JP6784677B2 - 半自動プローバ - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、２０１４年１２月２４日に出願され名称を「ＳＥＭＩ−ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＰＲＯＢＥＲ（半自動プローバ）」とする同時係属の米国仮特許出願第６２／０９６，６９３号の優先権を主張する。上記仮出願は、あらゆる目的のために、参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、総じて、半導体ウエハの検査に関し、特に、シリコンウエハ上の電気デバイスを検査するための半自動システムに関する。

ウエハレベル信頼性（ＷＬＲ）検査として知られる半導体信頼性検査は、通常は、３５０℃もの高さの周囲温度でウエハプローバによって行われる。半導体ウエハの電気的検査のために、通常は、プローブカート上のプローブ一式が適所に保持された状態で、（チャック上に取り付けられた）半導体ウエハがプローブカードに電気的にコンタクトするように移動される。ウエハは、加熱されたチャック上に、真空によって取り付けできる。ダイ（又はダイの配列）が電気的に検査された後、プローバは、次いで、次の検査を始めるために、ウエハを次のダイ（又は配列）に移動させる。ウエハプローバは、通常は、ウエハのキャリア（又はカセット）に対するウエハのロードも行う。ウエハプローバは、また、ウエハ上のコンタクトパッドをプローブの先端に位置合わせできる自動のパターン認識光学素子も有することができる。

ウエハチャックの動きの位置精度及び再現性は、優れたウエハコンタクトを可能にするために不可欠である。ウエハにおけるコンタクトパッドのサイズも縮小し続けており、したがって、位置精度は非常に重要である。したがって、位置精度を決定できるうえに多様性及び利便性も提供できるウエハプローブステーションが所望されている。

一実施形態にしたがって、ウエハプローブステーションが提供される。ウエハプローブステーションは、互いに異なる機能を提供する複数の交換式モジュールから選択されたモジュールに適応できるインターフェースを含む。各モジュールは、少なくとも１枚のプローブカードがウエハとインターフェイスを取るように構成され、モジュールは、異なるモジュールに取り換え可能である。

別の実施形態にしたがって、チャンバを有する正面ロード式ウエハプローブステーションが提供される。プローブステーションは、枢動アームと、２つのウエハ支持部分とを含む。各ウエハ支持部分は、枢動アームに回転式に取り付けられ、ウエハ支持部分は、チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的にチャンバの外側である位置との間で移動可能である。２つのウエハ支持部分は、上下方向において互いに同じ位置に配置されている。

尚も別の実施形態にしたがって、ウエハをウエハプローブステーション内へロードするための方法が提供される。ウエハプローブステーションが、提供される。ウエハプローブステーションは、チャンバ内に収容されるウエハロードメカニズムを有する。ウエハロードメカニズムは、枢動アームと、２つのウエハ支持部分とを含む。各ウエハ支持部分は、枢動アームに回転式に取り付けられ、ウエハ支持部分は、チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的にチャンバの外側である位置との間で移動可能である。チャックは、検査位置からロード位置に移動される。検査位置及びロード位置は、チャンバ内の位置である。枢動アームは、ウエハ支持部分を少なくとも部分的にチャンバの外側に移動させるために回転される。ウエハは、次いで、ウエハ支持部分上へロードされる。枢動アームは、ウエハ支持部分及びウエハをチャンバ内へ戻すために回転され、ウエハは、ウエハ支持部分からチャック上へロードされる。

本発明は、その更なる目的及び利点とともに、添付の図面との関連のもとでなされる以下の説明を参照することによって最もよく理解されるだろう。

半自動ウエハプローブステーションの一実施形態の斜視図である。

顕微鏡アセンブリを有する半自動ウエハプローブステーションの一実施形態の斜視図である。

顕微鏡アセンブリと遮光ケースとを有する半自動ウエハプローブステーションの一実施形態の斜視図である。

取り付け板にプローブ位置決めモジュールをドッキングされて有する半自動ウエハプローブステーションの一実施形態の斜視図である。

図２Ａに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態の分解斜視図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態の上面図である。

図２Ａ〜２Ｃに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態を顕微鏡アセンブリとともに示した側面図である。

