JP5377915B2

JP5377915B2 - 検査装置及び検査方法

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Publication number: JP5377915B2
Application number: JP2008252428A
Authority: JP
Inventors: 浩雨宮; 浩文片桐; 哲大塚; 慎司渕上
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: TWI447398B; TW201030346A; CN101714517A; JP2010087090A; KR101208800B1; KR20100036996A; CN101714517B

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の低温検査を行う検査装置及び検査方法に関し、更に詳しくは検査室内の露点を安定化し、信頼性の高い低温検査を行うことができる検査装置及び検査方法に関するものである。

従来の検査装置は、互いに隣接するローダ室及びプローバ室を備え、ローダ室からの被検査体（例えば、半導体ウエハ）をプローバ室において電気的特性検査を行う。ローダ室は、複数の被検査体（例えば、半導体ウエハ）をカセット単位で収納する収納部と、カセットからウエハＷを一枚ずつ搬出入するウエハ搬送機構と、半導体ウエハのプリアライメントを行うプリアライメント機構と、を備えている。プローバ室は、半導体ウエハを載置し且つ半導体ウエハを所望の温度に調節する温度調節機構を有する載置台と、載置台の上方に配置され且つ複数のプローブを有するプローブカードと、半導体ウエハの複数の電極パッドと複数のプローブとのアライメントを行うアライメント機構と、を備え、制御装置の制御下で、載置台上の半導体ウエハを温度調節機構で所望の温度に調節し、半導体ウエハの複数の電極パッドと複数のプローブを電気的に接触させて半導体ウエハに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行なうように構成されている。特に、半導体ウエハをマイナスの低温領域で検査する場合には、プローバ室を密閉し、室内の空気を所定の露点に維持し、半導体ウエハへの着霜、氷結を防止している。

而して、ローダ室及びプローバ室には搬送機構や載置台などの駆動機器があるため、駆動機器の駆動部からパーティクルやオイルミスト等の塵埃が発生し、検査不良の原因になることがある。そのため、一般的には、検査装置にＦＦＵ（Fan Filter Unit）を取り付け、検査装置内の空気を循環させてパーティクルを除去している。

例えば、特許文献１には検査装置に適用可能なミニエンバイロメント装置が記載されている。このミニエンバイロメント装置では、搬送機構等が収納された筐体の上部にＦＦＵを取り付け、ＦＦＵで筐体内にダウンフローで清浄な空気を供給し、床面から排気するようにしている。また、特許文献２にはＦＦＵを備えた基板処理装置が記載されている。この基板処理装置では処理チャンバとこれを囲むハウジングの二重構造の壁面を備え、ハウジングの天井に取り付けられたＦＦＵから壁面間の空間へ清浄な空気を供給し、処理チャンバの４つの壁面に形成された孔から処理チャンバ内に清浄な空気を供給し、処理チャンバ内で螺旋気流を形成し床面側から排気している。

