JP4800534B2 - 半導体検査装置及び自動検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、半導体装置を検査するための自動検査装置に関し、より詳細には、半導体装置を検査するためのフットプリントを格段に小さくした自動的総合検査システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
半導体装置の製造者は通常ウェーハやパッケージされた装置の段階で製品を検査する。検査は通常自動検査装置と称する精巧なシステムによって行われる。この装置は一般的に１つまたはそれより多くの検査を受ける装置（ＤＵＴ）に波形信号を送り、これからの出力を検出する。それから装置が適切に動作したか否かを決定するために検出された出力が期待値と比較される。
【０００３】
半導体製造者の重要な関心は、検査に用いられる、限られた床面積をいかに最大限に利用するかということである。典型的には、埃や細片による損傷の可能性を少なくするために半導体装置の検査時に厳しい清浄度の要件が課せられる。このような要件に適合するために、自動検査装置は特定の用途に応じた粒子の大きさ及び数を少なくする精巧なクリーンルーム内に設置される。クリーンルームを動作させ維持するのに必要な経費のために、クリーンルームの床面積を大きくすることが製造経費を少なくするのに重要である。
【０００４】
ある型の従来の半導体検査装置は一般的にメインフレームコンピュータないし検査用コントローラと比較的大きいケーブル束を介してコントローラに接続された検査ヘッドとを含む。検査ヘッドは典型的には数百ｋｇ（ポンド）の重量があり、検査を受ける半導体装置（ＤＵＴ）に接続するための複雑な回路を含む複数のチャネルカードを収容している。検査ヘッドは必要に応じてこれを移動させ種々の位置に調節するマニピュレータに取り付けられている。
【０００５】
効率的な半導体装置の検査は一般的に検査を受ける半導体装置（ＤＵＴ）を移動させ迅速に検査装置に接続するための装置を必要とする。ウェーハを移動させるために、プローバと称する装置が用いられる。パッケージされた部品を扱うためにハンドラーと称する装置が用いられる。これらのユニットにより半導体装置は検査装置の出力部と接触するように正確に位置決めされる。プローバ、ハンドラー及び検査装置に対してＤＵＴを位置決めするための他の装置は一般的に「ハンドリング装置」と称する。
【０００６】
上述した従来の検査装置はその意図された用途には有用であると思われるが、検査ヘッドを移動させ所定位置に位置決めさせるための複雑な自動マニピュレータが必要なために検査システムに望ましくない経費が加わる。グラハムらの米国特許第５９００７３７号は従来のマニピュレータを示している。マニピュレータは数十万ドル以上を要することが多くある。さらに、またより重要なこととして、マニピュレータに必要な床面積に関連した検査ヘッドの個々の特性のために比較的大きいフットプリントとなる。このため与えられたクリーンルームで動作可能な検査装置の数が少なくなり、装置のスループットが減少してユニットの経費が全体的に増大するという望ましくない結果になる。
【０００７】
検査装置のフットプリントの問題に対処するものとして、半導体検査装置についての１つの提案においては、メインフレーム／検査ヘッドのユニットをプローバないしハンドラーの上部に垂直に配置する。この型の検査装置の一例がマサチューセッツ、ボストンのテラディン・インコーポレーテッドにより製造されている、テラディン・モデルＪ７５０検査装置に見られる。この構造はクリーンルームの垂直方向の寸法を有効に用いることによって検査装置のフットプリントを格段に減少させるものである。その結果、与えられたクリーンルームの水平方向の面積内により多くの検査装置が配置できる。
【０００８】
上述した垂直方向の形状は実質的にフットプリントを減少させるが、プローバあるいはハンドラーが一般的にメインフレーム／検査ヘッドユニットを支持している。その結果、マニピュレータがユニットの初期設置あるいはハンドラーないしプローバからのメインフレーム／検査ヘッドの一時的取外しのような手入れのためにさらにマニピュレータが必要とされることが多くある。したがって、一時的な手入れの計画において、マニピュレータを出し入れするための空間をクリーンルームに用意しなければならないことが多くある。
