JP3857872B2 - 半導体ウェーハ用検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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一括してプローブ端子を接触させて検査を行う半導体ウェーハ用検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術及び課題】
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いる（特開平１１−２８４０３７号公報等参照）。
【０００３】
この種の検査装置は、半導体ウェーハ上の電極に一括してプローブ端子を接触させて検査を行う一括コンタクト方式を採用するため、半導体ウェーハを保持し、かつ前記半導体ウェーハと前記プローブ端子を負圧により吸引するカセットを備えている。図６に、カセットＣを示す。カセットＣは四角形に形成したカセットベース２１を有し、このカセットベース２１の下面周縁部には補強フレーム２２を固着するとともに、カセットベース２１の上面周縁部には係止用フレーム２３を固着する。また、カセットＣの裏面となるカセットベース２１の下面の所定位置には、複数の一側コネクタ２４…を配設するとともに、カセットベース２１の上面には、サブヒータを内蔵する円盤形のコンタクタ２５を取付ける。そして、このコンタクタ２５と円盤形のウェーハトレイ５間に半導体ウェーハＷを挟んで保持する。
【０００４】
この場合、コンタクタ２５は、図６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（バンプ）Ｐ…を接触させるためのボードであり、一側コネクタ２４…に接続する導体配線を有するガラス基板２７と、このガラス基板２７に重なる異方導電性ゴム２８と、この異方導電性ゴム２８に重なり、かつバンプＢ…を有する薄膜シート２９からなる。なお、２８ｅ…は導電粒子を有する異方導電性ゴム２８の導通部である。
【０００５】
また、円盤形のウェーハトレイ５の外周面には、外方に突出した被吸気口取付部３０を設け、この被吸気口取付部３０の先端に、逆止弁を内蔵する一対の被吸気口３１，３１を取付ける（図３参照）。この被吸気口３１，３１の向きは、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３１…から真空吸引することにより、ウェーハトレイ５とコンタクタ２５の吸着状態（負圧）が維持されている。
【０００６】
一方、カセットＣは、通常、検査装置本体に収容し、半導体ウェーハＷは１２０〜１５０℃に加熱されるとともに、検査装置本体に備える接続基部のドライブ回路からコネクタ２４…を介して検査用信号が付与され、予め設定した時間だけ目的の検査が行われる。
【０００７】
ところで、このような従来の半導体ウェーハ用検査装置は、半導体ウェーハＷを高温に加熱して検査を行うものであり、低温環境下で半導体ウェーハＷの検査を的確に行う検査装置はほとんど存在しないのが実情である。このため、低温環境下の半導体ウェーハＷに対する高精度かつ安定性及び信頼性の高い検査を行うことができず、このような要請に応える半導体ウェーハ用検査装置の実用化が望まれていた。
【０００８】
本発明は、このような従来の要請に応えたものであり、特に、低温環境下の半導体ウェーハに対する高精度で安定性及び信頼性の高い検査を行うことができる半導体ウェーハ用検査装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、カセットベース２１の上面に取付けたコンタクタ２５とこのコンタクタ２５の上方に配したウェーハトレイ５間に半導体ウェーハＷを保持し、かつコンタクタ２５に有するプローブ端子Ｐ…を半導体ウェーハＷ上の電極Ｗｅ…に一括してプローブ端子Ｐ…を接触させるカセットＣと、このカセットＣを収容し、かつプローブ端子Ｐ…に接続して半導体ウェーハＷの検査を行う検査装置本体２を備える半導体ウェーハ用検査装置１を構成するに際して、検査装置本体２にカセットＣを収容する恒温槽２ｅを設け、この恒温槽２ｅの槽内温度を第一冷却温度Ｔｅに設定するとともに、恒温槽２ｅに収容したカセットＣのウェーハトレイ５に接触させる冷却器３を設け、この冷却器３の冷却温度を第二冷却温度Ｔｃに設定してなることを特徴とする。
【００１０】