特開２００７−２２０７７３号公報特開２００８−０３４６４８号公報

しかしながら、例えば半導体ウエハの低温検査をする場合にはプローバ室が密閉されているため、従来のＦＦＵのように清浄な空気がプローバ室内をダウンフローで通過する形式を採用することができない。そのため、ＦＦＵを用いて清浄な空気がプローバ室内を循環する形式を採用している。ところが、ＦＦＵは大きな設置スペースが必要である上に風量が大きいため、プローバ室内の露点が安定しないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空気の循環装置をコンパクト化すると共にプローバ室内の露点を安定化し、信頼性の高い低温検査を行うことができる検査装置及び検査方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の検査装置は、載置台上に載置された被検査体を低温領域の所定温度に調整して上記被検査体の電気的特性検査を行うプローバ室と、上記プローバ室の側面に沿って配置され且つ上記プローバ室内の乾燥空気を除塵しながら循環させる循環装置と、上記プローバ室内で上記乾燥空気の露点を監視する露点計と、上記循環装置及び上記プローバ室内の載置台を含む機器を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置の制御下で、上記露点計で上記乾燥空気の露点を監視し、上記監視の結果に基づいて上記乾燥空気の温度を上記被検査体への着霜及び氷結を防止する所定の露点に制御する検査装置であって、上記循環装置は、上記プローバ室内の乾燥空気を循環させる送風ユニットと、上記送風ユニットを介して循環する乾燥空気中から塵埃を除去するフィルタユニットと、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の検査装置は、請求項１に記載の発明において、上記プローバ室に乾燥空気を供給する手段を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の検査装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記送風ユニットは第１のフィルタ及び送風機を有し、上記フィルタユニットは第２のフィルタを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の検査装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記循環装置は放熱機器を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の検査方法は、載置台上に載置された被検査体を低温領域の所定温度に調整して上記被検査体の電気的特性検査を行うプローバ室と、上記プローバ室の側面に沿って配置され且つ上記プローバ室内の乾燥空気を除塵しながら循環させる循環装置と、上記プローバ室内で上記乾燥空気の露点を監視する露点計と、上記循環装置及び上記プローバ室内の載置台を含む機器を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置の制御下で、上記露点計で上記乾燥空気の露点を監視し、上記監視の結果に基づいて上記乾燥空気の温度を上記被検査体への着霜及び氷結を防止する所定の露点に制御する検査装置を用い、上記被検査体を上記低温領域まで冷却して電気的特性検査を行う検査方法であって、上記載置台を用いて上記被検査体を低温領域まで冷却する工程と、上記循環装置を用いて上記プローバ室内に乾燥空気を循環させる工程と、上記乾燥空気が循環する間に上記乾燥空気中の塵埃を除去する工程と、上記制御装置を用いて上記循環装置の風量を制御する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の検査方法は、請求項５に記載の発明において、上記プローバ室への上記循環装置の吐出風量を１４６〜１７２Ｌ／分に設定することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の検査方法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記プローバ室内に乾燥空気を供給する工程を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、空気の循環装置をコンパクト化すると共にプローバ室内の露点を安定化し、信頼性の高い低温検査を行うことができる検査装置及び検査方法を提供することができる。

以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明の検査装置の一実施形態を示す構成図、図２は図１に示す検査装置の正面の一部を破断して示す正面図、図３は図１に示す送風ユニットを示す斜視図、図４は図３に示す送風ユニットのファンを示す斜視図、図５は図１に示す検査装置のフィルタユニットを分解して示す斜視図である。

本実施形態の検査装置１０は、例えば図１に示すように、ローダ室１１、プローバ室１２及び循環装置１３を備え、制御装置１４の制御下で循環装置１３によってプローバ室１２内の乾燥空気を循環させながら半導体ウエハＷをマイナス領域の温度雰囲気下で電気的特性検査を行えるようになっている。従って、プローバ室１２には乾燥空気を供給する配管１５が接続され、低温検査時にはプローバ室１２内に乾燥空気を供給し、所定の露点を確保するようにしてある。プローバ室１２内が所定の乾燥空気で満たされた後、循環装置１３が制御装置１４の制御下で駆動しプローバ室１２内の露点を一定に保持するようにしている。尚、図１において、１５Ａはプローバ室１２内の空気を排出する配管である。

ローダ室１１は、図１、図２に示すように、例えば２５枚の半導体ウエハＷが収納されたカセットＣを収納するカセット収納部と、カセットＣ内の半導体ウエハＷを一枚ずつ搬送するウエハ搬送機構１１１と、ウエハ搬送機構１１１で半導体ウエハＷを搬送する間に半導体ウエハＷのプリアライメントを行うプリアライメント機構１１２と、を備えている。

