JP6082453B2 - プローブカードのプリヒート方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハの電気的特性検査を行うウエハ検査装置に用いられるプローブカードのプリヒート方法に関し、更に詳しくは、短時間でプローブカードをプリヒートすることができるプローブカードのプリヒート方法に関する。

ウエハ検査装置としては、例えばウエハをそのままの状態で複数のデバイスについて電気的特性検査を行うプローブ装置や、ウエハ状態のまま加速検査を行うバーンイン検査装置等がある。

プローブ装置は、通常、ウエハを搬送するローダ室と、ウエハの電気的特性検査を行う検査室と、を備え、ローダ室及び検査室内の各種の機器を制御装置によって制御し、ウエハの電気的特性検査を行うように構成されている。ローダ室は、ウエハをカセット単位で載置するカセット載置部と、カセットと検査室との間でウエハを搬送するウエハ搬送機構と、ウエハ搬送機構でウエハを搬送する間にウエハの予備位置合わせ（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。検査室は、ローダ室からのウエハを載置し、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動する温度調節可能な載置台と、載置台の上方に配置されたプローブカードと、載置台と協働してプローブカードの複数のプローブとウエハの複数の電極パッドとの位置合わせ（アライメント）を行うアライメント機構と、を備え、載置台とアライメント機構とが協働してウエハとプローブカードのアライメントを行った後、必要に応じて所定の温度でウエハの電気的特性検査を行うように構成されている。

ウエハを加熱して高温下で検査をする場合には、加熱後のウエハは熱膨張しているため、加熱後のウエハの電極パッドと加熱されていないプローブカードのプローブとの間に位置ズレが生じて電極パッドとプローブを正確に接触させることができず、信頼性を確保することができない虞がある。そのため、従来からウエハの検査に先立ってプローブカードをプリヒートして電極パッドとプローブとの接触を確保するようにしている。

また、バーイン検査装置の場合には、例えば特許文献１において開示されているように、ウエハトレイで保持されたウエハの複数の電極パッドとプローブシートの複数のバンプの位置合わせを行った後、ウエハトレイ、ウエハ及びプローブシート等を真空吸着により一体化して一枚のカードとして組み立て、このカードを搬送してバーインユニット内に装着し、バーンインユニット内で所定の高温下でウエハの加速検査を行う。

特開平１１−１８６３４９号公報

しかしながら、従来のプローブ装置を用いてウエハの高温検査を行う場合には、ウエハを所定の温度（例えば、１５０℃）まで加熱して行うが、加熱されて熱膨張したウエハの電極パッドと加熱されていないプローブカードとの位置ズレを抑制するために、載置台を用いてプローブカードをプリヒートして熱膨張させ、ウエハの電極パッドとプローブの位置ズレを抑制している。しかし、この際、プローブカードのプローブが傷つかないように載置台をプローブカードの直近まで接近させ、ウエハとプローブカードのプローブが非接触の状態でプリヒートするため、プリヒートに要する時間が長くなる。そのうえプローブカードをプリヒートした後、熱膨張後のウエハとプローブカードとのアライメントを行わなくてはならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ウエハ検査装置を用いてウエハの電気的特性検査を高温で行う際に、プローブカードをウエハと一緒に短時間でプリヒートしてウエハの複数の電極パッドとプローブカードの複数のプローブとの位置ズレを防止することができるプローブカードのプリヒート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に記載のプローブカードのプリヒート方法は、ウエハを電気的特性検査の検査位置に位置合わせする位置合わせ機構を有するアライメント室と、上記ウエハの電気的特性検査を行う検査室と、を備え、上記検査室は、上記ウエハの上面に形成された複数の電極パッドに対応する複数のプローブを下面に有するプローブカードと、上記プローブカードの外周縁部に沿って配置されて上記複数のプローブを周囲から囲むシール部材と、上記ウエハを持ち上げて上記シール部材に上記ウエハの外周縁部を接触させる温度調節可能な昇降体と、上記ウエハ、上記シール部材及び上記プローブカードで形成される密閉空間を真空引きする排気機構と、を備え、上記ウエハの電気的特性検査を行う際に、上記検査室内で上記昇降体を用いて上記プローブカードをプリヒートする方法であって、上記昇降体を介して上記ウエハを持ち上げて上記ウエハの外周縁部を上記シール部材に接触させる第１の工程と、上記排気機構を介して上記密閉空間内を減圧して上記シール部材を介して上記ウエハを上記プローブカードに真空吸着させる第２の工程と、上記昇降体を上記ウエハから下降させ再度上昇させて上記プローブカードに真空吸着された上記ウエハを押圧してその外周縁部を上記シール部材に弾接させて上記ウエハの上面の上記複数の電極パッドと上記複数のプローブとを一括して電気的に接触させた後、上記プローブカードを上記昇降体によってプリヒートする第３の工程と、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２に記載のプローブカードのプリヒート方法は、請求項１に記載の発明において、上記アライメント室において上記ウエハをアライメントする工程を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブカードのプリヒート方法は、請求項２に記載の発明において、上記ウエハを、ウエハ保持体を介して上記アライメント室と上記検査室との間で搬送する工程を備えていることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に記載のプローブカードのプリヒート方法は、請求項３に記載の発明において、上記第２の工程の後で上記ウエハ保持体を上記検査室から搬出する工程を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ウエハ検査装置を用いてウエハの電気的特性検査を高温で行う際に、プローブカードをウエハと一緒に短時間でプリヒートしてウエハの複数の電極パッドとプローブカードの複数のプローブとの位置ズレを防止することができるプローブカードのプリヒート方法を提供することができる。