この場合、好適な実施の形態により、第二冷却温度Ｔｃは、第一冷却温度Ｔｅと同一又は第一冷却温度Ｔｅ未満に設定することが望ましい。また、冷却器３としては、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール６…又は冷却液Ｌｂが循環する熱交換器７を利用することができる。
【００１１】
これにより、カセットＣに接続するドライブ回路を、カセットＣに対する配線長さの短縮化及びバラツキ解消を目的として恒温槽２ｅの内部空間に内蔵させた場合であっても、半導体ウェーハＷに対しては、冷却器３により当該半導体ウェーハＷのみを局部的に冷却することにより、半導体ウェーハＷの発熱を吸収し、かつ半導体ウェーハＷのみを必要な検査温度（第二冷却温度Ｔｃ）に維持できるとともに、ドライブ回路を含む恒温槽２ｅの内部空間は、第二冷却温度Ｔｃに対して別途設定する槽内温度（第一冷却温度Ｔｅ）に維持できるため、半導体ウェーハＷに対する高精度で安定性及び信頼性の高い検査が実現可能となる。
【００１２】
【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。
【００１３】
まず、本実施例に係る半導体ウェーハ用検査装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１４】
図４は、半導体ウェーハ用検査装置１における検査装置本体２の外観を示す。検査装置本体２は正面パネル４０に設けた複数の出入口４１…を有する恒温槽２ｅを備える。また、恒温槽２ｅの右側には機器ボックス４３を設け、この機器ボックス４３の正面パネル４４にはディスプレイ４５と引出式キーボード（操作部）４６を配するとともに、下部にはコンピュータ等の収容部４７を設ける。なお、４８ａはタッチパネル式表示部，４８ｂは両手操作用セーフティロックスイッチ，４８ｃは非常停止スイッチである。
【００１５】
一方、Ｃは、半導体ウェーハＷを保持するカセットであり、図６に示すように、検査装置本体２とは別体に構成する。カセットＣの構成は、前述したように、カセットベース２１を備え、このカセットベース２１の下面周縁部には補強フレーム２２を固着するとともに、カセットベース２１の上面周縁部には係止用フレーム２３を固着する。また、カセットＣの裏面となるカセットベース２１の下面の所定位置には、複数の一側コネクタ２４…を配設する。さらに、カセットベース２１の上面には、円盤形のコンタクタ２５を取付けるとともに、このコンタクタ２５と円盤形のウェーハトレイ５間に半導体ウェーハＷを挟んで保持する。ウェーハトレイ５の外周面には、外方に突出した被吸気口取付部３０を備えるとともに、この被吸気口取付部３０の先端には、逆止弁を内蔵する一対の被吸気口３１，３１を備える。この被吸気口３１，３１の向きは、カセットＣの中心に対して放射方向となる。そして、カセットＣは、予め、被吸気口３１…から真空吸引することにより、ウェーハトレイ５とコンタクタ２５の吸着状態（負圧）が維持されている。なお、３２はシーリング部材を示す。
【００１６】
他方、図１〜図３は恒温槽２ｅの内部構造を示す。５０と５１は恒温槽２ｅ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…も同じ）の上面には接続基部５３を固定して設置する。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部を有するとともに、上面には、カセットＣの一側コネクタ２４…に接続する複数の他側コネクタ５４…を配設する。なお、接続基部５３の上面には、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、図２及び図３に示すように、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及び冷却器支持部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、冷却器支持部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。これにより、位置の固定された接続基部５３の上方に昇降自在のカセット支持部５８が配されるとともに、カセット支持部５８の上方に昇降自在の冷却器支持部５９が配される。
【００１８】
