付部21を設け、この被吸気口取付部21の先端に、逆止弁を内蔵する一対の被吸気口22,22を取付ける(図1参照)。この被吸気口22,22の向きは、ウェーハカセットCの中心に対して放射方向となる。そして、予め、被吸気口22…から真空吸引することにより、ウェーハトレイ17とコンタクタ16の吸着状態が維持され、半導体ウェーハWは、ウェーハトレイ17とコンタクタ16間に保持される。また、被吸気口取付部21の両側には、後述する真空接続機構70における規制片部(不図示)が係止して吸気口72…の進退方向に対して規制する一対の凹部23,23を設ける。
【0015】
他方、図3は、半導体ウェーハ用検査装置1における検査装置本体Mの外観を示す。検査装置本体Mは、正面パネル30に設けた複数のスロット31…を有する試験槽33を備える。また、試験槽33の右側には機器ボックス34を設け、この機器ボックス34の正面パネル35にはディスプレイ36と引出式キーボード(操作部)37を配するとともに、下部にはコンピュータ等の収容部38を設ける。なお、39はタッチパネル式表示部,40は両手操作用セーフティロックスイッチ,41は非常停止スイッチである。
【0016】
図4及び図5は、試験槽33の内部構造を示す。50と51は試験槽33の内部における左右に離間して配した固定フレームである。固定フレーム50と51間には複数の水平支持板52…を上下方向に一定間隔置きに架設する。そして、任意の水平支持板52(他の水平支持板52…側も同じ)の上面には接続基部53を固定する。接続基部53は、半導体ウェーハWに検査用信号を供給するドライブ回路を備える回路基板を有するとともに、上面には、ウェーハカセットCの一側コネクタ15…に接続する複数の他側コネクタ(例えば、アウトレット)54…を配設する。なお、接続基部53の上面には、ウェーハカセットCに対する不図示の位置決め部を有する。
【0017】
さらに、水平支持板52の上面には、四本のガイドシャフト57…を垂直に起設し、このガイドシャフト57…によりカセット支持部58及びヒータ支持部59を昇降自在に支持する。この場合、カセット支持部58にはガイドシャフト57…に対応する位置にリニアベアリング60…を取付け、このリニアベアリング60…にガイドシャフト57…を挿通させるとともに、ヒータ支持部59にもガイドシャフト57…に対応する位置にリニアベアリング61…を取付け、このリニアベアリング61…にガイドシャフト57…を挿通させる。
【0018】
ヒータ支持部59は、ウェーハカセットCの上面(ウェーハトレイ17)に接触して加熱を行うメインヒータ62を上方へ変位自在に支持する。具体的には、ヒータ支持部59に開口部59oを形成し、この開口部59oの内方にメインヒータ62を収容するとともに、メインヒータ62から外方へ突出させて設けた係止プレート63i,63jをヒータ支持部59の上面に形成した段差凹部64i,64jに載置する。また、段差凹部64i,64jには、図4に示すガイドピン65…を起設し、このガイドピン65…に係止プレート63i,63jに設けたガイド孔66…をスライド自在に係合させる。なお、62aは、メインヒータ62の底面に設けたアダプタであり、これにより、ウェーハトレイ17の上面に適合させることができる。さらに、水平支持板52の上面には、ヒータ支持部59を昇降させる左右一対の駆動シリンダ67p,67qを配設する。
【0019】
一方、カセット支持部58は、左支持板部58p,右支持板部58q,後支持板部58r及び前支持板部58fにより矩形枠形に構成し、左支持板部58pと右支持板部58qの内縁には、前述したウェーハカセットCの係合辺部Cp及びCqが装填(スライド)するガイドレール部68p及び68qを設ける。また、カセット支持部58とヒータ支持部59間には、カセット支持部58とヒータ支持部59を連結する四つのリンクシャフト69…を設ける。このリンクシャフト69…の機能により、カセット支持部58は、ヒータ支持部59に対して一定のストローク範囲で昇降自在に支持される。
【0020】
このカセット支持部58には、ウェーハカセットCが挿入された際に、挿入されたウェーハカセットCに係合し、当該ウェーハカセットCに設けた被吸気口22…に対して、不図示の真空ポンプ等を有する真空吸引部71の吸気口72…を自動で位置決めして接続を行う真空接続機構70を配設する。また、カセット支持部58には、ウェーハカセットCが中途位置まで挿入されたなら、当該ウェーハカセットCにフック部を係止して正規の装填位置Srまで自動で取込むとともに、取出時には、当該装填位置SrのウェーハカセットCを中途位置まで自動で押し出す不図示の自動装填機構が付設されている。