本発明のウエハ検査装置の一実施形態を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すウエハ検査装置を示す図で、（ａ）は正面側からの斜視図、（ｂ）は背面側からの斜視図である。 図１に示すウエハ検査装置の位置合わせ機構の要部を示す概念図である。 図１に示すウエハ検査装置の検査室の要部を示す概念図である。 図４に示す検査室の排気機構を具体的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す位置合わせ機構を用いる位置合わせ工程を示す工程図ある。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す位置合わせ機構を用いる位置合わせ工程で、図６に示す工程に続く工程図である。 図３に示す位置合わせ機構を用いる位置合わせ工程におけるウエハを示す斜視図ある。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に示す検査室での検査工程を示す工程図ある。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に示す検査室での検査工程を示す工程図で、図９に示す工程に続く工程図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に示す検査室での検査工程を示す工程図で、図１０に示す工程に続く工程図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の検査装置の他の実施形態を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は正面図である。 図１２に示す検査装置の載置機構の上側に配置されたウエハ移載機構を含む平面図である。 図１２に示す検査装置に用いられる搬送機構の上アームとウエハの保持板を示す平面図である。 図１２に示す検査装置の検査室と搬送機構との関係を説明するための説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１２に示す検査装置におけるウエハのプリアライメントを行なう時の工程図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１２に示すアライメント室でのアライメントを行う時の工程図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１７に示す工程に続く工程図である。

以下、図１〜図１８に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

第１の実施形態
本実施形態に用いられるウエハ検査装置１０は、例えば図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本体の正面にウエハＷをカセット単位で搬出入する細長く形成された搬出入領域Ｓ１と、搬出入領域Ｓ１に沿ってウエハＷを搬送するために形成された第１の搬送領域Ｓ２と、第１の搬送領域Ｓ２の両端に形成されたアライメント領域Ｓ３と、第１の搬送領域Ｓ２に沿ってウエハＷを搬送するために形成された第２の搬送領域Ｓ４と、第２の搬送領域Ｓ４に沿って形成されたウエハＷの検査領域Ｓ５と、に区画され、図２の（ａ）、（ｂ）に示すようにハウジング内に収納されている。これらの領域Ｓ１〜Ｓ５は、それぞれの領域が独立したスペースとして形成されている。そして、これらの領域Ｓ１〜Ｓ５内にはそれぞれＪ専用の機器が設けられ、これらの専用の機器が制御装置によって制御されている。

搬出入領域Ｓ１には図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように複数のウエハＷが収納されたＦＯＵＰ等の筐体Ｆを載置する載置機構１１が４箇所に設けられており、これらの載置機構１１が自動搬送装置（図示せず）等によって搬送される筐体Ｆを載置し、固定するように構成されている。搬出入領域Ｓ１に隣接する第１の搬送領域Ｓ２には各載置機構１１にそれぞれ載置された筐体Ｆ内のウエハＷを搬送する第１のウエハ搬送機構１２が設けられており、第１のウエハ搬送機構１２が第１の搬送領域Ｓ２内でウエハＷを搬送するように構成されている。第１のウエハ搬送機構１２は、ウエハＷを真空吸着し、あるいは後述のウエハ保持体を支持するために水平方向に旋回すると共に上下方向に昇降するように構成されたアーム１２Ａと、アーム１２Ａを旋回、昇降させる駆動機構を内蔵する躯体１２Ｂと、躯体１２Ｂを移動させる移動機構（図示せず）と、を備え、移動機構を介して第１の搬送領域Ｓ２内を移動してウエハＷを搬送するように構成されている。

図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の搬送領域Ｓ２の両端部に形成されたアライメント領域Ｓ３には、ウエハＷのプリアライメント室（図示せず）と、ウエハＷのアライメント室１３と、バッファ室（図示せず）とが設けられ、プリアライメント室、アライメント室１３及びバッファ室が互いに上下に配置されている。プリアライメント室にはウエハＷのプリアライメントを行うプリアライメント機構が設けられ、アライメント室１３にはウエハＷのアライメントを行うアライメント機構１４（図３参照）が設けられている。また、バッファ室はウエハＷを収納する収納機構が設けられている。バッファ室は、検査終了後のウエハＷの仮置き場所として、また、針研磨用ウエハの収納場所としても使用される。

而して、アライメント機構１４は、図３に示すように、床面（図示せず）上に設けられ且つ上下方向及び水平方向へ移動するように構成された筒状の移動体１４Ａと、移動体１４Ａを囲んで床面上に固定され且つウエハ保持体１５を一定の向きに位置決めする環状の位置決め部材１４Ｂと、移動体１４Ａと協働してウエハ保持体１５上のウエハＷをアライメントする第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２と、第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２が固定されたブリッジ１４Ｄと、を備え、第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２がそれぞれの焦点位置（アライメント高さ）でウエハＷの上面を撮像するように構成されている。第１のカメラ１４Ｃ_１は、アライメント室１３内のＸＹ座標の中心（ＸＹ座標の原点）に配置されてウエハＷの中心Ｃ（図８参照）を撮像するように配置され、第２のカメラ１４Ｃ_２はＸＹ座標の座標軸上に配置されてウエハＷの周縁部のターゲットマークＴ（図８参照）を撮像するように配置されている。そして、第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２は、それぞれウエハＷの中心ＣとターゲットマークＴを撮像し、制御装置は、これらの位置情報に基づいてウエハＷの中心ＣとターゲットマークＴの結ぶラインＬ（図８参照）を求め、ラインＬの座標軸に対する傾きを求めると共に予め登録されているプローブカードの複数のプローブに対応するウエハＷの電極パッドからの位置ズレを補正するようにしてある。

位置決部材１４Ｂは、図３に示すように移動体１４Ａの外径より大きな内径を有する円環状の板部材として形成され、その上面には周方向に所定間隔を空けて複数（例えば３個）の突起１４Ｂ_１が形成されている。複数の突起１４Ｂ_１は、第１のカメラ１４Ｃ_１を中心とする円周上に配置され、それぞれのＸＹ座標値がＸＹ座標の原点から等距離を隔てた位置に予め設定されている。また、アライメント室１３では、そのＸＹ座標において後述するプローブカードの複数のプローブの針先のＸＹ座標値が設定されている。