プローバ室１２は、図１、図２に示すように、半導体ウエハＷを載置する載置台１２１と、載置台１２１の上方に配置され且つ複数のプローブ１２２Ａを有するプローブカード１２２と、載置台１２１上の半導体ウエハＷの複数の電極パッドと複数のプローブ１２２Ａのアライメントを行うアライメント機構１２３と、を備え、制御装置１４の制御下で、載置台１２１とアライメント機構１２３が協働して、半導体ウエハＷのデバイスの複数の電極パッドとプローブカード１２２の複数のプローブ１２２Ａとのアライメントを行った後、半導体ウエハＷの各デバイスの電気的特性検査を行うように構成されている。このプローバ室１２は、気密を保持する構造になっている。

載置台１２１は、図２に示すように、ＸＹテーブル１２４を介して半導体ウエハＷをＸ、Ｙ方向に移動すると共に、昇降駆動機構（図示せず）及びθ機構を介して半導体ウエハＷをＺ方向及びθ方向に移動する。この載置台１２１は温度調節機構（図示せず）を内蔵し、低温検査時に温度調節機構によって半導体ウエハＷを冷却してマイナス領域の所定温度に設定することができる。尚、高温検査時には温度調節機構で半導体ウエハＷを加熱して高温領域の所定温度に設定する。

アライメント機構１２３は、図２に示すように、載置台１２１とプローブカード１２２の間で移動する第１のカメラ１２３Ａと、載置台１１の側方に付設された第２のカメラ１２３Ｂと、第１のカメラ１２３Ａが固定されたアライメントブリッジ１２３Ｃと、アライメントブリッジ１２３Ｃをプローバ室１２の背面側とプローブセンタ（プローブカードの中心の延長線上に位置する）の間で移動案内する左右一対のガイドレール１２３Ｄと、を備えている。第１のカメラ１２３Ａは、アライメントブリッジ１２３Ｃ及びガイドレール１２３Ｄを介してプローバ室の背面側からプローブセンタとの間を移動し、プローブセンタにおいてＸ、Ｙ方向へ移動する載置台１２１上の半導体ウエハＷを撮像する。第２のカメラ１２３Ｂは、載置台１２１を介してプローブカード１２２のプローブ１２２Ａの真下へ移動し、この位置でプローブ１２２Ａを撮像する。

また、制御装置１４は、例えば循環装置１３を駆動させるプログラムやその他のプログラム、更には種々のデータを記憶する記憶部（図示せず）と、種々のデータを演算処理する中央演算処理部（図示せず）と、を備えたコンピュータを主体に構成されている。

而して、循環装置１３は、図１に示すように、プローバ室１２内の乾燥空気をプローバ室１２の背面に形成された吸引口１２Ａから吸引して循環させる送風ユニット１３１と、送風ユニット１３１とプローバ室１２の背面に形成された吐出口１２Ｂとの間に介在し且つ乾燥空気が循環する間に乾燥空気から塵埃を除去するフィルタユニット１３２と、を備え、プローバ室１２の背面外側に沿って設置できる大きさにコンパクト化されている。プローバ室１２の吸引口１２Ａと送風ユニット１３１、送風ユニット１３１とフィルタユニット１３２、及びフィルタユニット１３２とプローバ室１２の吐出口１２Ｂは、いずれも配管１３３を介して接続されている。

送風ユニット１３１は、図１〜図３に示すように、第１のフィルタ（以下、「プレフィルタ」と称す。）１３４、送風機（ファン）１３５及びこれらを収納する第１のハウジング１３６を備え、プローバ室１２の背面に取り付けられている。プレフィルタ１３４は、ファン１３５がプローバ室１２から吸引する空気から比較的粒子径が大きなパーティクルやオイルミスト等の塵埃を除去し、フィルタユニット１３２の負荷を軽減するためのフィルタである。プレフィルタ１３４としては、例えば粗塵用エアフィルタなどが用いられる。