そして、冷却器支持部５９には、カセットＣの上面、即ち、カセットＣのウェーハトレイ５に接触させることができる冷却器３を備え、この冷却器３は冷却器支持部５９により上方へ変位自在に支持される。即ち、冷却器支持部５９に開口部６２を形成し、この開口部６２の内方に冷却器３を収容するとともに、冷却器３から外方へ突出させて設けた係止プレート６３ｉ，６３ｊを冷却器支持部５９の上面に形成した段差凹部６４ｉ，６４ｊに載置する。なお、段差凹部６４ｉ，６４ｊには、図２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。また、冷却器３は、底面に設けたアダプタ１１を介して前述したウェーハトレイ５の上面に適合させる。
【００１９】
冷却器３は、図１に示すように、複数のペルチェ素子を用いたサーモモジュール６…を備える。各サーモモジュール６…の冷却面（下面）はアダプタ１１の上面に密着させるとともに、各サーモモジュール６…の放熱面（上面）は冷却盤１２に密着させる。この冷却盤１２は、サーモモジュール６…の放熱面を冷却するもので、内部に設けた水路を冷却水供給部１３から供給される冷却水Ｌｗが循環する。
【００２０】
また、水平支持板５２の上面には、冷却器支持部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。一方、カセット支持部５８は、図２及び図３に示すように、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、前述したカセットＣの係合辺部Ｃｐ及びＣｑが装填（挿入）するスリットレール部６８ｐ及び６８ｑを設ける。なお、カセット支持部５８には、カセットＣをスリットレール部６８ｐ及び６８ｑにおける所定の位置まで進入させた際に、自動でカセットＣを引き込んで正規の位置に装填する不図示の自動装填部を備えるとともに、図３に仮想線で示すように、吸気機構側の吸気口６９，６９を自動で位置決めしてカセットＣの被吸気口３１，３１に自動で接続する自動吸気系接続部７０を備えている。
【００２１】
他方、カセット支持部５８と冷却器支持部５９間には、カセット支持部５８と冷却器支持部５９を連結する四つのリンクシャフト７１…を設ける。このリンクシャフト７１…の機能により、カセット支持部５８は、冷却器支持部５９に対して一定のストローク範囲で昇降自在となるように支持される。
【００２２】
また、恒温槽２ｅの内部には、図１に示すエア冷却ユニット１４ｃとエア加熱ユニット１４ｈを配設し、送風部１５及び吸着方式のエアドライヤ１６を介して恒温槽２ｅの内部に供給される外部エアＡｏの温度を調整する。温度調整された外部エアＡｏは、送風機１７により内部を循環する。このような構成は、恒温槽２ｅの全体に対して設けてもよいし、各段毎に複数設けてもよい。
【００２３】
さらに、１８は制御部であり、この制御部１８の入力側には、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハＷ）に対する冷却温度を検出する温度センサ１９ｃを接続するとともに、恒温槽２ｅの槽内温度を検出する温度センサ１９ｅを接続する。一方、制御部１８の出力側には、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１４ｈを接続するとともに、サーモモジュール６…を接続する。これにより、制御部１８は、温度センサ１９ｅから検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づき、恒温槽２ｅの槽内温度が第一冷却温度Ｔｅとなるように、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１４ｈ、さらには送風機１７を制御できるとともに、温度センサ１９ｃから検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づき、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハＷ）に対する冷却温度が第二冷却温度Ｔｃとなるように、サーモモジュール６…を制御できる。この場合、第一冷却温度Ｔｅは、−５〜−１５〔℃〕の選択値に、第二冷却温度Ｔｃは、−１０〔℃〕にそれぞれ設定することができる。
【００２４】
次に、本実施例に係る半導体ウェーハ用検査装置１の使用方法及び各部の動作について、図１〜図４を参照して説明する。なお、一段の動作のみ説明するが他の段も同様に動作する。
【００２５】
まず、非使用時には、カセット支持部５８及び冷却器支持部５９は、図２に示す上昇位置で停止している。
【００２６】