また、ウエハ保持体１５は、ウエハＷを保持する保持板１５Ａと、保持板１５Ａを着脱自在に支持する環状の支持体１５Ｂと、支持体１５Ｂの下面に位置決め部材１４Ｂの複数の突起１４Ｂ_１とそれぞれ嵌合する凹部１５Ｃ_１を有する、複数の位置決め部１５Ｃと、を備え、位置決め部材１４Ｂによって略水平に支持されて、常に一定の位置に配置するように構成されている。また、図３に示すように支持体１５Ｂには移動体１４Ａより大径の貫通孔が形成され、この貫通孔を移動体１４Ａが通り抜け、貫通孔内でＸＹ方向に移動できるように形成されている。

位置決め部材１４Ｂで支持されたウエハ保持体１５の中央部真下には移動体１４Ａが位置している。移動体１４Ａは、ウエハ保持体１５の真下から鉛直方向に上昇して保持板１５Ａと接触し支持体１５Ｂの貫通孔を通り抜けて保持板１５Ａを支持体１５Ｂからアライメント高さまで持ち上げるようになっている。また、移動体１４Ａは、アライメント高さにおいて支持体１５Ｂの貫通孔の範囲内でＸＹ方向へ移動して、第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２と協働してウエハＷのアライメントを行うようになっている。更に、移動体１４Ａは、アライメント後には元の位置に戻る間にアライメント後のウエハＷを保持した保持板１４Ｂをアライメント時のＸＹ座標値を保持したまま支持体１５Ｂ上に戻すようにしてある。アライメント後のウエハＷは、後述のようにウエハ保持体１５と一緒に検査領域Ｓ５へ搬送される。

図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の搬送領域Ｓ２及びアライメント領域Ｓ３に隣接する第２の搬送領域Ｓ４には第２のウエハ搬送機構１６が設けられており、第２のウエハ搬送機構１６が第２の搬送領域Ｓ４内を移動し、ウエハＷをアライメント領域Ｓ３と検査領域Ｓ５の間でウエハ保持体１５を介して搬送するように構成されている。この第２のウエハ搬送機構１６は、第１のウエハ搬送機構１３と同様にアーム１６Ａ、躯体１６Ｂ及び移動機構（図示せず）を備えて構成されている。

図１に示すように、第２の搬送領域Ｓ４に隣接する検査領域Ｓ５には、その領域Ｓ５に沿って複数（本実施形態では５箇所）の検査室１７が所定間隔を空けて配列されており、これらの検査室１７では第２のウエハ搬送機構１６によってウエハ保持体１５を介して搬送されるアライメント済みのウエハＷについて電気的特性検査を行うように構成されている。また、検査室１７は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように検査領域Ｓ５の各配列位置において上下方向に複数積層された積層構造として形成されている。各層の検査室１７は、いずれも同一構造を備えている。そこで、以下では一つの検査室１７を例に挙げて、例えば図４を参照しながら説明する。

検査室１７は、図４に示すように、ウエハＷの複数の電極パッドに対応する複数のプローブ１８Ａを有するプローブカード１８と、プローブカード１８が固定されたヘッドプレート１９と、ヘッドプレート１９の下面に取り付けられた円環状の固定リング２０を介して外周縁部が固定され且つ複数のプローブ１８Ａを囲む所定幅のリング状に形成されたウエハ吸着用のシール部材（以下、単に「シール部材」と称す。）２１と、ウエハ保持体１５を一体的に昇降させ且つウエハＷを所定の温度に冷却、加熱する温度調節機構を内蔵する昇降体２２と、昇降体２２によってシール部材２１に外周縁部で弾接したウエハＷとプローブカード１８との間に形成される密閉空間を真空引きしてウエハＷの複数の電極パッドと複数のプローブ１８Ａを一括接触させる排気手段（例えば真空ポンプ）（図示せず）と、を備えている。ヘッドプレート１９には、複数のポゴピンを矩形状のブロックによって束ねて保持するポゴピンブロック１９Ａが保持される貫通保持部がプローブカード１８の裏面の端子電極に対応して複数個所にマトリックス状に配列して形成されている。これらのポゴピンブロック１９Ａのポゴピンがプローブカード１８とテスタ（図示せず）とを接続している。ヘッドプレート１９とプローブカード１８の外周縁部にはそれぞれ図４に矢印で示す方向に排気する排気通路が形成され、これらの排気通路の出口には配管を介して真空ポンプに接続されている。排気手段及び排気通路を備えた排気機構については後述する。

図４に示すように、昇降体２２の下面にはフランジ部２２Ａが形成され、このフランジ部２２Ａの上面にはウエハ保持体１５の位置決め部材１５Ｃの凹部１５Ｃ_１と嵌合する複数の突起２２Ｂが周方向に所定間隔を空けて形成されている。これらの突起２２Ｂは、アライメント室１３内の位置決め部材１４Ｂに形成された複数の突起１４Ｂ_１に対応させて同一のＸＹ座標となる位置に配置されている。つまり、検査室１７内のＸＹ座標とアライメント室１３のＸＹ座標が同一の座標位置関係にあって、アライメント室１３においてアライメントされた保持板１５Ａ上のウエハＷは、検査室１７内で水平方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）の位置座標が再現されて、複数の電極パッドがプローブカード１８の複数のプローブ１８Ａと確実に接触するようにアライメントされている。尚、昇降体２２のフランジ部２２Ａ及び複数の突起２２Ｂがアライメント室１３内の位置決め部材１４Ｂに相当する。

昇降体２２は、フランジ部２２Ａの複数の突起２２Ｂにおいて支持するウエハ保持体１５をそのままプローブカード１８に向けて持ち上げ、アライメント後のウエハＷの周縁部をシール部材２１に弾接させて密閉空間を作ることができる。密閉空間は排気機構を介して減圧されて、ウエハＷがシール部材２１に真空吸着されるようになっている。また、昇降体２２は、真空吸着後のウエハＷをプローブカード１８側に残して下降してウエハ保持体１５をウエハＷから分離し、第２のウエハ搬送機構１６によってウエハ保持体１５を検査室１７から搬出した後、再び上昇してウエハＷと複数のプローブ１８Ａを圧接させ、所定の温度でウエハＷの電気的特性検査を行うように駆動する。検査後に、検査済みのウエハＷは、逆の経路を辿って検査室１７から搬出される。