一実施形態にしたがったプローブ位置決め部の側面図である。

一実施形態にしたがったプローブヘッドの正面図である。

図２Ｅに示されたプローブ位置決め部の上面図である。

一実施形態にしたがった８Ｘプローブ位置決め部の上面図である。

より長いアームを有する別の実施形態にしたがった８Ｘプローブ位置決め部の上面図である。

プローブカードの一実施形態の斜視図である。

図３Ａに示されたプローブカードの実施形態の斜視図であり、プローブの先端をプリント回路基板上の反対側の端の電気的コンタクトに電気的に相互接続する金属トレースを更に示している。

図３Ａ及び図３Ｂに示されたプローブカードの側面図である。

取り付け板に空冷式レールシステムモジュールをドッキングされて有する半自動ウエハプローブステーションの一実施形態の斜視図である。

図４Ａに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態の分解斜視図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態の上面図である。

図４Ａ〜４Ｃに示された半自動ウエハプローブステーションの実施形態を顕微鏡アセンブリとともに示した側面図である。

垂直型プローブカードを支持する支持レールの斜視図である。

図５Ａに示された支持レールの断面図である。

３つのプローブヘッドを支持しているレールの別の斜視図である。

ウエハプローブステーションの一実施形態におけるウエハロードメカニズムの動きを示した図である。 ウエハプローブステーションの一実施形態におけるウエハロードメカニズムの動きを示した図である。 ウエハプローブステーションの一実施形態におけるウエハロードメカニズムの動きを示した図である。 ウエハプローブステーションの一実施形態におけるウエハロードメカニズムの動きを示した図である。

ウエハロードメカニズムの一実施形態の斜視図である。

ウエハプローブステーションにおいて最高約３００℃の温度でウエハ上への正確な着地を実現するための方法７００のフローチャートである。

一実施形態にしたがって使用されるＮＩＳＴ追跡可能基準ガラスの一例を示した図である。

一実施形態にしたがって測定値１、２、及び３に基づいてウエハエリア内の所定の地点についてのオフセットを計算する方法のフローチャートである。

本発明は、総じて、半導体ウエハの信頼性検査のためのシステムに関する。本書における実施形態は、半導体ウエハを検査するための半自動のプローブステーション又はプローバを説明している。

本書で説明される半自動プローブステーションの実施形態は、数十から数百の被検査体（ＤＵＴ）を同時に検査できる。プローブステーションは、防振テーブルと、遮光ケースと、ハイパワー光学素子を備えたデジタルカメラと、真空ホットチャックと、複数のピンを有するミニプローブカードとを含むことができる。本書で説明されるプローブステーションによって、ウエハの表面にわたって複数のプローブカードが配置できる。

本書で更に詳しく説明されるように、ウエハプローブステーションの実施形態は、ウエハ検査のために複数のモジュールと使用できる。プローブカードポジショナ及び空冷レールシステムなどのモジュールは、例えば、交換可能であることができる。

図１Ａに示されるように、一実施形態にしたがうと、プローブステーション１０００は、取り付け板１０１０を備えることができ、該取り付け板上には、検査ウエハとインターフェイスを取るための複数のやり方をユーザに提供するために、交換式モジュールがドッキングできる又は取り付けできる。検査ウエハは、プローブステーションチャンバ内へロードされて、チャック１０１５上に配置でき、チャック１０１５は、検査のために加熱できる。図１Ｂは、プローブステーション１０００とともに使用できる顕微鏡アセンブリ１０１８を伴うプローブステーション１０００を示している。顕微鏡アセンブリ１０１８は、支持レール１０１６上に取り付けられる。一実施形態では、支持レール１０１６は、遮光ケース１０１７のためのフレームとしても機能し、該ケースは、フレーム１０１６と相まって遮光ケース１０１７を形成するために、複数の格納式パネルを含むことができる。

