JP4949454B2

JP4949454B2 - プローブ装置

Info

Publication number: JP4949454B2
Application number: JP2009262082A
Authority: JP
Inventors: 正帯金
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: JP2011108832A

Description

本発明は、プローブ装置に関する。

従来、プローブ装置では、プローブカードのプローブ針等のプローブを半導体ウエハ（以下ウエハという。）等の被検査基板の半導体チップの電極パッドに接触させて電気的特性を調べるプローブテストを行っている。このプローブ装置は、プローブカード及び載置台を有するプローブ検査室と、ウエハキャリア（ＦＯＵＰ）が収容されるロードポートとプローブ検査室間でウエハを搬送する基板搬送機構が設けられたローダ室とを備えている。

そして、ロードポート内に搬入されたウエハキャリアからローダ室内に設けられた基板搬送機構がウエハを取り出し、ローダ室内のプリアライメント機構、あるいは基板搬送機構に設けられたプリアライメント機構により、プリアライメントを行った後、当該ウエハをプローブ検査室内の載置台に搬送している。また、基板搬送機構に支持されたウエハに記録された情報、例えばバーコードや文字を光学的に読み取る読み取り機構（例えば光学的文字読み取り機構（ＯＣＲ機構））を、ローダ室内に設けたプローブ装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ローダ室に対して複数のプローブ検査室を設けたプローブ装置も知られている。このようなプローブ装置では、クリーンルーム内における搬送ロボットによる搬送高さ及びフットプリントの削減の観点から、図８に示すように、ＦＯＵＰ（ウエハキャリア）２０をプローブ検査室２１より高い位置に配置し、ローダ室１内に設けた基板搬送機構３によってＦＯＵＰ２０から取り出したウエハをプローブ検査室２１の搬入出口２３の高さまで下降させ、この後水平方向にウエハを搬送して各搬入出口２３からプローブ検査室２１内に搬入出するように構成されている。また、このようなプローブ装置の場合、ＯＣＲ機構６０は、ＦＯＵＰ２０の載置部の下側に設けた構成となっている。

このプローブ装置では、図８中矢印で示すように、ＦＯＵＰ２０から取り出したウエハをプローブ検査室２１に搬入する際、基板搬送機構３をまず、ＯＣＲ機構６０の高さ位置まで下降させ（図中の矢印Ａ）、ＯＣＲ機構６０側に向けて一旦水平方向に移動させる（図中の矢印Ｂ）。そして、ＯＣＲ機構６０によりウエハに記録された文字の読み取りを行い、この後、基板搬送機構３を元の水平位置に戻し（図中の矢印Ｃ）、プローブ検査室２１の搬入出口２３の高さまで再度下降させる（図中の矢印Ｄ）。この後、所定のプローブ検査室２１の搬入出口２３の前までウエハを水平に搬送する（図中の矢印Ｅ）。

特開２００７−３２９４５８号公報

上記のプローブ装置では、さらにスループットを向上させて効率良く被検査基板の検査を行えるようにすることが求められている。

本発明は、このような事情に対処してなされたものであり、その目的は、スループットの向上を図ることができ、効率良く被検査基板の検査を行うことのできるプローブ装置を提供することにある。

本発明に係るプローブ装置は、直線上に配設された複数台のプローブ検査室と、前記プローブ検査室より上方に配置された収納容器から被検査基板を取出し、前記プローブ検査室の搬入出口の高さまで被検査基板を下降させた後、前記プローブ検査室の列の前方をこの列と平行に移動し、収納容器から取出した被検査基板を前記プローブ検査室内へ搬送する基板搬送機構を有するローダ室とを備え、前記プローブ検査室内に設けられた載置台に載置された被検査基板上の電極パッドと、プローブカードのプローブとを接触させて、前記被検査基板の被検査チップの電気的特性を測定するプローブ装置であって、前記基板搬送機構を前記プローブ検査室の列の前方をこの列と平行に移動させる水平移動機構上に、前記基板搬送機構に支持された被検査基板に記録されている情報を読み取るための読み取り機構を設け、前記基板搬送機構により、被検査基板を前記プローブ検査室の搬入出口へ搬入する工程途中で、前記読み取り機構による被検査基板に記録されている情報の読み取りを行うことを特徴とする。