【0021】
以上、任意の水平支持板52上における一段の基本構成について説明したが、他の段における複数の水平支持板52…上の構成も同一に構成される。
【0022】
次に、本実施例に係る昇温制御方法を実施できる半導体ウェーハ用検査装置1の温度制御系の構成について図6を参照して説明する。
【0023】
図6中、3は格納された制御プログラムにより本実施例に係る昇温制御方法を実行するコンピュータ処理機能を有する制御部である。制御部3の入力側には、各メインヒータ62…による加熱温度を検出する各温度センサ4…及び各ウェーハトレイ17…に内蔵するサブヒータによる加熱温度を検出する各温度センサ5…を接続する。また、制御部3の出力側には、各メインヒータ62…及び各ウェーハトレイ17…に内蔵するサブヒータをそれぞれ加熱するヒータドライバ6…を接続する。さらに、各スロット31…に対応する送風ファン2…を配設し、各送風ファンはファンドライバ7…を介して制御部3に接続する。なお、図6中、図4と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。
【0024】
これにより、各温度センサ4…及び5…により検出された加熱温度(検出値)は、制御部3に付与される。一方、制御部3には、図7に示す温度制御パターンK(目標値)が設定されるため、制御部3は、検出値が目標値(温度制御パターンK)となるように、各メインヒータ62…の加熱温度及び各ウェーハトレイ17…に内蔵するサブヒータの加熱温度を、各ヒータドライバ6…を介してそれぞれフィードバック制御する。また、制御部3は、ファンドライバ7を介して各送風ファン2…をインバータ制御する。この場合、制御部3(ファンドライバ7)は、各送風ファン2…を同時に制御する。
【0025】
次に、半導体ウェーハ用検査装置1の基本動作を含む本実施例に係る昇温制御方法について、図1〜図8を参照して説明する。
【0026】
まず、非使用時には、カセット支持部58及びヒータ支持部59は上昇位置で停止している。この状態を図4に示す。一方、使用時には、予め用意した任意のウェーハカセットCを、検査装置本体MにおけるN番目のスロット(空スロット)31に挿入する。これにより、N番目のスロット31における個別接続処理が行われる。即ち、スロット31にウェーハカセットCが挿入されれば、ウェーハカセットCの係合辺部Cp,Cqがカセット支持部58のガイドレール部68p,68qにガイドされ、試験槽33の内部に収容されるとともに、所定の係止位置にある不図示のストッパに係止する。
【0027】
また、ウェーハカセットCがストッパに係止したなら、ウェーハカセットCを押込むのを止め、タッチパネル式表示部39に表示される取込ボタンをタッチ操作(オン)する。これにより、不図示の自動装填機構が作動することによりウェーハカセットCは自動で取込まれる。ウェーハカセットCが正規の装填位置Srに取込まれたなら、真空接続機構70によりウェーハカセットCの被吸気口22…を真空吸引部71の吸気口72…に接続する接続処理を行う。
【0028】
次に、検査装置本体Mに収容されたウェーハカセットC…に保持される半導体ウェーハW…に対する昇温制御を本実施例に係る昇温制御方法により行う。以下、この昇温制御方法について、図1,図6,図7及び図8に示すフローチャートに従って説明する。なお、図1の実線Tia,Tib,Ticは、三つの任意段における加熱温度を示している。
【0029】
まず、制御部3は、インバータ制御により送風ファン2…を低速回転(周波数:20Hz)させる(ステップS1)。一方、各温度センサ4…及び5…からは、昇温開始前の初期温度Tsa,Tsb,Tscが検出され、制御部3に付与される(ステップS2)。図1中、初期温度Tsaが最も高い温度(最大温度)、初期温度Tscが最も低い温度、初期温度Tsbが初期温度Tsaと初期温度Tscの間の温度である。制御部3は、初期温度Tsa,Tsb,Tscから最大温度、即ち、実施例の場合、45℃の初期温度Tsaを選出する(ステップS3)。そして、制御部3は、この初期温度Tsa(45℃)から中間目標値Tmsを設定する(ステップS4)。実施例は、中間目標値Tmsとして、45±3℃を設定した場合を示している。