このように、本実施形態の検査室１７のスペースは、ウエハ保持体１５が搬出入されるスペースと、ウエハ保持体１５で保持されたウエハＷをプローブカード１８に接触させるために昇降体２２が昇降するスペースがあれば十分である。そのため、検査室１７は、従来と比較して格段に高さを低くすることができ、上述のように積層構造を採用して検査室の設置スペースを格段に削減することができる。更に、昇降体２２は、ＸＹ方向に移動する必要がないため、検査室１７の占有面積も格段に削減することができる。また、アライメント機構１４は、各検査室１７で共有することができるため、従来のように高価なアライメント機構１４を検査室１７毎に設ける必要がなく、大幅なコスト削減を実現することができる。

また、図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、各検査室１７にはそれぞれ冷却ダクト２３が付設され、それぞれの冷却装置（図示せず）を介して検査中に発熱するウエハＷを冷却して常に一定の温度を維持するようにしてある。

ここで、ウエハＷの電気的特性検査を行う際にウエハＷをシール部材２１に真空吸着させる排気機構２４について例えば図５を参照しながら説明する。排気機構２４は、図５に示すように、プローブカード１８の外周縁部の一箇所に形成された第１排気通路２４Ａと、第１排気通路２４Ａに連通するようにヘッドプレート１９に上下方向に形成された第２排気通路２４Ｂと、この第２排気通路２４Ｂの周面の一箇所からヘッドプレート１９内に径方向に延設されてヘッドプレート１９の外周面で開口する第３排気通路２４Ｃと、第３排気通路２４Ｃに配管（図示せず）を介して接続された真空ポンプ（図示せず）と、を備えている。

第１排気通路２４Ａは、図５に示すようにプローブカード１８の外周縁部上面に形成された浅い凹陥部２４Ａ_１と、凹陥部２４Ａ_１の底部を貫通する孔２４Ａ_２と、凹陥部２４Ａ_１の上部開口を塞ぐ孔付きの金具２４Ａ_３と、を備えている。また、第２排気孔２４Ｂは、ヘッドプレート１９に上下方向に形成された貫通孔に装着された中空状の排気通路を有するボルト２４Ｂ_１と、この中空ボルト２４Ｂ_１をヘッドプレート１９に固定するナット２４Ｂ_２と、を備え、中空ボルト２４Ｂ_１の排気通路の軸心と金具２４Ａ_３の孔の軸心が一致するようにヘッドプレート１９に装着されている。この中空ボルト２４Ｂ_１の上端には第２排気通路２４Ｂを封止する蓋部材２４Ｄが装着されている。また、中空ボルト２４Ｂ_１の周面には排気通路と第２排気通路２４Ｃを連通する孔が形成されている。

また、図５に示すように、シール部材２１は、プローブ１８Ａの長さと略同一の厚さに形成されている。そのため、シール部材２１が昇降体２２で持ち上げられたウエハＷと接触することにより、ウエハＷの上面とプローブ１８Ａとの間に僅かな隙間が形成されるようになっている。このようにウエハＷがシール部材２１に接触した状態で真空ポンプが駆動すると、ウエハＷとプローブカード１８の間に形成される密閉空間が減圧されて、ウエハＷがシール部材２１に吸着されて弾接するため、ウエハＷの複数の電極パッドと複数のプローブ１８Ａが軽く接触し、上述のように昇降体２２が下降してもウエハＷはシール部材２１との吸着状態を保持することができる。

次に、動作について図６〜図１１を参照しながら説明する。

まず、自動搬送装置によって搬出入領域Ｓ１の各載置機構１１にＦＯＵＰ等の筐体Ｆを載置する。第１の搬送領域Ｓ２では第１のウエハ搬送機構１２が駆動し、アーム１２Ａを介して筐体ＦからウエハＷを一枚ずつ搬出し、アライメント領域Ｓ３のプリアライメント室内のプリアライメント機構へウエハＷを搬送すると、ここでウエハＷのプリアライメントが行われる。その後、第１のウエハ搬送機構１２は、アーム１２Ａを介してプリアライメント室からウエハＷを搬出し、アーム１２Ａを介してウエハＷをウエハ保持体１５と一緒にアライメント室１３へ搬送する。

その後、第１のウエハ搬送機構１２は、図６の（ａ）に示すようにウエハ保持体１５を介してウエハＷをアライメント室１３内へ搬送し、同図の（ｂ）に示すようにウエハ保持体１５を位置決め部１５Ｃへ引き渡す。この時、ウエハ保持体１５は、位置決め部１５Ｃの凹部１５Ｃ_１が位置決め部材１４Ｂの突起１４Ｂ_１と嵌合し、アライメント室１３におけるウエハ保持体１５の位置決めが自動的に行われる。位置決め後、同図の（ｂ）に矢印で示すように移動体１４Ａが上昇する。

移動体１４Ａが上昇して保持板１５Ａと接触し、更に図７の（ａ）に示すようにアライメント高さまで上昇して停止する。この位置で第１、第２のカメラ１４Ｃ_１、１４Ｃ_２及び移動体１４Ａが制御装置の制御下で作動する。即ち、図８に示すように、第１のカメラ１４Ｃ_１がウエハＷを撮像してウエハＷの中心Ｃを認識する。第１のカメラ１４Ｃ_１がウエハＷの中心Ｃを認識できない時には、移動体１４Ａがウエハ保持体１５の支持体１５Ｂの貫通孔の範囲内でＸＹ方向へ移動する間に第１のカメラ１４Ｃ_１が保持板１５Ａ上のウエハＷの中心Ｃを探し、第１のカメラ１４Ｃ_１で中心Ｃを認識する。次いで、第２のカメラ１４Ｃ_２がウエハＷの周縁部のターゲットＴを撮像し、中心ＣとターゲットＴを結ぶラインＬと座標軸とからウエハＷのθ方向の傾きを認識する。第２のカメラ１４Ｃ_２がウエハＷの傾きを認識すると、移動体１４Ａがθ方向に回転してウエハＷのＸＹ座標軸に対する傾きを補正する。引き続き、第１のカメラ１４Ｃ_１がウエハＷの中心を再度確認し、ウエハＷの中心Ｃを認識するという一連の動作によってウエハＷのアライメントを終了する。