一方、使用時には、予め用意したカセットＣを、検査装置本体２の出入口４１から恒温槽２ｅの内部に収容し、カセットＣの係合辺部Ｃｐ，Ｃｑをカセット支持部５８のスリットレール部６８ｐ，６８ｑに挿入する。この際、カセットＣを所定の位置まで挿入してタッチパネル式表示部４８ａのタッチパネルをタッチ操作すれば、不図示の自動装填部により、カセットＣは自動で引き込まれて正規の位置に装填される。また、図３に仮想線で示す自動吸気系接続部７０により、吸気機構側の吸気口６９，６９とカセットＣの被吸気口３１，３１が自動で位置決めされ、かつ自動で接続される。これにより、カセットＣのウェーハトレイ５とコンタクタ２５は、不図示の吸気装置により真空吸引され、半導体ウェーハＷとプローブ端子Ｐ…間には、設定した負圧（例えば、−５３〔ｋＰａ〕）が付与される。
【００２７】
次いで、スタートスイッチをオンにすれば、駆動シリンダ６７ｐ，６７ｑが駆動制御され、カセットＣと接続基部５３の接続及び冷却器３のセッティングが行われる。即ち、冷却器支持部５９（冷却器３）及びカセット支持部５８（カセットＣ）を含む全体が一緒に下降し、カセット支持部５８に保持されるカセットＣに設けた一側コネクタ２４…が、接続基部５３に設けた他側コネクタ５４…に当接すれば、カセット支持部５８の下降は停止する。この際、カセット支持部５８は、リンクシャフト７１…により冷却器支持部５９に対して一定のストローク範囲で昇降自在となるように連結されているため、カセット支持部５８の下降が停止しても、冷却器支持部５９はさらに下降する。そして、冷却器３がカセットＣの上面に当接すれば、冷却器３の下降は停止する。この際、冷却器３は冷却器支持部５９によって上方へ変位自在に支持されているため、冷却器３の下降が停止しても、冷却器支持部５９はさらに下降する。
【００２８】
この後、さらに冷却器支持部５９が下降すれば、リンクシャフト７１…によりカセット支持部５８が押圧され、カセット支持部５８は強制的に下降せしめられる。この結果、カセットＣに設けた一側コネクタ２４…と接続基部５３に設けた他側コネクタ５４…は完全に接続される。一方、コネクタ２４…と５４…同士が完全に接続されれば、駆動シリンダ６７ｐ，６７ｑの駆動制御が停止する。図１は、この状態の位置関係を示す。
【００２９】
以上により、カセットＣが恒温槽２ｅにセットされるため、半導体ウェーハＷは、冷却器３により、−１０〔℃〕（第二冷却温度Ｔｃ）に冷却される。即ち、制御部１８は、温度センサ１９ｃから検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づいて、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハＷ）に対する冷却温度が第二冷却温度Ｔｃ（−１０〔℃〕）となるように、サーモモジュール６…を制御する。また、制御部１８は、温度センサ１９ｅから検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づいて、恒温槽２ｅの槽内温度が第一冷却温度Ｔｅ（−５〜−１５〔℃〕の選択値）となるように、エア冷却ユニット１４ｃ及びエア加熱ユニット１４ｈ、さらには送風機１７を制御する。
【００３０】
これにより、カセットＣに接続するドライブ回路を、カセットＣに対する配線長さの短縮化及びバラツキ解消を目的として恒温槽２ｅの内部空間に内蔵させた場合であっても、半導体ウェーハＷに対しては、冷却器３により当該半導体ウェーハＷのみを局部的に冷却することにより、半導体ウェーハＷの発熱を吸収し、かつ半導体ウェーハＷのみを必要な検査温度（第二冷却温度Ｔｃ）に維持できるとともに、ドライブ回路を含む恒温槽２ｅの内部空間は、第二冷却温度Ｔｃに対して別途設定する槽内温度（第一冷却温度Ｔｅ）に維持できるため、半導体ウェーハＷに対する高精度で安定性及び信頼性の高い検査が実現可能となる。
【００３１】
一方、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２４…を介して検査用信号が付与され、予め設定した時間だけ目的の検査が行われる。検査が終了すれば、駆動シリンダ６７ｐ，６７ｑが駆動制御され、冷却器支持部５９の上昇により、冷却器３とカセット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、カセットＣと接続基部５３の接続が解除される。また、自動吸気系接続部７０により、吸気口６９，６９と被吸気口３１，３１の接続が解除される。そして、不図示の自動装填部により、カセットＣは自動で所定の位置まで押出されるため、作業者は手で検査装置本体２の出入口４１から取り出すことができる。