【0030】
次いで、制御部3は、最大温度Tsa以外の初期温度Tsb,Tscに係る各メインヒータ62…及び各ウェーハトレイ17…に内蔵するサブヒータに対して、加熱温度Tib,Ticが中間目標値Tms(45±3℃)となるように昇温制御する(ステップS5)。この際、昇温開始後、予め設定した監視時間(オーバタイム)txが経過しても中間目標値Tmsに達しないメインヒータ62…及びウェーハトレイ17…に内蔵するサブヒータが一つでもあるときは、正規目標値Ts、即ち、125±α℃を強制的に設定し、全ウェーハカセットC…における加熱温度が正規目標値Tsとなるように昇温制御する(ステップS6,S8,S9)。これにより、検査工程の時間が無用に長くなる不具合を回避できる。これに対して、監視時間txが経過する前に、昇温中のウェーハカセットCにおける最も低い加熱温度Ticが中間目標値Tmsに達したなら、正規目標値Tsを設定し、全ウェーハカセットC…における加熱温度Tia,Tib,Ticが、正規目標値Tsとなるように昇温制御する(ステップS6,S7,S8,S9)。即ち、図1における加熱温度Ticがtc時点で42℃(45±3℃)に達したなら、全ウェーハカセットC…における加熱温度Tia,Tib,Ticが正規目標値Tsとなるように昇温制御する。したがって、図1に示すように、加熱温度Tia(最大温度Tsa)はtc時点まで昇温制御されないため、このtc時点までは45℃を維持しているが、tc時点からは、他の加熱温度Tib,Ticと一緒に昇温制御される。
【0031】
そして、最も高い加熱温度Tiaが、最初にtia時点において正規目標値Ts、即ち、125−α℃に達すれば、tia時点で加熱を停止するとともに、オーバシュートを防止するため、送風ファン2…を高速回転(周波数:60Hz)に変更して冷却度合を強くする(ステップS10,S11)。また、最も低い加熱温度Ticはtic時点において正規目標値Tsに達する。よって、初期温度Tsa,Tsb,Tscのバラつきが大きい場合であっても、tc時点ではバラつきが小さくなるように制御されるため、正規目標値Ts(125−α℃)に達する加熱温度TiaとTicの時間間隔はΔtiとなり、本実施例に係る昇温制御方法を用いない場合(従来の技術)の時間間隔Δtrに比べて、かなり短くなる。以上が昇温工程であり、図7にKuで示す工程である。この後は、図7に示す温度制御パターンKに従って温度制御が行われる(ステップS12)。
【0032】
このような本実施例に係る昇温制御方法によれば、温度制御パターンKの初期段階、即ち、図7に示す昇温終了時点Keにおける加熱温度及び時間の各段間のバラつきが小さくなり、精度の高い検査環境を得ることができる。しかも、ソフトウェア処理により対応できるため、容易かつ低コストに実施できるとともに、既存の装置に対しても後発的に実施できるなど、汎用性に優れる。
【0033】
他方、半導体ウェーハWには、接続基部53のドライブ回路からコネクタ54…及び15…を介して試験信号が付与され、予め設定した試験時間だけ目的の環境試験が行われる。環境試験が終了すれば、駆動シリンダ67p,67qが駆動制御され、ヒータ支持部59の上昇により、メインヒータ62とウェーハカセットCの接触が解除されるとともに、カセット支持部58の上昇により、ウェーハカセットCと接続基部53の接続が解除される。また、真空接続機構70により、吸気口72…と被吸気口22…の接続が解除される。そして、不図示の自動装填機構により、ウェーハカセットCは自動で所定の位置まで押出されるため、検査装置本体Mのスロット31から取出すことができる。
【0034】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成,素材,数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更,追加,削除できる。例えば、最大温度としては、最大側における複数の温度の平均値であってもよく、必ずしも純粋な最大値を指すものではない。また、全ウェーハカセットC…に係る温度Tsa,Tsb,Tsc…を検出するとは、全ウェーハカセットC…におけるメインヒータ62及びサブヒータの双方の温度であってもよいし、メインヒータ62又はサブヒータの一方のみであってもよい。さらに、送風ファン2…の制御は、実施例のように昇温制御とリンクさせてもよいし或いは独自に行ってもよい。