第１のハウジング１３６は、図３、図４に示すように、２台のファン１３５を収納する矩形状で上面が開口する本体１３６Ａと、本体１３６Ａの上面開口を密閉し且つ２台のファン１３５の吸引側に装着されたプレフィルタ１３４を覆う蓋体１３６Ｂとからなり、内部の気密を保持する構造になっている。本体１３６Ａは、図３に示すように、矩形状の枠体１３６Ｃと、枠体１３６Ｃの上面開口以外の５箇所の開口に着脱可能に取り付けられる板部材１３６Ｄと、を有している。本体１３６Ａの一側面を形成する板部材１３６Ｄにはファン１３５の吐出側の配管接続部材１３３Ａが取り付けられている。また、蓋体１３６Ｂは、図３に示すように、本体１３６Ａとの接続側にプレフィルタ１３４を収納する矩形状部１３６Ｅと、矩形状部１３６Ｅの上面から上方に突出させて連設された四角錐台部１３６Ｆとを有している。四角錐台部１３６Ｆにはファン１３５の吸引側の配管接続部材１３３Ｂが取り付けられている。２台のファン１３５は、図４に示すように本体１３６Ａの底面の板部材１３６Ｄ上に取付部材１３６Ｇによって並列配置して固定されている。尚、図３では本体１３６Ａの内部を部分的に示すために一側面の板部材１３６Ｄが省略されている。

ファン１３５には図１に示すようにスイッチ回路１３７を介して電源回路１３８が接続されている。スイッチ回路１３７及び電源回路１３８は、制御装置１４の制御下にある。そして、制御装置１４が電源回路１３８の電圧を制御することによってファン１３５の風量を制御するようにしてある。ファン１３５は、小型のファンが用いられる。小型のファン１３５は風量が小さいため、１台のファン１３５ではプローバ室１２内のマイナスの温度領域での乾燥空気の露点（例えば、−７０℃）を安定的に保持することが難しいため、本実施形態では２台のファン１３５が使用されている。ファン１３５の風量が大きくなるとプローバ室１２内の循環空気量が増えて安定した露点の確保が難しくなる。

送風ユニット１３１のプレフィルタ１３４は、プローバ室１２の吸引口１２Ａから吸引される空気から比較的粒子径が大きなパーティクルやオイルミスト等の塵埃を除去し、フィルタユニット１３２の負荷を軽減するためのフィルタである。このようなフィルタとしては、例えば粗塵用エアフィルタなどが用いられる。

フィルタユニット１３２は、図１、図５に示すように第２のフィルタ（メインフィルタ）１３９及びメインフィルタ１３９を収納する第２のハウジング１４０を備え、例えばプローバ室１２の背面に送風ユニット１３１の下方に配置して取り付けられている。メインフィルタ１３９は、送風ユニット１３１を通過した乾燥空気中に残っている粒子径の小さいパーティクルやオイルミストを除去するフィルタである。メインフィルタ１３９としては、例えばＨＥＰＡフィルタなどが用いられる。

第２のハウジング１４０は、図５に示すように、矩形の漏斗状に形成された上下の部材１４０Ａ、１４０Ｂを、それぞれの拡径した開口側が嵌合して形成され、内部の気密を保持する構造になっている。第２のハウジング１４０の中間部には扁平な矩形状の空間が形成され、この空間にメインフィルタ１３９が収納されている。上側の漏斗状部材１４０Ａは、漏斗部が四角錐台上に形成され、その上面に２台のファン１３５に連通する配管１３３に接続するための接続部材１３３Ｃが取り付けられている。下側の漏斗状部材１４０Ｂは、漏斗部が上側のものよりも深い四角錐台上に形成され、その下面にプローバ室１２の吐出口１２Ｂに連通する配管１３３に接続するための接続部材１３３Ｄが取り付けられている。

また、送風ユニット１３１とフィルタユニット１３２との間に放熱器（図示せず）を設けることができる。このように放熱器を設けることにより、乾燥空気が送風ユニット１３１を通過する間に昇温しても放熱器によって乾燥空気の温度を下げてプローバ室１２内の乾燥空気の温度を安定化することができる。また、図示してないが、プローバ室１２内には制御装置１４の制御下にある露点計が設けられ、この露点計がプローバ室１２内の露点を監視し、プローバ室１２内の露点を略一定になるように制御装置１４によって制御している。