このように留保された空間のためにより多くの検査装置とより大きいスループットのために可能となるクリーンルームの床面積が除外される。
【０００９】
最少のフットプリントとなり手入れのためのマニピュレータを必要としない半導体検査システムが必要とされていたが、これまで用いられていない。
【００１０】
【発明の概略】
本発明の総合検査セルはプローバないしハンドラーのような取扱い装置から取外さずに半導体検査装置の手入れを行うことを可能にする。その結果、マニピュレータを用いる必要がなく、それによって経費が格段に減少する。これはまた検査装置の平均修理時間（ＭＴＴＲ）のパラメータを大いに減少させるのに寄与する。さらに検査セルの垂直方向の特性により実質的にフットプリントが小さくなり、クリーンルームの利用可能な床面積を大きくすることができる。
【００１１】
上記の利点を実現するために、本発明は１つの形において、ハンドリング装置に配置された半導体装置を検査するようにした半導体検査装置からなる。この半導体検査装置はハンドリング装置を受け入れるようにした外部からのアクセスが可能な開口が形成された自立型のフレームをなす検査装置ハウジングを含む。検査制御装置がハウジング内に配置され、フレームに取り付けられている。検査回路を含むピン電子回路が検査制御に応答するようになっていて、その近くに接続されフレームに装着されている。接続装置が開口の上方に配置され、検査回路をハンドリング装置に接続できるようにしてある。
【００１５】
本発明の他の特徴及び利点は添付の図面を参照して以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１６】
【実施例の説明】
ここで図１を参照すると、本発明の一実施例による全体的に１０で示された半導体検査装置は検査システムの水平方向の寸法に伴う検査装置のフットプリントを小さくすることにより製造の効率に大きな利点を与える。ハンドリング装置５４（図４）を摺動可能に受け入れるようにした開口５２が形成された自立型のフレーム１２を用いることによってフットプリントが小さくされる。接続装置８０（図５）に沿ってフレームにピン電子回路３９（図２）が設けられる。接続装置はマニピュレータを用いずに接続されたハンドリング装置を適宜手入れできるようにし、それによって与えられたクリーンルーム内の高い検査装置の密度と、それに応じた製造軽費の減少とが可能になる。
【００１７】
ここで図２及び３を参照すると、フレーム１２は電子回路プラットフォーム３０を取り付けるためのそれぞれ対向して配置された第１及び第２の基台支持構造１４及び２８が形成されている。フレームの全体的構造は鋼で形成され、比較的小さい水平方向のフットプリントとなるように垂直方向に突出している。第１の基台支持部１４は直立した矩形断面を有するように形成され、中央処理装置（ＣＰＵ）１６、冷却用分配ユニット（ＣＤＵ）１８及び配電ユニット（ＰＤＵ）２０を装着するための複数の開いた区画を含む。１対の間隔をおいたレバー２２及び２４により第１の基台支持部の前側部分における高さ調節が可能になり、後側部分は便宜的な水及び電力のアクセス通口２６を含む。第２の基台支持部２８は第１の基台支持部に実質的に平行な状態に垂直方向に突出している。第２の基台支持部は比較的細い矩形断面となるように形成され、下側端部に１対の対向して配置されたキャスター２９（一方だけ図示されている）を含む。
【００１８】
さらに図２及び３を参照すると、電子回路プラットフォーム３０が基台支持部１４及び２８と一体的に形成され、これを水平方向に横切るように配置されている。プラットフォームは横方向の矩形構造をなすように協働しそれぞれ第１及び第２の空所３２及び３４を形成した網目状の溶接されたバーを含む。空所は、円形のプローブリング（図３）を含むプローブリング組立体（３６）の両側に、その上方の位置にあり、それぞれ第１及び第２のカードケージ組立体３８及び４０を装着するようにしてある。カードケージ組立体は半導体装置（図示せず）を検査するための検査装置ピン電子回路３９を収容する。プラットフォームはそれぞれの電力供給部４４及び４６（図３）を堆積体として重ねるための垂直方向に延びるラックフレームワーク４２が形成された後側部分を含む。
【００１９】