プローブステーションの取り付け板１０１０上に取り付けできる交換式モジュールは、図１に示されるように、個々のプローブ位置決め部１０２０（例えば、ピンが１本であるプローブ位置決め部、垂直型プローブカードポジショナ、又はその他のタイプのプローブ位置決め部）を含む。取り付け板１０１０上に取り付けできるその他のタイプのモジュールとして、レールシステム１０３０、旧来の４．５インチカード、６．５インチカード、各種直径の円形カード、及び高周波数、高電圧、パージガス、又はその他のカスタムソリューションのためのカスタムインターフェイスが挙げられるが、これらに限定はされない。

図２Ａ〜２Ｄに示された実施形態にしたがうと、プローブステーション１０００の取り付け板１０１０にドッキングされる又は取り付けられるプラテン１０２２に、プローブ位置決めモジュール１０２０が取り付けられる。プローブステーション１０００のプラテン１０２２及び取り付け板１０１０は、ユーザが必要に応じて迅速にモジュールを取り換えることを可能にするために、共通のサイズ及び取り付け穴パターンを有する。交換式モジュールは、それらの持ち上げ及び位置決めを容易にするためのハンドルを備えることができる。使用されていないモジュールは、プローブステーション１０００から取り外されて、必要に応じて保管できる。例示の実施形態では、プローブ位置決めモジュール１０２０は、取り付け板１０１０及びプラテン１０２２の共通の取り付け穴にキャップネジ及び位置合わせピンを使用することによって、適所に留め付けられる。その他の実施形態にしたうと、モジュールの単純な取り換えを可能にするために、カム運動ラッチが提供される。各モジュールが取り付け板１０１０上に取り付けられるときのそのモジュールの平坦化及び較正を可能にするために、プローブステーション１０００上に、３つの調整地点を含めることができる。

一実施形態では、図２Ａ〜２Ｄに例示されるように、プローブステーション１０００上に取り付けられるモジュールは、プローブステーション１０００の取り付け板１０１０上に取り付けられる、２つの単独ＸＹＺＴ（標準デカルト座標で考えたときの、３軸線形変換及びＺ軸回りの回転運動）プローブ位置決め部１０２０を含む。位置決め部１０２０は、プローブステーション１０００への取り付けのために、磁気又は真空のいずれかによって保持される土台ステージベース１０２４を有することができる。

ＸＹＺＴ位置決め部１０２０は、ウエハにコンタクトさせるために、標準的なプローブカードはもちろん垂直型プローブカードも含むプローブカードをプローブステーション上に正確に位置決めするように設計される。上記のように、ＸＹＺＴ位置決め部１０２０及びプラテン１０２２は、ボルト、クリップ、ラッチ等を含む任意の適切な締め具を使用して取り付け板１０１０上に取り付けできる。図２Ｅは、ＸＹＺＴ位置決め部１０２０の一実施形態を示している。例示の実施形態では、ＸＹＺＴポジショナは、プローブステーション１０００への取り付けのためのステージベース１０２４を有する。プローブカード１０は、図２Ｆに示されるように、通常は、プローブヘッド２５上に取り付けられる。

一実施形態にしたがうと、ＸＹＺＴ位置決め部１０２０は、任意の向きでプローブステーション１０００の取り付け板１０１０上に、及び図に示されるような様々な構成で、取り付けできる。例示の実施形態では、図２Ｅ〜２Ｉに示されるように、ＸＹＺＴプローブ位置決め部１０２０は、垂直型プローブカード１０を取り付けられて備えるアダプタアーム１０２８を有する。図２Ｈ及び図２Ｉに示されるように、アダプタアーム１０２８は、実施形態次第で異なる長さを有することができる。垂直型プローブカード１０は、必要に応じてウエハパッドの向きを整合させることを可能にするために、アダプタアーム１０２８の端に様々な向きで取り付けできる。可撓ケーブルが、プローブヘッド２５をたどり、検査機器とヘッド数との所定の組み合わせに合わせた特定のレイアウトを有するカスタマインターフェイスパネル上で終結する。可撓ケーブルは、プローブカード１０を外部の検査装置に接続する。

プローブヘッド２５の数及び位置は、検査対象とされるウエハダイの間隔及び向きによって概ね決定される。位置決め部１０２０の例が、図２Ｈ及び図２Ｉに示されている。図２Ｈ及び図２Ｉに示された各実施形態は、８つのプローブヘッド２５を有する。図２Ｉに示された位置決め部１０２０の実施形態は、図２Ｈに示された実施形態よりも長いアダプタアーム１０２８を有する。位置決め部は、位置決め部のサイズ及びプローブヘッドのサイズを含むその他の要因に応じて更に多い又は更に少ない数のプローブヘッドを有することができることが理解される。