本発明のプローブ装置では、スループットの向上を図ることができ、効率良く被検査基板の検査を行うことができる。

本発明の一実施形態のプローブ装置の概略を示す斜視図。図１のプローブ装置の概略を示す平面図。図１のプローブ装置の概略を示す側面図。図１のプローブ装置のウエハ搬送アームの概略を示す斜視図。図１のプローブ装置のプローブ検査室内部の概略を示す斜視図。図１のプローブ装置の搬入出口の外観を示す斜視図。図１のプローブ装置における基板搬送方法を示す説明図。従来のプローブ装置の構成を示す図。

以下、本発明の一実施形態のプローブ装置について、図１ないし図７を参照しながら説明する。図1に示すように、プローブ装置は、多数の被検査チップが配列された基板であるウエハＷの受け渡しを行うためのローダ室１と、ウエハＷに対してプロービングを行うプローブ装置本体２とを備えている。先ず、ローダ室１及びプローブ装置本体２の全体のレイアウトについて説明する。

ローダ室１は、複数收のウエハＷが収納された密閉型搬送容器であるＦＯＵＰ２０が搬入され、互いにＹ方向(図示左右方向)に離間して対向配置されたロードポート１１及びロードポート１２と、これらのロードポート１１，１２の間に配置された搬送室１０とを備えている。

ロードポート１１，１２は、各々ケーシング１３，１４を備え、ロードポート１１，１２の図示Ｘ方向に設けられた搬入口１５，１６から、ＦＯＵＰ２０が、ケーシング１３，１４内に搬入されるようになっている。搬入されたＦＯＵＰ２０は、ロードポート１１，１２に設けられている図示しない蓋体開閉手段により、蓋体が外されてロードポート１１,１２内の側壁に蓋体が保持されるようになっており、蓋体を外されたＦＯＵＰ２０は回転され、開口部が搬送室１０側に向けられる。

ローダ室１には、図２に示すようにプローブ装置を制御する制御部５が設けられている。制御部５は、例えばコンピュータからなり、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部を具備しており、この制御部５には、プローブテストプログラム５０等の制御プログラムがインプットされている。プローブテストプログラム５０には、ＦＯＵＰ２０がロードポート１１，１２に搬入され、ＦＯＵＰ２０からウエハＷがプローブ装置本体２に搬入されてプローブテストが行われ、その後ウエハＷがＦＯＵＰ２０に戻されてＦＯＵＰ２０が搬出されるまでのウエハＷの搬送スケジュールや、一連の各部の動作を制御するためのステップ群が組まれている。さらに、処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含めて、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ(光磁気ディスク)、ハードディスクなどの記憶媒体に格納されて制御部５にインストールされている。

プローブ装置本体２は、ローダ室１と図示Ｘ軸方向に並ぶように当該ローダ室１に隣接して配置され、Ｙ軸方向に複数台（例えば４台）並ぶプローブ検査室２１を備えている。なお、各プローブ検査室２１の上方には、図示しない検査用のテストヘッドが装着されるようになっている。

プローブ検査室２１は、図３に示すように筐体２２を備えており、筐体２２の内部にステージユニット２４と上側撮像部９とが設けられている。ステージユニット２４は、Ｘ、Ｙ、Ｚ（上下）軸方向に移動自在、即ち水平面上で縦横に移動自在かつ高さ方向に移動自在であって、更に上部が鉛直軸回りに回転する。このステージユニット２４の上部に、ウエハＷを載置するための載置台であり、真空吸着機能を有するウエハチャック４が設けられている。そして、ステージユニット２４の側部には、プローブカード６を撮像するためのマイクロカメラ等を備えた下側撮像部８が設けられている(図２参照)。

図３に示すように、上側撮像部９は、ウエハチャック４に載置されているウエハＷを撮像するためのマイクロカメラ等を備えている。ウエハチャック４及び上側撮像部９の移動領域の上方には、筐体２２の天井部を構成するヘッドプレート２５が設けられ、プローブカード６は、このヘッドプレート２５に装着保持されている。

プローブカード６の上面側には、図示しないテストヘッドが取り付けられ、プローブカード６とテストヘッドは、図示しないポゴピンユニットを介して電気的に接続されている。またプローブカード６の下面側には、上面側の電極群に夫々電気的に接続されたプローブ針７が、ウエハＷの電極パッドの配列に対応して、例えばプローブカード６の全面に設けられている。