さらに図２を参照すると、それぞれのカードケージ３２及び第１のカードケージ組立体４０の上方に複数のファン５０及び熱交換器５１を取り付けるように形成された冷却システム支持構造４８が配置されている。ファン及び熱交換器は、１９９９年７月２３日に出願され、本出願人に権利譲渡されている「半導体検査装置冷却システム」という名称の米国特許第６２０８５１０号により完全に記載されており、ここでの参照に付すものである。第１及び第２の基台支持部１４及び２８と電子回路プラットフォーム３０とは全体としてハンドリング装置５４を摺動可能に受け入れるようにした横方向にアクセス可能な開口５２を形成する（図４）。
【００２０】
図４をより詳細に参照すると、開口５２にアクセスするために、ハンドリング装置５４は可搬のカート装置６０に摺動可能に取り付けられているのが好ましい。カート装置は平行な状態で配置されこれに取付られている１対の側方ビーム６６及び６８により横方向に接合されている。側方ビームとチャネル支持部とは矩形プラットフォームを形成するように協働する。垂直方向に直立する鋼製のハンドル７０が約１１ｋｇ（２５ポンド）の押圧／引張りの力でプローバ／カート組立体の操作可能性を得るために前側のチャネル支持部６２に装着されている。複数の係止キャスター７２が必要な選択的可搬性を与える。ユニットがフレームの開口５２内に入る際に操作者に粗位置合せを可能にするように、適宜配置された視覚的表示器（図示せず）がフィードバック機構（図示せず）と協働する。
【００２１】
ここで図５を参照すると、接続装置８０は半導体検査装置１０をハンドリング装置（図示せず）に適宜位置合せし接続するようにしてある。接続装置はプローブリング一組立体３６と、一人の操作者によるハンドリング装置（図示せず）内でのプローブリングの正確な手動的位置合せを可能にする自動位置合せ機構とを含む。
【００２２】
プローブリング組立体３６はプローバに支持されたウェーハ（図示せず）上に配置された平行なアレイ状の検査を受ける半導体装置（図示せず）と半導体検査装置１０のピン電子回路との間に高密度の信号チャネルの結線を与えるモジュラー区画ないし空所（図示せず）を有するように円形状に形成されている。リングの周囲に半径方向に突出するハンドル８２及び複数のカム溝８３が配置されている。ピン電子回路３９をハンドリング装置５４に接続するためのプローブリング及び付随する結線回路は、１９９９年６月２８日に出願され、本出願人に権利譲渡されている、「平行半導体検査装置」という名称の米国特許出願第０９／３４０８３２号により完全に記載されており、ここでの参照に付すものである。
【００２３】
自動位置合せ機構９０はカードケージのバックプレーン組立体９１の１つにごく近接してフレーム１２に溶接されたそれぞれの横方向及び縦方向の支持部材９２及び９４に取り付けられている。位置合せ機構は動作時に押圧バー９６として作用する垂直方向に延びるアームを介してプローブリング３６に連結されている。アームは枢支部９８に連結されるコネクタ９７によってプローブリングに取り付けられている。二重軸のＸ−Ｙテーブル１００は延長アームの上側に装着され、プローブリングをＸ軸及びＹ軸に沿って水平方向に向けるためのそれぞれの直線状軸受を含む。釣合せ錘組立体１０６は押圧バーに連結され、ガイドレール１１０に沿って摺動可能でプローブリングを垂直方向に変位させるように１対のインラインプーリー１１４及び１１６を移動させるケーブル１１２を介して延長アームに拘束されている。
【００２４】
プローバの用途に関して、好ましいハンドリング装置は日本の東京の東京電気株式会社（ＴｏｋｙｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｌｔｄ．）により製造されているＴＥＬ Ｐ８ＸＬプローバである。このプローバはカム溝８３に係合するための複数のカムフォロワー８５が形成されているベースリング３７を含む。またプローブリングのポーゴーピン（図示せず）を押圧するための自動的プローブカードチェンジャー（図示せず）も設けられている。この装置は３２サイトのハイピンカウントの用途に供するｚ方向の力のチャックを有することが知られている。あるいは、システム操作者にとってモニター表示器やキーボードの数を適宜少なくするようにプローバは操作者のインタフェース１２０（図１）を半導体検査装置１０と共有してもよい。
【００２５】
パッケージされた装置の検査に関わる場合、好ましいハンドリング装置はニューハンプシャー、ベッドフォードのカイネトリクス・インコーポレーテッドにより製造されているガリレオモデルハンドラーを含む。このハンドラーは標準のＪＥＤＥＣ装置のトレイを操作し、ＤＵＴに高温及び低温での吸収能力を与える。さらに、ハンドラーはＤＵＴをコンタクタソケットの内及び外に移動させるのに最適であって、ジャム率を非常に低くし、高いスループットになる。