アライメント後には、移動体１４Ａが元の位置まで下降するが、その途中で保持板１５Ａが支持体１５Ｂ上に載置される。その後、第２の搬送領域Ｓ４では第２のウエハ搬送機構１６が駆動し、図７の（ｂ）に矢印で示すようにウエハＷをウエハ保持体１５と一緒にアライメント室１３から検査領域Ｓ５の所定の検査室１７まで搬送する。

第２のウエハ搬送機構１６は、図９の（ａ）に示すように検査領域Ｓ５にある所定の検査室１７内に搬送し、同図の（ｂ）に示すようにウエハ保持体１５を昇降体２２に引き渡す。この時、ウエハ保持体１５の位置決め部１５Ｃの複数の凹部１５Ｃ_１と昇降体２２の複数の突起２２Ｂが嵌合し、検査室１７内においてウエハ保持体１５が自動的に位置決めされ、アライメント室１３でのアライメント状態を維持する。昇降体２２は、同図の（ｂ）に矢印で示すようにアライメント位置からウエハ保持体１５を支持したままシール部材２１に弾接するまで鉛直方向に上昇する。

昇降体２２が上昇すると、図１０の（ａ）に示すようにウエハＷの周縁部がシール部材２１に接触し、ウエハＷ、シール部材２１及びプローブカード１８によって密閉空間が形成される。ここで排気機構２４の真空ポンプが作動して第１、第２、第３排気通路２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ（図５参照）から密閉空間内の空気を同図の（ａ）に矢印で示すように排気してウエハＷをシール部材２１に対して真空吸着させる。ウエハＷがシール部材２１に真空吸着されると、昇降体２２が同図の（ａ）に白抜きの矢印で示すようにウエハ保持体１５を支持したまま元の位置まで下降する。この間に、第２のウエハ搬送機構１６がウエハ保持体１５を昇降体２２から分離し、同図の（ｂ）に白抜きの矢印で示すように検査室１７からアライメント領域Ｓ３のバッファ室へウエハ保持体１５を戻す。ウエハ保持体１５は次のウエハＷの検査に備える。

ウエハ保持体１５が検査室１７から搬出されると、図１１の（ａ）に白抜きの矢印で示すように昇降体２２が再び鉛直方向に上昇し、同図の（ｂ）に示すように昇降体２２によってプローブカード１８に真空吸着されているウエハＷを押圧してウエハＷの複数の電極パッドとプローブカード１８の複数のプローブ１８Ａを一括して電気的に接触させる。ウエハＷとプローブカード１８が電気的に接触した状態でウエハＷの電気的特性検査を実行する。

ウエハＷの高温検査を行う場合には、昇降体２２の温度調節機構を介して昇降体２２を介してウエハＷを所定の温度（例えば、１５０℃）まで加熱する。加熱されたウエハＷとプローブカード１８との間に温度差がある。そのため、加熱後のウエハＷをプローブカード１８に接触させると、ウエハＷの電極パッドとプローブ１８Ａとのアライメントを行ったにもかかわらず、電極パッドとプローブ１８との間に位置ズレが生じ、信頼性のある検査を確保することが難しい。

そこで、本実施形態では、図５、図１１の（ｂ）に示すように検査室１７からウエハ保持体１５を搬出した後、シール部材２１に真空吸着されたウエハＷに昇降体２２を接触させ、この状態でウエハＷを加熱（プリヒート）する。この時、ウエハＷは、シール部材２１に弾接すると共にプローブカード１８の全てのプローブ１８Ａと接触している。これにより、ウエハＷを加熱すると、ウエハＷと接触する全てのプローブ１８Ａを介してウエハＷからプローブカード１８までの直接の熱伝達とウエハＷからの輻射熱でプローブカード１８を所定温度まで短時間で加熱することができる。また、ウエハＷとプローブ１８Ａはアライメント時の接触状態を維持したまま熱膨張し、位置ズレすることなく略同一の検査温度までプリヒートすることができる。プリヒートした直後から連続して、そのままの状態でウエハＷの高温検査を実行することができ、検査の信頼性を確保することができる。

検査を終了すると、昇降体２２が下降して元の位置に戻る。この間に第２のウエハ搬送機構１６がウエハ保持体１５を検査室１７内へ搬入し、昇降体２２にウエハ保持体１５を引き渡した後、第２のウエハ搬送機構１６が検査室１７から一旦退出する。一方、昇降体２２はウエハ保持体１５を伴って上昇し、保持板１５Ａを検査済みのウエハＷに接触させる。この時、排気機構２４の真空ポンプによる真空吸着を止め、密閉空間を常圧に戻した後、昇降体２２が元の位置に戻る間に、第２のウエハ搬送機構１６がウエハ保持体１５を昇降体２２から受け取って検査室１７から退出し、バッファ室にウエハ保持体１５を戻す。引き続き、第１のウエハ搬送機構１２が駆動してウエハ保持体１５から載置機構１１の筐体Ｆ内へウエハＷを戻す。これらの一連の動作によってウエハＷの検査を終了する。他のウエハＷについても筐体Ｆから検査領域Ｓ５の複数の検査室１７にそれぞれ搬送され、同様に検査が行われる。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハＷの高温検査を行う場合には、ウエハＷとプローブカード１８とのアライメント後のウエハＷとプローブカード１８を真空吸着させ、この状態でウエハＷと接触する昇降体２２によってウエハＷを所定の温度までプリヒートするため、ウエハＷとプローブカード１８はアライメントされた状態をそのまま維持することができ、プリヒート後に改めてウエハＷとプローブカード１８とのアライメントをする必要がなく、しかもウエハＷの電極パッドとプローブ１８Ａを位置ズレすることなく高温検査を行うことができ、高温検査での信頼性を確保することができる。