循環装置１３は以上の構成を有するため、プローバ室１２内でパーティクルやオイルミスト等の塵埃が発生しても、制御装置１４の制御下にあるファン１３５によってプローバ室１２内の乾燥空気を循環させ、乾燥空気が循環する間にプレフィルタ１３４及びメインフィルタ１３９がこれらの塵埃を二段階で除去し、プローバ室１２内の乾燥空気を常に清浄化すると共に、プローバ室１２内の乾燥空気の露点を略一定に保持することができ、延いては検査の信頼性を高めることができる。

次に、上記検査装置１０を用いた本発明の検査方法の一実施形態について説明する。

まず、制御装置１４の制御下でローダ室１１内のウエハ搬送機構１１１が駆動し、カセットＣから半導体ウエハＷを一枚搬出し、プリアライメント機構１１２を介してプリアライメントした後、プローバ室１２内へ搬送し、載置台１２１上に載置する。この時、プローバ室１２内には配管１５、１５Ａを介して乾燥空気に置換されている。この乾燥空気の露点が例えば−７０℃に調整されている。

載置台１２１上に半導体ウエハＷが載置されると、載置台１２１の温度調節機構が載置台１２１上の半導体ウエハＷを冷却し、例えば−６０℃に設定する。この間に循環装置１３が駆動し、２台のファン１３５によってプローバ室１２内の乾燥空気を表１に示す風量で循環させる。その風量は、吸引側が１２８〜１５０Ｌ／分の範囲で、吐出側が１４６〜１７２Ｌ／分の範囲であることが好ましい。吐出側の風量と吸引側の風量の差は、プレフィルタ１３４等における圧力損失によるものである。上記風量で乾燥空気を循環させることによって、プローバ室１２内の乾燥空気の露点の悪化を防止し、所望の露点で安定化させることができる。２台のファン１３５の風量が上記範囲を逸脱するとプローバ室１２内の乾燥空気の露点が不安定になる虞があって、好ましくない。乾燥空気の循環風量は、プローバ室１２内の容積によって適宜調節する。尚、上記風量は、プローバ室１２の容量が４００Ｌの場合である。

上記風量で乾燥空気を循環させながら半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うことによって、常に安定した露点を有する清浄な乾燥空気雰囲気下で検査を行うことができ、信頼性の高い検査を行うことができる。

また、送風ユニット１３１とフィルタユニット１３２間に放熱器を設けることによってプローバ室１２内の露点を更に安定化することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、プローバ室１２と、プローバ室１２の背面に沿って配置され且つプローバ室１２内の乾燥空気を循環させる循環装置１３と、プローバ室１２内で乾燥空気の露点を監視する露点計と、循環装置１３及びプローバ室１２内の載置台１２１を含む機器を制御する制御装置１４と、を備え、制御装置１３の制御下で、露点計で乾燥空気の露点を監視し、この監視の結果に基づいて乾燥空気の温度を半導体ウエハＷへの着霜及び氷結を防止する所定の露点に制御する検査装置１０を用い、半導体ウエハＷを低温領域まで冷却して電気的特性検査を行う際に、載置台１２１の温度調節機構を用いて半導体ウエハＷを低温領域まで冷却する工程と、循環装置１３を用いてプローバ室１２内の乾燥空気を循環させる工程と、乾燥空気が循環する間に乾燥空気中の塵埃を除去する工程と、制御装置１４を用いて循環装置１３の風量を制御する工程と、を備えているため、循環装置１３をコンパクト化すると共にプローバ室１２内の乾燥空気の露点の悪化を防止することにより露点を安定化し、清浄な乾燥空気雰囲気下で信頼性の高い検査を行うことができる。