【００２６】
検査システムの初期設定はプローバをサービスカート６０に係合させることによりプローバをフレームの開口５２内に設置することを必要とする。これはプローバの平準化脚部がチャネル支持部６２及び６４に取り付けられるように最初にカートをプローバの下側に位置決めすることを要する。それからプローバフレームの開口５２内に滑り込まされ、平準化される。プローバが開口内でプローブリングに対して粗位置合せされると、操作者は接続装置をプローバに手動接続するように次の接続ステップを開始することができる。
【００２７】
ここで図５を参照すると、操作者はプローブリング３６をベースリング３７上に手動的に下げることによって接続を始める。プローブリングは検査装置のメインフレームへの連結箇所においてＸ−Ｙテーブル１００により前後及び横方向に移動可能である。これによりプローバと半導体検査装置との間の小さい位置合せ誤差が生じ得る。プローブリングはプーリーを有する釣合せ錘１０６によって容易に上下に移動可能である。
【００２８】
それから操作者はプローブリングがベースリングの内径に入ってカムフォロワー８５がカム溝８３に係合するようにプローブリングを視覚的に位置合せする。これが行われた後に、操作者はハンドルを約２２°だけ反時計方向に回すことによりカム係止部を係合させられる。この時点で接続が完了し、操作者はポーゴーピンを押圧するように自動プローブカードチェンジャー（図示せず）を始動させられる。その際にプローバと半導体検査装置との間の電気的接続が完了する。
【００２９】
上述した接続の手順と当業者に周知の較正手順との後に、ウェーハの段階での１つまたはそれより多くの半導体装置が検査される。これは通常当業者に周知の工程のより半導体装置への、また半導体装置からの検査装置波形の適用及び入力を必要とする。
【００３０】
ある点において、ハンドリング装置及び／または半導体検査装置１０は、例えば防護的メンテナンスのためにプローバのヘッドプレート１２２（図４）にアクセスするためのサービスを必要とするであろう。検査装置フレームの自立的特性により、サービスを行うための接続解除の補助となるマニピュレータが必要とされない。むしろ操作者は単にファスナーを緩めプローブリングハンドルを介してプローブリングを上昇させることによりプローブリングをプローバから外すだけである。
【００３１】
本発明により与えられる多くの利点及び特徴が当業者には理解されよう。半導体製造者がクリーンルームの空間を最大限に利用できるようにする、検査装置のフットプリントを格段に小さくしたことは非常な重要性を有する。クリーンルームの利用度を高めることにより、装置のスループットを改善し軽費を低下させるようにより多くの検査装置が用いられる。さらに、総合検査セルの自立的特性により、検査装置のサービスは軽費を要し嵩張るマニピュレータを用いる必要がない。この特徴は部品の軽費を少なくするが、直接的な接続の可能性により修理に要する平均的時間が実質的に減少し、それによって検査装置のスループットが高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例による半導体検査装置の正面斜視図である。
【図２】 明確にするために外側パネルを取り外した図１の半導体検査装置の斜視図である。
【図３】 図２の半導体検査装置の部分的な正面平面図である。
【図４】 本発明のカート装置に取り付けられたハンドリング装置の部分図である。
【図５】 図１の検査装置の内部で用いるためのインタフェース装置の斜視図である。

Claims (13)

1. ハンドリング装置（５４）上に配置された半導体装置を検査するようにした半導体検査装置（１０）であって、
   自立性のフレーム（１２）をなし上記ハンドリング装置を受け入れるようにした外部からアクセス可能な開口（５２）が形成された検査装置ハウジングと、
   該ハウジング内に配置され上記フレームに取り付けられた検査制御装置（１６）と、
   該検査制御装置に応答しそれに近接して配置され上記フレームに装着された検査回路を含むピン電子回路（３９）と、
   上記開口の上方に配置され上記検査回路を上記ハンドリング装置に接続するための接続装置（８０）と、
   を含むことを特徴とする半導体検査装置（１０）。