一実施形態では、ＸＹＺＴ位置決め部１０２０は、プローブステーション１０００におけるデバイスの検査に使用するために、カリフォルニア州マウンテン・ビューのＱｕａｌｉＴａｕ， Ｉｎｃ．から入手可能な垂直型プローブカードなどの垂直型プローブカード１０の位置合わせ及び登録のためにプローブヘッド２５を一端に取り付けられて備えるモジュール式のアダプタアームを有する。垂直型プローブカード１０の一実施形態が、以下で、図３Ａ〜３Ｃを参照にして説明される。水平型プローブカードとプローブヘッドとからなる代表的なシステムを原因として、大きな問題が生じる。水平型プローブカードは、ウエハを保持するホットチャックに最も近いコンポーネントであり、温度に依存する漏出電流に起因して劇的な性能低下に見舞われることがある。水平型プローブカードの露出面積の大きさは、プローブ性能の低下を深刻にする。デバイス検査は、最高３００℃の温度で行われることがあり、垂直型プローブカードは、電気信号をホットチャックから離れた上方に維持するゆえに、昇温で半導体デバイスを検査するのに有用である。

図３Ａは、垂直型プローブカード１０の一実施形態の斜視図であり、冷気の流れを促すための複数のスロット１４を開けられたプリント回路基板１２を含む。プリント回路基板１２の一端には、セラミックサポート１８の中に複数の金属プローブ先端を含む先端アセンブリがあり、プリント回路基板１２の反対側の端には、プローブカードを検査システムにおいて物理的に支持してプローブ先端１６を可撓性（可撓）ケーブルに接続するために使用される電気コネクタ及び締め具２０がある。

図３Ｂは、プリント回路基板１２と、プローブ先端１６を基板１２の反対側の端の電気的コンタクト２４に電気的に相互接続する金属トレース２２とを更に例示している。金属トレースの導電パターン、即ち離散ワイヤ２２は、個々のプローブ先端をコンタクト２４の１つに相互接続する。例示されるように、プローブ先端１６が支持されているセラミックサポート１８は、ネジ締め具２６によって基板１２に留め付けられる。

図３Ｃは、プローブカードの側面図であり、検査を経ているウエハに対してプローブカード１０を概ね垂直な又は直交する姿勢で保持するために支持装置内の受け口に係合する電気コネクタ及び締め具２０を例示している。先端１６の端のみが、検査を経ているデバイスに係合し、そうすることによって、プローブ先端を流れる伝導熱流を制限している。プローブカード１０を垂直に位置合わせすることによって、加熱されたデバイスチャックによって放出される熱へのカードの暴露が制限される。更に、後述されるように、加熱されたチャックからプローブカード及び支持装置への空気の対流は、支持アセンブリによって提供される冷気の流れによって分断される。プローブカード１０は、図２Ｆに示されるように、通常はプローブヘッド２５上に取り付けられる。

半導体デバイスの信頼性検査は、デバイス及び使用される検査方法のタイプごとに大幅に異なる特有の機器を要求することがある。上述のように、プローブステーション１０００は、ユーザがプローブステーション１０００を使用して複数の型及び構成のプローブピン、カード、又はその他の接触方法とインターフェイスを取ることを可能にすることによって、デバイス及び／又は検査方法のタイプごとに特有のニーズに応える。本書で説明される実施形態にしたがうと、プローブステーション１０００は、様々な交換式モジュールとやり取りするためのシステムを提供する。

プローブステーション１０００のモジュール式の態様は、所望されるウエハ検査のタイプに応じてユーザが容易にモジュールを取り外して別のモジュールに交換することを可能にする。カスタムなＰＣＢアセンブリ及びコネクタアセンブリも、電気検査のために実装されている機器のタイプに応じて交換可能であるように設計される。これらのアセンブリは、３軸ケーブル、個別配線、同軸ケーブル、及びその他の特定のケーブル標準及びコネクタ標準に合わせた入力を伴うように設計される。