第２の実施形態
本実施形態に用いられるウエハ検査装置は、図１２〜図１８に示すように、基本的には第１の実施形態のウエハ検査装置１０における第１の搬送領域Ｓ１を削減することによって検査装置を省スペース化すると共に、ウエハの搬送機構を簡素化したものである。従って、以下では、本実施形態の特徴部分を中心にして説明する。

即ち、本実施形態のウエハ検査装置１１０は、例えば図１２の（ａ）に示すように、装置本体の正面にウエハＷをカセット単位で搬出入する細長く形成された搬出入領域Ｓ１０と、この搬出入領域Ｓ１０の右端に形成されたアライメント領域Ｓ２０と、搬出入領域Ｓ１０及びアライメント領域Ｓ２０に沿ってウエハＷを搬送するために形成された搬送領域Ｓ３０と、搬送領域Ｓ３０に沿って形成されたウエハＷの検査領域Ｓ４０と、に区画されている。これらの領域Ｓ１０〜Ｓ４０は、第１の実施形態と同様にそれぞれの領域が独立したスペースとして形成されている。

図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように、搬出入領域Ｓ１０、アライメント領域Ｓ２０、搬送領域Ｓ３０及び検査領域Ｓ４０には、それぞれ載置機構１１１、アライメント室１１２、ウエハ搬送機構１１３及び検査室１１４がそれぞれ設けられている。また、図１２の（ｂ）及び図１３に示すように載置機構１１１の上段にはウエハＷのプリアライメント機構１１５及びウエハ移載機構１１６が設けられている。従って、ウエハ搬送機構１１３が筐体Ｆから未検査のウエハＷをプリアライメント機構１１５へ搬送し、プリアライメント機構１１５においてプリアライメントを行なう。ウエハ移載機構１１６はプリアライメント後のウエハＷをプリアライメント機構１１５からウエハ搬送機構１１３へ移載する。ウエハ搬送機構１１３は、そのウエハＷをアライメント室１１２へ搬送し、アライメント後のウエハＷを検査室１１４へ搬送する。更に、ウエハ搬送機構１１３は検査済みのウエハＷを検査室１１４から載置機構１１１の左端の針跡検査領域Ｓ５０内に設けられた針跡検査装置１１７を経由して載置機構１１１上の筐体Ｆ内の元の場所まで搬送する。

而して、ウエハ搬送機構１１３は、図１２の（ｂ）に示すように、基台１１３Ａと、基台１１３Ａ上に回転軸を介して正逆回転可能に設けられた回転体１１３Ｂと、回転体１１３Ｂ上でそれぞれ個別に一方向に往復移動する上下二枚のアーム１１３Ｃ、１１３Ｄと、基台１１３Ａ及びアーム１１３Ｃ、１１３Ｄを昇降させる昇降機構１１３Ｅと、これらの機構を搬送領域Ｓ３０に沿って往復移動させる移動機構１１３Ｆを備えている。昇降機構１１３Ｅは、ボールネジ１１３Ｅ_１を介して基台１１３Ａ及びアーム１１３Ｃ、１１３Ｄを上下方向へ移動させるように構成されている。移動機構１１３Ｆは、ボールネジ（図示せず）を介して基台１１３Ａとアーム１１３Ｃ、１１３Ｄをレール１１３Ｆ_１に従って横方向へ往復移動させるように構成されている。ウエハ搬送機構１１３とプリアライメント機構１１５及びウエハ移載機構１１６との関係を以下に説明する。

プリアライメント機構１１５は、図１２の（ｂ）に示すように、ウエハ搬送機構１１３の下アーム１１３Ｄによって搬送される未検査のウエハＷを真空吸着して正逆回転するサブチャック１１５Ａと、サブチャック１１５Ａを正逆回転させる駆動機構を内蔵する基台１１５Ｂと、サブチャック１１５Ａを介して回転するウエハＷのオリフラやノッチ等の目印を検出するセンサ（図示せず）と、を備え、サブチャック１１５Ａを介してウエハＷが回転している間にセンサでウエハＷの目印を検出し、サブチャック１１５ＡがウエハＷを一定の向きに向けて停止するように構成されている。

また、ウエハ移載機構１１６は、図１２の（ｂ）、図１３及び図１５の(ａ)〜(ｃ)に示すように、ウエハＷを把持するために支持棒１１６Ａの周面から互いに周方向に１２０°隔てて放射状に設けられた３本の把持棒１１６Ｂと、支持棒１１６Ａを介して３本の把持棒１１６Ｂを昇降させる昇降機構１１６Ｃと有し、これら把持棒１１６Ｂが伸縮してプリアライメント後のウエハＷを把持して下降し、図１５の（ｂ）、（ｃ）に示すようにウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３ＣへウエハＷを移載するように構成されている。把持棒１１６Ｂの先端部には図１５の(ａ)〜(ｃ)に示すように側面形状がコ字状に折り返された支持部１１６Ｂ_１が形成されており、支持部１１６Ｂ_１によってウエハＷの外周縁部を支持する。この支持部１１６Ｂ_１は、ウエハＷの外周縁部を真空吸着して支持するようになっている。従って、ウエハ移載機構１１６は、３本の把持棒１１６Ｂ先端の支持部１１６Ｂ_１でウエハを吸着し、水平に把持すると共に昇降することができる。

ウエハ移載機構１１６からアライメント後のウエハＷを受け取るウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃは、図１４に示すようにプリアライメント後のウエハＷを、ウエハ保持板１１８を介して吸着保持し、アライメント室１１２、検査室１１４へ搬送する。この上アーム１１３Ｃには、中央から先端寄りに矩形状の大きな孔１１３Ｃ_１が形成されている。また、下アーム１１３Ｄは、筐体Ｆからプリアライメント機構１１５まで未検査のウエハＷを搬送する。