2. 上記接続装置（８０）が上記ハンドリング装置（５４）に係合するようにしたプローブリングを含むプローブリング組立体（３６）を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置（１０）。
3. 上記接続装置（８０）が上記プローブリングを上記ハンドリング装置に位置合せするための自動位置合せ機構（９０）を含むようにしたことを特徴とする請求項２に記載の半導体検査装置（１０）。
4. 上記自動位置合せ機構（９０）が
   多軸テーブル（１００）と、
   該多軸テーブルに取り付けられ上記プローブリング上に配置された枢支部（９８）を介して上記プローブリングに固着されている垂直方向に延びる押圧バー（９６）と、
   上記プローブリングを上記枢支部を中心として手動的に回動させるように上記プローブリングに装着されたハンドル（８２）と、
   を含むようにしたことを特徴とする請求項３に記載の半導体検査装置（１０）。
5. 上記フレーム（１２）が複数のカードケージ組立体（３８，４０）を装着するようにされ、
   上記ピン電子回路（３９）が上記カードケージ組立体に配置されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置（１０）。
6. 上記フレーム（１２）がそれぞれ第１及び第２の基台支持部（１４，２８）を有し、上記開口（５２）が上記基台支持部の中間に形成され、
   上記カードケージ組立体（３８，４０）が上記開口の上方に間隔をおいて対向する状態に設置された１対のカードケージの組からなる
   ようにしたことを特徴とする請求項５に記載の半導体検査装置（１０）。
7. 半導体装置を検査するための自動検査装置であって、
   上記半導体装置を検査可能な位置に取り付けるようにしたハンドリング装置（５４）と、
   床上に置かれるようにされ、マニピュレータを必要としない自立性のフレーム（１２）を有し、外部からアクセス可能な開口（５２）が形成された検査装置ハウジングであって、当該開口（５２）が上記ハンドリング装置（５４）を受け入れるようにされた、検査装置ハウジングと、
   上記ハウジング内に配置され上記フレーム（１２）に取り付けられた検査制御装置と、
   上記検査制御装置に応答し当該検査制御装置に近接して連結され上記マニピュレータを必要としない自立性のフレーム（１２）に装着された検査回路を含むピン電子回路（３９）と、
   上記開口（５２）の上方に配置され、上記検査回路を上記ハンドリング装置（５４）に接続するようにした接続装置（８０）と、
   を含むことを特徴とする自動検査装置。
8. 上記ハンドリング装置（５４）がプローバを含むことを特徴とする請求項７に記載の自動検査装置。
9. 上記ハンドリング装置（５４）がハンドラーを含むことを特徴とする請求項７に記載の自動検査装置。
10. 上記ハンドリング装置（５４）に係合し、当該ハンドリング装置（５４）の上記開口（５２）への、また当該開口（５２）からの選択的で摺動可能な出し入れを行うようにするカート装置（６０）をさらに含むようにしたことを特徴とする請求項７に記載の自動検査装置。
11. 上記カート装置（６０）が
    それぞれ平行な状態で配置されたそれぞれの前側及び後側のチャネル支持部（６２，６４）と、
    上記前側及び後側のチャネル支持部（６２，６４）のそれぞれの端部に取り付けられそれとともに矩形のプラットフォームを形成するように協働する１対の横方向の側方ビーム（６６，６８）と、
    上記前側のチャネル支持部（６２）に取り付けられた垂直方向の直立したハンドル（７０）と、
    上記カート装置（６０）に選択的な可搬性を与えるように上記プラットフォームの下側に配置された複数のキャスター（７２）と、
    を含むようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の自動検査装置。
12. 上記キャスター（７２）が１１ｋｇ（２５ポンド）以下の押圧／引張りの力で上記カート装置（６０）の手動操作可能性が得られるような形になっていることを特徴とする請求項１１に記載の自動検査装置。
13. 上記カート装置（６０）が上記フレームの開口（５２）内での上記ハンドリング装置（５４）の粗位置合せを行う粗位置合せ機構を含むことを特徴とする請求項１２に記載の自動検査装置。

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