信頼性分析のための、シリコンウエハのステップ＆リピート検査の柔軟性を高めるために、図２に示された着脱式プローブ位置決め部１０２０は、異なるモジュール式アセンブリに交換できる。例えば、図４Ａ〜４Ｄは、プローブステーション１０００の取り付け板１０１０上に取り付けられる、Ｑｕａｌｉｔａｕ， Ｉｎｃ．から入手可能なものなどの着脱式空冷レール配列１０３０の一実施形態を示している。

図４Ａ〜４Ｄに示されるように、空冷レールアセンブリ１０３０は、交換式モジュールとして半自動プローブステーション１０００の取り付け板１０１０上に取り付けできる。レールアセンブリ１０３０は、複数ダイの検査を可能にし、これは、検査の経時的な歩留まりを向上させるために、及び所定の検査条件一式に対して適切なサンプルサイズを保証するために重要である。

プローブステーション１０００の空冷レールアセンブリ１０３０及び取り付け板１０１０は、ユーザが必要に応じて迅速にモジュールを取り換えることを可能にするために、共通のサイズ及び取り付け穴パターンを有する。レールアセンブリ１０３０は、持ち上げ及び位置決めを容易にするためのハンドルを備えることができる。例示の実施形態では、レールアセンブリ１０３０モジュールは、取り付け板１０１０及びレールアセンブリ１０３０の共通の取り付け穴にキャップネジ及び位置合わせピンを使用することによって、適所に留め付けられる。その他の実施形態にしたがうと、モジュールの単純な取り換えを可能にするために、カム運動ラッチが提供される。

レールアセンブリ１０３０は、垂直型プローブカード１０を支持するための、複数の空冷支持レール３０からなる配列を含む。図５Ａは、垂直型プローブカード１０及び全体を３２で示されるプローブヘッドを、検査を経ているデバイス（ウエハ）及び加熱される支持チャックの上方で支持する支持レール３０の斜視図である。一実施形態では、プローブヘッド３２は、制御つまみ３４、３６、３８によって３運動軸に沿って手動で調整できる。別の実施形態にしたがうと、ユーザインターフェイスによってプローブヘッド３２を半自動で調整できる。可撓ケーブル４０が、レール３０の上部に支持され、プローブカード１０を外部の検査装置に相互接続する。留意すべきは、可撓ケーブル４０が、過熱されたときに性能が低下する恐れがあることである。

図５Ｂは、プローブヘッド３２、プローブカード１０、及び可撓ケーブル４０を冷却するために使用される空気の流れのための内部通路４２、４４を含むレール３０の断面図である。内部通路からの空気は、レール３０の開口を通って放出され、検査を経ているデバイスを保持する加熱されたチャックからの熱い空気の対流を分断するためにプローブヘッド３２及びプローブカード１０を通るように方向付けられる。したがって、可撓ケーブル４０、及び検査プローブ１０のプリント回路基板の過熱が回避できる。この実施形態で留意すべきは、通路３０が、プローブヘッド３２の嵌め合い符合フランジと係合し全体を５０で示されるような符合フランジを有する部材４８を含むことである。

図５Ｃは、３つのプローブヘッド３２を支持しているレール３０の別の斜視図である。この実施形態では、フレーム３０の開口５４からプローブヘッド３２及びプローブカード１０の開口１４を通る冷気の流れを促すための開口又はスロットを更に示すために、プローブヘッド上に、１枚のプローブカード１０のみが示されている。この実施形態で留意すべきは、各プローブヘッド３２が、プローブヘッドをレール３０の符合フランジ５０にロックするために使用でき全体を５６で示されたレバーメカニズムを有することである。

プローブステーションシステムによっては、カセットを使用してウエハを側方からロードするものがある。ウエハを正面からロードする従来のプローブステーションシステムの大半は、チャックアセンブリ全体をプローブステーションから取り外すことを必要とする。チャックアセンブリの取り外しは、（ｉ）チャックメカニズムの機械的安定性の低下、（ii）ステージシステムの複雑性の増加、及び（iii）チャックが特定の昇温で浸される場合に生じる大幅な温度変化を含む、幾つかの欠点を有する。