また、本実施形態によれば、プローバ室１２内に乾燥空気を供給する配管１５を有するため、プローバ室１２内の所定の露点を有する乾燥空気雰囲気を短時間で形成することができる。また、循環装置１３が放熱器を備えていることにより、プローバ室１２内の乾燥空気の露点を更に安定化することができる。

尚、上記実施形態では２台のファン１３５を備えた送風ユニット１３１について説明したが、プローバ室１２の容量に即してファン１３５の設置台数は適宜変更することができる。また、上記実施形態ではプレフィルタ１３４を備えた送風ユニット１３１について説明したが、プローバ室１２内で発塵しにくい場合などにはプレフィルタ１３４を設けなくても良い。また、上記実施形態ではプローバ室の空気を循環させる場合について説明したが、ローダ室内の空気も同時に循環させるようにしても良い。

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体を検査する検査装置及び検査方法に好適に利用することができる。

図１は本発明の検査装置の一実施形態を示す構成図である。図１に示す検査装置の正面の一部を破断して示す正面図である。図１に示す送風ユニットを示す斜視図である。図３に示す送風ユニットのファンを示す斜視図である。図１に示す検査装置のフィルタユニットを分解して示す斜視図である。

符号の説明

１０検査装置
１２プローバ室
１３循環装置
１４制御装置
１５乾燥空気を供給する手段
１２１載置台
１３１送風ユニット
１３２フィルタユニット
１３４プレフィルタ（第１のフィルタ）
１３９メインレフィルタ（第２のフィルタ）
Ｗ半導体ウエハ（被検査体）

Claims

載置台上に載置された被検査体を低温領域の所定温度に調整して上記被検査体の電気的特性検査を行うプローバ室と、上記プローバ室の側面に沿って配置され且つ上記プローバ室内の乾燥空気を除塵しながら循環させる循環装置と、上記プローバ室内で上記乾燥空気の露点を監視する露点計と、上記循環装置及び上記プローバ室内の載置台を含む機器を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置の制御下で、上記露点計で上記乾燥空気の露点を監視し、上記監視の結果に基づいて上記乾燥空気の温度を上記被検査体への着霜及び氷結を防止する所定の露点に制御する検査装置であって、上記循環装置は、上記プローバ室内の乾燥空気を循環させる送風ユニットと、上記送風ユニットを介して循環する乾燥空気中から塵埃を除去するフィルタユニットと、を備えたことを特徴とする検査装置。
上記プローバ室に乾燥空気を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
上記送風ユニットは第１のフィルタ及び送風機を有し、上記フィルタユニットは第２のフィルタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検査装置。
上記循環装置は放熱機器を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の検査装置。
載置台上に載置された被検査体を低温領域の所定温度に調整して上記被検査体の電気的特性検査を行うプローバ室と、上記プローバ室の側面に沿って配置され且つ上記プローバ室内の乾燥空気を除塵しながら循環させる循環装置と、上記プローバ室内で上記乾燥空気の露点を監視する露点計と、上記循環装置及び上記プローバ室内の載置台を含む機器を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置の制御下で、上記露点計で上記乾燥空気の露点を監視し、上記監視の結果に基づいて上記乾燥空気の温度を上記被検査体への着霜及び氷結を防止する所定の露点に制御する検査装置を用い、上記被検査体を上記低温領域まで冷却して電気的特性検査を行う検査方法であって、上記載置台を用いて上記被検査体を低温領域まで冷却する工程と、上記循環装置を用いて上記プローバ室内に乾燥空気を循環させる工程と、上記乾燥空気が循環する間に上記乾燥空気中の塵埃を除去する工程と、上記制御装置を用いて上記循環装置の風量を制御する工程と、を備えたことを特徴とする検査方法。
上記プローバ室への上記循環装置の吐出風量を１４６〜１７２Ｌ／分に設定することを特徴とする請求項５に記載の検査方法。
上記プローバ室内に乾燥空気を供給する工程を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の検査方法。