【0035】
【発明の効果】
このように本発明に係る半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法は、昇温開始前の全ウェーハカセットにおける初期温度を検出し、かつ検出した初期温度の最大温度から中間目標値を設定するとともに、最大温度以外の初期温度が検出されたウェーハカセットにおける加熱温度が中間目標値になるように昇温制御し、この後、昇温中のウェーハカセットにおける最も低い加熱温度が中間目標値に達したなら、全ウェーハカセットにおける加熱温度が正規目標値になるように昇温制御するようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【0036】
(1) 温度制御パターンの初期段階、即ち、昇温終了時点における加熱温度及び時間の各段間のバラつきが小さくなるため、高精度の検査環境を得ることができる。
【0037】
(2) ソフトウェア処理により対応できるため、容易かつ低コストに実施できるとともに、既存の装置に対しても後発的に実施できるなど、汎用性に優れている。
【0038】
(3) 好適な実施の態様により、昇温開始後、予め設定した監視時間が経過しても中間目標値に達しないウェーハカセットがあるときに、強制的に全ウェーハカセットにおける加熱温度を正規目標値になるように昇温制御すれば、検査工程の時間が無用に長くなる不具合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な実施例に係る半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法による昇温特性図、
【図2】同半導体ウェーハ用検査装置におけるウェーハカセットの一部断面正面図、
【図3】同半導体ウェーハ用検査装置の外観正面図、
【図4】同半導体ウェーハ用検査装置の内部構造を示す図5中X−X線断面を含む一部断面正面構成図、
【図5】同半導体ウェーハ用検査装置の内部構造を示す一部断面平面構成図、
【図6】同半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法を実施する温度制御系を示すブロック系統図、
【図7】同温度制御系による温度制御パターンを示す特性図、
【図8】同半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法を説明するフローチャート、
【符号の説明】
1 半導体ウェーハ用検査装置
2… 送風ファン
W 半導体ウェーハ
C ウェーハカセット
M 検査装置本体
Tsa… 初期温度
Tia… 加熱温度
Tms 中間目標値
Ts 正規目標値
Δtx 監視時間
Claims (3)
- 半導体ウェーハを保持する複数のウェーハカセットを検査装置本体に収容し、設定した温度環境下で各半導体ウェーハに対する検査を行う半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法において、昇温開始前の全ウェーハカセットにおける初期温度を検出し、かつ検出した初期温度の最大温度から中間目標値を設定するとともに、前記最大温度以外の初期温度が検出されたウェーハカセットにおける加熱温度が前記中間目標値になるように昇温制御し、この後、昇温中のウェーハカセットにおける最も低い加熱温度が前記中間目標値に達したなら、全ウェーハカセットにおける加熱温度が正規目標値になるように昇温制御することを特徴とする半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法。
- 昇温開始から送風ファンを低速で回転させるとともに、昇温中のウェーハカセットにおける最も高い加熱温度が前記正規目標値に達したなら前記送風ファンを高速で回転させることを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法。
- 昇温開始後、予め設定した監視時間が経過しても前記中間目標値に達しないウェーハカセットがあるときは、強制的に全ウェーハカセットにおける加熱温度を前記正規目標値になるように昇温制御することを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ用検査装置の昇温制御方法。
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