搬送室１０には、図３に示すように、ウエハＷを搬送する基板搬送機構３が設けられている。基板搬送機構３は、鉛直軸回りに回転自在、昇降自在及び図示Ｙ方向に移動自在な搬送基台３０上に設けられ、進退可能な第１アーム体３５と第２アーム体３６との２枚のアーム体を備えている。図３には、Ｙ方向に伸びるレール１９に沿って移動する基台移動部３３と、基台移動部３３に対して昇降する基台昇降部３２と、基台昇降部３２に設けられた回転部３１が示されている。

また、レール１９に沿ってＹ方向に移動する基台移動部３３には、ウエハＷに記録された情報を読み取るための読み取り機構として、光学的文字読み取り機構（ＯＣＲ機構）６０が設けられている。このＯＣＲ機構６０は、基台移動部３３に対して支持部材６１によって支持されており、プローブ検査室２１の搬入出口２３と略同一の高さ位置に設けられている。そして、ウエハＷをプローブ検査室２１の搬入出口２３の高さまで下降させてＹ方向に搬送する際に、高さ方向の途中位置で一旦停止させることなく、搬入出口２３の高さまで下降させた位置でＯＣＲ機構６０による文字の読み取りを行えるようになっている。すなわち、本実施形態では、ウエハＷの搬送動作が、図３（ｂ）中に点線の矢印Ａ，Ｂで示すように、ＦＯＵＰ２０から取り出したウエハＷをプローブ検査室２１の搬入出口２３の高さまで下降させる下降動作（Ａ）と、この下降させたウエハＷを所定の搬入出口２３の前まで水平に搬送する水平搬送動作（Ｂ）との２段階の動作のみとなり、ＯＣＲ機構６０による文字の読み取りは、下降した位置における搬送基台３０の回転動作及び第１アーム体３５又は第２アーム体３６の伸縮動作等によって行うことができるようになっている。

このように、本実施形態では、ＯＣＲ機構６０がレール１９に沿ってＹ方向に移動する基台移動部３３に設けられているので、図８に示した従来のプローブ装置の場合に比べて基板搬送機構３により、ウエハＷをＦＯＵＰ２０から取り出してプローブ検査室２１のウエハチャック４に搬送するまでの時間の短縮を図ることができる。すなわち、図８に示すように、ウエハＷをＦＯＵＰ２０から取り出して下降させる際に、一旦下降動作を停止させ、水平方向に移動させてＯＣＲ機構６０による読み取りを行う場合（図８に示す矢印Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの搬送を行う場合）に比べて、基板搬送機構３による搬送動作を図３（ｂ）に示すＡ→Ｂの搬送に単純化することができ、搬送経路の短縮化と、搬送の一時停止回数を削減することによる搬送効率の向上を図ることができ、これによって、スループットの向上を図ることができる。

図４に示すように、第１アーム体３５と第２アーム体３６には、先端側にＵ字状の切り欠き部５５，５６が形成されている。そして、搬送基台３０の上面におけるアーム体の左右両端には一対のガイドレール３７が平行に設けられており、第1アーム体３５と第２アーム体３６とは、夫々アームガイド３８，３９を介して、これらガイドレール３７に沿って前後に移動する。

また、搬送基台３０には、第１アーム体３５、若しくは第２アーム体３６に載置されているウエハＷに対してプリアライメントするためのプリアライメント機構４０が設けられている。このプリアライメント機構４０は、図４に示すように、チャック部４１、センサブリッジ４２、受光センサ４３、光通過部４４を備えており、第１アーム体３５、第２アーム体３６の下方には図示しない発光部が設けられている。

チャック部４１は、ウエハＷを回転させる回転ステージであり、チャック部４１の回転中心は、搬送基台３０上を後退した第１アーム体３５、第２アーム体３６上のウエハＷの中心に対応する位置に設定されている。このチャック部４１は、図示Ｚ軸方向に昇降する昇降部を備えており、プリアライメントを行わない待機状態にあるときは、下降して第１アーム体３５、第２アーム体３６の進退に干渉しない位置で停止する。そしてプリアライメントを行うときは、上昇して第１アーム体３５若しくは第２アーム体３６上からウエハＷを僅かに持ち上げて回転できるように構成されている。