ウエハ保持板１１８は、図１４に示すようにウエハＷと実質的に同一外径に形成されている。ウエハ保持板１１８の外周縁部の６箇所には周方向に等間隔を隔てて切欠部１１８Ａが形成され、これらのうちの３箇所の切欠部１１８Ａがウエハを把持する３本の把持棒１１６Ｂの支持部１１６Ｂ_１が通り抜けるように形成されている。また、上アーム１１３Ｃにはウエハ保持板１１８の切欠部１１８Ａに対応する小孔１１３Ｃ_２が形成されている。従って、ウエハ移載機構１１６は、３本の把持棒１１６Ｂの支持部１１６Ｂ_１でプリアライメント後のウエハＷを把持し、プリアライメント機構１１５のサブチャック１１５Ａからウエハ保持板１１８上にウエハＷを移載する時に、３本の把持棒１１６Ｂの支持部１１６Ｂ_１がウエハ保持板１１８の切欠部１１８Ａ及び小孔１１３Ｃ_２を通り抜ける。

アライメント室１１２内には、例えば図１６の（ａ）、（ｂ）に示すようにアライメント機構１１９が設けられている。このアライメント機構１１９は、同図に示すように、移動体１１９Ａ、複数の突起部１１９Ｂ_１を有する位置決め部材１１９Ｂ、第１、第２のカメラ１１９Ｃ_１、１１９Ｃ_２、ブリッジ１１９Ｄと、を備え、第１の実施形態のウエハ検査装置１０のアライメント機構１４と同一の構成を備えている。本実施形態では、ウエハ保持体１１８がウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃによってアライメント室１１２内に搬送され、上アーム１１３Ｃがアライメント室１１２内の所定位置に位置決めされた状態で留まったままウエハＷのアライメントが行われる点で、第１の実施形態とは相違する。つまり、上アーム１１３Ｃが第１の実施形態のウエハ保持体１５の支持体１５Ｂに相当する。

アライメント室１１２内では、上アーム１１３Ｃが位置決め部材１１９Ｂによって所定の位置に位置決めされる。そのため、上アーム１１３Ｃの下面には位置決め部材１１９Ｂの複数の突起１１９Ｂ_１とそれぞれ嵌合する凹部１１３Ｃ_３が形成されており、上アーム１１３Ｃがアライメント室１１２内に進出し、複数の凹部１１３Ｃ_３をこれらに対応する突起１１９Ｂ_１に嵌合させて着座するように構成されている。そして、移動体１１９Ａが上アーム１１３Ｃの孔１１３Ｃ_１を通り抜け、孔１１３Ｃ_１内でＸＹ方向に移動できるようになっている。移動体１１９Ａは、第１の実施形態と同様にウエハ保持体１１８の真下から鉛直方向に上昇し、ウエハＷのアライメント後には元の位置に戻るようにしてある。アライメント後のウエハＷは、上アーム１１３Ｃによってウエハ保持体１１８と一緒にアライメント室１５から退室し、検査室１１４へ搬送される。

また、検査室１１４は、アライメント後のウエハＷを受け渡しする機構が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。つまり、検査室１１４は、図１７に示すように第１の実施形態と同一のヘッドプレート１２０、プローブカード１２１、ポゴピンブロック１２２、固定リング１２３及びシール部材１２４を備えている。第１の実施形態と異なるウエハを受け渡す機構は、検査室１１４内に進出したウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃからアライメント後のウエハＷをウエハ保持体１１８と一緒に垂直方向に昇降させる昇降体１２５と、昇降体１２５を囲み上アーム１１３Ｃの位置決めを行うリング状の位置決め部材１２６と、を備えている。位置決め部材１２６の上面には検査室１１４内に進出する上アーム１１３Ｃの凹部１１３Ｃ_３と嵌合する複数の突起１２６Ａが周方向に所定間隔を空けて形成されている。これらの突起１２６Ａは、アライメント室１１２内の位置決め部材１１９Ｂの複数の突起１１９Ｂ_１に対応させて同一のＸＹ座標となる位置に配置されている。これによって、アライメント室１１２でのアライメント後のウエハＷのＸＹ座標値が検査室１１４において再現される。

つまり、検査室１１４内のＸＹ座標とアライメント室１５のＸＹ座標が鏡像関係にあって、上アーム１１３Ｃが位置決め部材１２６上に位置決めされて着座し、アライメント室１１２においてアライメントされたウエハ保持板１１８上のウエハＷが昇降体１２５によって持ち上げられると、ウエハＷの複数の電極がプローブカード１２１の複数のプローブ１２１２Ａと確実に接触するようになっている。

次に、動作について説明する。まず、ウエハ検査装置１１０の各載置機構１１１上にＦＯＵＰ等の筐体Ｆが載置される。ウエハＷの検査を行う時には、ウエハ搬送機構１１３が駆動し、下アーム１１３Ｄを介して筐体ＦからウエハＷを一枚ずつ搬出し、図１５の（ａ）に示すようにプリアライメント機構１１５へウエハＷを搬送し、ここでウエハＷのプリアライメントが行われる。その後、ウエハ移載機構１１６が駆動し、図１５の（ｂ）に示すように３本の把持棒１１６Ｂによってプリアライメント後のウエハＷを把持して持ち上げる。この時、ウエハ搬送機構１１３が駆動し、上アーム１１３Ｃがウエハ保持体１１８を吸着した状態でプリアライメント機構１１５とウエハ移載機構１１６の間に進出し、ウエハＷの中心とウエハ保持体１１８の中心が一致する位置で停止する。

引き続き、ウエハ移載機構１１６の３本の把持棒１１６Ｂが下降し、３本の把持棒１１６Ｂの支持部１１６Ｂ_１がそれぞれウエハ保持体１１８の切欠部１１８Ａ及び上アーム１１３Ｃの小孔１１３Ｃ_２を通り抜け、ウエハＷをウエハ保持体１１８上に載置する。３本の把持棒１１６Ｂは上アーム１１３Ｃの小孔１１３Ｃ_２内で伸びてウエハＷを開放した後、３本の把持棒１１６Ｂが図１５の（ｃ）に示すように上昇して初期位置へ戻る。ウエハＷがウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃ上に移載されると、上アーム１１３Ｃがプリアライメント機構１１５から初期位置へ戻る。

ウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃが図１６の（ａ）に示すようにアライメント室１１２内の位置決め部材１１９Ｂの真上まで進出し、下降すると、上アーム１１３Ｃの凹部１１３Ｃ_３と位置決め部材１１９Ｂの突起１１９Ｂ_１が嵌合し、アライメント室１１２における上アーム１１３Ｃの位置決めが自動的に行われる。位置決め後、同図の（ｂ）に矢印で示すように移動体１１９Ａが上昇する。移動体１１９Ａが上昇し、第１の実施形態と同様にして第１、第２のカメラ１１９Ｃ_１、１１９Ｃ_２を介してウエハＷのアライメントを行なった後、移動体１１９Ａが下降する間に、ウエハ保持体１１８を上アーム１１３Ｃ上に引き渡し、移動体１１９Ａが初期位置に戻り、ウエハＷのアライメントを終了する。アライメント後には、上アーム１１３Ｃが図１８の（ｂ）に矢印で示すようにアライメント後のウエハＷをウエハ保持体１１８と一緒にアライメント室１１２から退出し、所定の検査室１１４までアライメント後のウエハＷを搬送する。

ウエハ搬送機構１１３の上アーム１１３Ｃが図１７に示すように検査室１１４内に進出し、上アーム１１３Ｃの凹部１１３Ｃ_３と位置決め部材１２６の突起１２６Ａを介して検査室１１４内でアライメント室１１２内でのアライメントされたＸＹ座標位置を再現する。その後、昇降体１２５が上昇してウエハ保持体１１８を垂直方向に持ち上げると、ウエハＷは外周縁部がシール部材１２４と弾力的に接触し、プローブカード１２１とウエハＷの間に密閉空間を形成する。その後は、第１の実施形態と同様に排気手段を介して密閉空間を減圧することによりウエハＷがシール部材１２４に対して真空吸着される。この状態で昇降体１２５がウエハ保持体１１８を保持したまま下降し、上アーム１１３Ｃ上にウエハ保持体１１８を引き渡す。その後、上アーム１１３Ｃが検査室１１４から退出すると共に、昇降体１２５が再度上昇してウエハＷをプローブカード１２１側へ押圧してウエハＷの複数の電極と複数のプローブ１２１Ａとを電気的に接触させると、ウエハＷの電気的検査が行われる。

検査を終了すると、排気手段による真空吸着を解除し、密閉空間を常圧に戻した後、昇降体１２５が検査済みのウエハＷを伴って元の位置に戻る間に、ウエハ搬送機構１１３の下アーム１１３Ｄが昇降体１２５から検査済みのウエハＷを受け取って検査室１１４から退出し、針跡検査室１１７へ搬送し、針跡検査後、下ウエハ１１３Ｄを介して載置機構１１１上の筐体Ｆの元の位置までウエハＷを搬送する。これによって一連のウエハＷの検査を終了し、後続のウエハＷの検査を同一要領で行う。

以上説明したように本実施形態によれば、第１の実施形態と比べて搬送領域を削減し、更なる省スペース化を達成することができる。また、搬送領域の削減に伴ってウエハ搬送機構が削減され、機構的にも更なる簡素を達成することができる。

本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。上記実施形態では、例えばウエハの検査中にもウエハを真空吸着しているが、昇降体でウエハをシール部材に圧接している限り、この間には真空引きを止めることができる。また、本発明のウエハ検査装置は、その構造上バーイン検査装置にも適用することができる。

１０、１１０ ウエハ検査装置
１１、１１１ 載置機構
１２、１６、１１３ ウエハ搬送機構
１３、１１２ アライメント室
１４、１１９ アライメント機構
１４Ａ、１１９Ａ 移動体
１４Ｂ、１１９Ｂ 位置決め部材
１５、１１８ ウエハ保持体
１５Ａ 保持板
１５Ｂ 支持体
１５Ｃ 位置決め部
１７、１１４ 検査室
１８、１２１ プローブカード
１８Ａ、１２１Ａ プローブ
２１、１２４ シール部材
２２、１２５ 昇降体
２４ 排気機構
Ｓ１、Ｓ１０ 搬出入領域
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ３０ 搬送領域
Ｓ３、Ｓ２０ アライメント領域
Ｓ５、Ｓ４０ 検査領域
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. ウエハを電気的特性検査の検査位置に位置合わせする位置合わせ機構を有するアライメント室と、上記ウエハの電気的特性検査を行う検査室と、を備え、上記検査室は、上記ウエハの上面に形成された複数の電極パッドに対応する複数のプローブを下面に有するプローブカードと、上記プローブカードの外周縁部に沿って配置されて上記複数のプローブを周囲から囲むシール部材と、上記ウエハを持ち上げて上記シール部材に上記ウエハの外周縁部を接触させる温度調節可能な昇降体と、上記ウエハ、上記シール部材及び上記プローブカードで形成される密閉空間を真空引きする排気機構と、を備え、上記ウエハの電気的特性検査を行う際に、上記検査室内で上記昇降体を用いて上記プローブカードをプリヒートする方法であって、上記昇降体を介して上記ウエハを持ち上げて上記ウエハの外周縁部を上記シール部材に接触させる第１の工程と、上記排気機構を介して上記密閉空間内を減圧して上記シール部材を介して上記ウエハを上記プローブカードに真空吸着させる第２の工程と、上記昇降体を上記ウエハから下降させ再度上昇させて上記プローブカードに真空吸着された上記ウエハを押圧してその外周縁部を上記シール部材に弾接させて上記ウエハの上面の上記複数の電極パッドと上記複数のプローブとを一括して電気的に接触させた後、上記プローブカードを上記昇降体によってプリヒートする第３の工程と、を備えたことを特徴とするプローブカードのプリヒート方法。
2. 上記アライメント室において上記ウエハをアライメントする工程を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカードのプリヒート方法。
3. 上記ウエハを、ウエハ保持体を介して上記アライメント室と上記検査室との間で搬送する工程を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプローブカードのプリヒート方法。
4. 上記第２の工程の後で上記ウエハ保持体を上記検査室から搬出する工程を備えていることを特徴とする請求項３に記載のプローブカードのプリヒート方法。

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