【００３２】
次に、本発明の変更実施例に係る半導体ウェーハ用検査装置１について、図５を参照して説明する。
【００３３】
図５に示す半導体ウェーハ用検査装置１は、図１に示した実施例に対して、冷却器３の形態を変更したものである。図５に示す冷却器３は、冷却液（不凍液）Ｌｂが循環する熱交換器７を利用したものであり、この熱交換器７には、ブラインクーラ８０を接続する。したがって、この場合、制御部１８は、温度センサ１９ｃから検出される温度検出値と予め設定した温度設定値に基づいて、ウェーハトレイ５（半導体ウェーハＷ）に対する冷却温度が第二冷却温度Ｔｃとなるように、ブラインクーラ８０の冷却部を制御することができる。なお、図５において、図１と同一部分には、同一符号を付し、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【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，形状，素材，数量，数値等において、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、第一冷却温度Ｔｅ及び第二冷却温度Ｔｃは、低温領域における任意の温度を適用できる。また、冷却器３は例示以外の他の冷却手段を排除するものではない。
【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は、検査装置本体にカセットを収容する恒温槽を設け、この恒温槽の槽内温度を第一冷却温度に設定するとともに、恒温槽に収容したカセットのウェーハトレイに接触させる冷却器を設け、この冷却器の冷却温度を第二冷却温度に設定してなるため、特に、低温環境下の半導体ウェーハに対する高精度で安定性及び信頼性の高い検査を行うことができるという顕著な効果を奏する。
【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内部構造の一部を含む構成図、
【図２】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正面構成図（図３中Ｘ−Ｘ線断面）、
【図３】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４】同半導体ウェーハ用検査装置の外観正面図、
【図５】本発明の変更実施例に係る半導体ウェーハ用検査装置の内部構造の一部を含む構成図、
【図６】本発明の好適な実施例（変更実施例）に係る半導体ウェーハ用検査装置に用いるカセットの一部断面正面図、
【符号の説明】
１ 半導体ウェーハ用検査装置
２ 検査装置本体
２ｅ 恒温槽
３ 冷却器
５ ウェーハトレイ
６… サーモモジュール
７ 熱交換器
２１ カセットベース
２５ コンタクタ
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｗｅ… 半導体ウェーハ上の電極
Ｐ… プローブ端子
Ｃ カセット
Ｌｂ… 冷却液

Claims (3)

1. カセットベースの上面に取付けたコンタクタとこのコンタクタの上方に配したウェーハトレイ間に半導体ウェーハを保持し、かつ前記コンタクタに有するプローブ端子を前記半導体ウェーハ上の電極に一括して接触させるカセットと、このカセットを収容し、かつ前記プローブ端子に接続して前記半導体ウェーハの検査を行う検査装置本体を備える半導体ウェーハ用検査装置において、前記検査装置本体に前記カセットを収容する恒温槽を設け、この恒温槽の槽内温度を第一冷却温度に設定するとともに、前記恒温槽に収容したカセットの前記ウェーハトレイに接触させる冷却器を設け、この冷却器の冷却温度を第二冷却温度に設定してなることを特徴とする半導体ウェーハ用検査装置。
2. 前記第二冷却温度は、前記第一冷却温度と同一又は前記第一冷却温度未満に設定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。
3. 前記冷却器は、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール又は冷却液が循環する熱交換器であ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。

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