搬送基台３０の上面には、第１アーム体３５、第２アーム体３６に支持されているウエハＷと干渉しないセンサブリッジ４２が設けられており、このセンサブリッジ４２には、図示しない発光部から照射されてウエハＷを通過した光を受け取る受光センサ４３が搭載されている。そして第１アーム体３５、第２アーム体３６には、図示Ｘ軸方向に伸びる光透過部４４が形成されており、発光部からの光が透過部４４を通って、チャック部４１により第１アーム体３５若しくは第２アーム体３６から持ち上げられているウエハＷの周縁部(端部)を含む領域に、下方から照射される。

図５に示すように、ウエハチャック４は、ウエハＷの受け渡しを行うための受け渡し位置と、ウエハＷ表面の撮像位置と、プローブカード６のプローブ針７にウエハＷをコンタクトさせる検査位置との間で自在に移動できるようにＸ,Ｙステージ上に設けられている。Ｘ,Ｙステージ及びウエハチャック４を収容する筐体２２を構成する側壁のうち、搬送室１０側（前面側）の側壁２２ａの、隣接するプローブ検査室２１と接する領域には、面取り形状の角部２７が形成されている。すなわち、この角部２７は、前面側の側壁２２ａと、隣接するプローブ検査室２１との間の側壁とを接続する角の部分を面取りするように形成されている。そして、筐体２２の側壁には、筐体２２の前面の側壁２２ａから角部２７に渡って、前面から側面側に回り込むように開口し、屈曲した形状の搬入出口２３が形成されている。この搬入出口２３を介して搬送室１０の内部と筐体２２の内部とが接続されている。

図６に示すように、屈曲した形状の搬入出口２３には、搬入出口２３と同様に屈曲した形状とされたシャッタ部材１７が設けられている。このシャッタ部材１７は、シリンダ１８により昇降されて、搬入出口２３の開閉が行われる。シャッタ部材１７により、ウエハＷの搬入出時以外は、搬入出口２３が塞がれてプローブ検査室２１の内部が密閉状態に維持される。ウエハＷを筐体２２内のウエハチャック４上へ搬送する際には、シリンダ１８が作動しシャッタ部材１７が降下して搬入出口２３が開放される。

次に、このプローブ装置で行われるプローブテストの一連の流れについて説明する。まず、基板搬送機構３により、ウエハＷをロードポート１１，１２に載置されているＦＯＵＰ２０から搬出して、既に詳述したように基板搬送機構３に組み合わせて設けられたプリアライメント機構４０によりプリアライメントを行う。

次に、ウエハＷを、搬入出口２３の高さまで下降させ、まずＯＣＲ機構６０によるウエハＷに記載された文字の認識を行い、この後、所定のプローブ検査室２１の搬入出口２３まで水平方向に搬送する。その後、シャッタ部材１７が降下して搬入出口２３が開放され、搬入出口２３を介して、プローブ検査室２１のウエハチャック４上にウエハＷを搬送する。このような、ＦＯＵＰ２０からプローブ検査室２１のウエハチャック４までのウエハＷの搬入動作において、前述したとおり、本実施形態では、ＯＣＲ機構６０がレール１９に沿ってＹ方向に移動する基台移動部３３に設けられているので、図８に示した従来のプローブ装置の場合に比べウエハＷの搬送に要する時間を短縮することができる。

ウエハＷの搬入が完了した後に、シャッタ部材１７を閉じることにより、プローブ検査室２１の内部を気密状態にすることができる。これにより、ウエハ搬送時の熱や露点の悪化を軽減することができる。

ここで本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、筐体側壁(遮蔽板)を介して隣接する２つのプローブ検査室２１の角部２７を、互いに向かい合う面取り形状に形成することにより、一箇所に固定した基板搬送機構３からウエハＷを容易に搬入出することが可能となる。すなわち、中央のローディング位置から両プローブ検査室２１のウエハチャック４へウエハＷを搬送する際に、前面の搬入出口では、図７（ａ）に示すように、搬入出口の幅を充分に確保する必要があり、また、アームのストロークも充分に確保する必要がある。そこで、図７（ｂ）に示す形状にすることにより、最短のアームストロークで、搬送アームと搬入出口２３との干渉を避けて、ウエハＷを両プローブ検査室２１へ搬送することが可能となる。

このように、一箇所から２つのウエハチャック４へウエハＷを搬送することにより、基板搬送機構３の移動距離を小さくできて、スループットが改善されると共に、基板搬送機構３のサイズを小さくすることもできる。

上記動作を繰り返すことにより、全部のプローブ検査室２１にウエハＷを搬送し、各プローブ検査室２１でプローブテストが行われる。その間、基板搬送機構３は、第1アーム体３５で次に検査を行うウエハＷを搬出してプリアライメントを行い、搬送室１０内で待機する。

ウエハＷが搬入された第１のプローブ検査室２１では、下側撮像部８でプローブカード６を撮像すると共に、上側撮像部９でウエハチャック４上のウエハＷを撮像して、プローブ針７の先端位置とウエハＷの表面の図示しない電極パッドの位置の撮像データを取得し、その撮像データを基にプローブ針７と電極パッドとを接触させるコンタクト座標を求めてそのコンタクト座標にウエハＷを移動させる。

そして、プローブ針７と電極パッドとをコンタクトさせてプローブテストが終了すると、ウエハチャック４が搬入出口２３の近傍に移動する。このとき基板搬送機構３の第２アーム体３６には、ウエハＷが乗っていないので、第２アーム体３６で検査済みのウエハＷを受け取ると共に、第１アーム体３５に支持されている未検査のウエハＷをウエハチャック４に受け渡す。その後基板搬送機構３は検査済みのウエハＷをＦＯＵＰ２０に戻すと共に、ＦＯＵＰ２０にまだ未検査のウエハＷが収納されている場合には、次に検査対象となるウエハＷを搬出する。

この一連の工程は、他の第２〜第４のプローブ検査室２１でも同様に行われる。以上の工程を経て本実施形態のプローブ装置では、４台のプローブ検査室２１に１つの基板搬送機構３で順次ウエハＷを搬送してプローブテストを行う。上述したプローブテストは、プローブテストプログラム５０に基づいて制御部５が各ユニットを制御することにより行われている。なお、本実施形態では、プローブ検査室２１は４台設けられているが、プローブ検査室２１の台数は何台でもよい。

なお、上述した実施形態において、プローブ検査室２１の搬入出口２３は屈曲形状としたが湾曲形状でもよい。また、シャッタ部材１７の開閉駆動機構にはシリンダ１８を用いているが、モーターや他の駆動機構を用いてもよい。さらに、シャッタ部材１７により密閉されたプローブ検査室２１内にドライエアーを充満させるようにして、内部の結露を防止するように構成してもよい。

１……ローダ室、２……プローブ装置本体、３……基板搬送機構、４……ウエハチャック(載置台)、１０……搬送室、２０……ＦＯＵＰ（収納容器）、２１……プローブ検査室、２２……筺体、２２ａ……側壁、２３……搬入出口、２４……ステージユニット、２７……角部、３５……第1アーム体、３６……第２アーム体、６０……ＯＣＲ機構。

Claims

直線上に配設された複数台のプローブ検査室と、
前記プローブ検査室より上方に配置された収納容器から被検査基板を取出し、前記プローブ検査室の搬入出口の高さまで被検査基板を下降させた後、前記プローブ検査室の列の前方をこの列と平行に移動し、収納容器から取出した被検査基板を前記プローブ検査室内へ搬送する基板搬送機構を有するローダ室とを備え、
前記プローブ検査室内に設けられた載置台に載置された被検査基板上の電極パッドと、プローブカードのプローブとを接触させて、前記被検査基板の被検査チップの電気的特性を測定するプローブ装置であって、
前記基板搬送機構を前記プローブ検査室の列の前方をこの列と平行に移動させる水平移動機構上に、前記基板搬送機構に支持された被検査基板に記録されている情報を読み取るための読み取り機構を設け、
前記基板搬送機構により、被検査基板を前記プローブ検査室の搬入出口へ搬入する工程途中で、前記読み取り機構による被検査基板に記録されている情報の読み取りを行う
ことを特徴とするプローブ装置。
前記水平移動機構は、
前記プローブ検査室の列の前方に、この列と平行に設けられたレールと、
前記レールに沿って移動し前記基板搬送機構が設けられた基台移動部とを具備し、
前記読み取り機構が、前記基台移動部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
前記基板搬送機構を、被検査基板を前記プローブ検査室の搬入出口へ搬入出する際の高さと同一高さに位置させた状態で、前記読み取り機構による被検査基板に記録されている情報の読み取りを行うよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブ装置。
前記読み取り機構が、被検査基板に記載された文字を読み取る光学的文字読み取り機構であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のプローブ装置。