プローブステーション１０００の一実施形態は、２ピース枢動アーム１１００を使用することによって、この問題に対する単純で且つ洗練されたソリューションを提供する。この２ピース枢動アーム１１００は、ウエハ１２００を受けるために回転してプローブステーション１０００の正面から出て、ウエハ１２００をチャック表面へ移送して、次いで、２つのウエハ支持部分１１５０をプローブステーション１０００内に囲われたままで邪魔にならないように「開かせる」ことができる。枚葉式（ウエハ１２００を１枚ずつ処理する方式）のためのこの正面ロード特性は、チャック１０１５がプローブステーションチャンバ１０６０内にとどまるゆえに、チャック１０１５の温度変化を引き起こすことなくユーザがウエハ１２００を正面から容易にロードすることを可能にする。

例示の実施形態に示されるように、プローブステーション１０００は、ウエハの出し入れのためにその正面の開口を覆う及び露出させるための正面ウエハロード落とし戸１０５０を備えることができる。その他の実施形態では、ドアは、引き戸又は片開き戸などの異なる構成を有することができる。容易な枚葉式ロードを促すために、プローブステーション１０００は、外向きに回転してウエハ１２００を取り出すこと及びウエハ１２００をホットチャック１０１５に送ることができる内部収容アームを有する。

図６Ａ〜６Ｅを参照にして、ウエハのための正面ロードメカニズムが説明される。図６Ｅは、プローブステーション１０００の正面の開口から見たときのプローブステーション１０００の内部チャンバ１０６０を示している。落とし戸１０５０の開きは、２００ｍｍウエハ又は３００ｍｍウエハなどのウエハ１２００のための正面ロードメカニズムへのアクセスを提供する。図６Ｅでは、ウエハ１２００を支持している枢動アーム１１００と２つのウエハ支持部分１１５０とを含むロードメカニズムを例示するために、底側からの図が示されている。図６Ｅに示された実施形態では、２つのウエハ支持部分１１５０は、枢動アーム１１００の一端を中心として回転する。枢動アーム１１００のもう一端は、プローブステーション１０００の土台に取り付けられた枢着点を中心にして回転する。

図６Ａ〜６Ｄは、一実施形態にしたがったウエハロードプロセスを示している。図６Ａに示されるように、チャック１０１５、並びにロードメカニズム（枢動アーム１１００及び２つのウエハ支持部分１１５０）は、検査位置でもある収容位置にある。収容位置又は検査位置は、チャック１０１５及びロードメカニズムが、それらが使用されていないときに、並びにウエハ１２００がチャック１０１５によって支持されて検査されているときに、収納されている位置である。図６Ａに示されるように、２つのウエハ支持部分１１５０は、互いから離れるように及びチャック１０１５の邪魔にならないように回転される。

ウエハ１２００がロードされるときに、ユーザは、プローブステーションシステム１０００に指示を出す。ソフトウェアを通じて指示されると、チャック１０１５は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って検査位置からロード位置に移動する。図６Ｂに示されるように、チャック１０１５は、ウエハ支持部分１１５０及び戸１０５０に向かって移動してロード位置にくる。一実施形態にしたがうと、チャック１０１５は、ウエハ支持部分１１５０及び戸１０５０に向かって移動する際に、下向きにも移動する。

戸１０５０は、次いで、開き、２つのウエハ支持部分１１５０は、互いに向かって回転し、枢動アーム１１００は、ウエハ１２００がウエハ支持部分１１５０上へロードできるように、戸の開きから出るように２つのウエハ支持部分１１５０を回転させて進ませる。図６Ｃに示されるように、ウエハ１２００は、この位置で、ウエハ支持部分１１５０上に載置できる。なお、チャック１０１５は、簡潔を期するために、図６Ｃには示されていないこと、及びチャック１０１５は、実際は、図６Ｂに示されるようにチャンバ１０６０内のロード位置に移動してきていることがわかる。

図６Ｄに示されるように、枢動アーム１１００は、２つのウエハ支持部分１１５０及び支持されているウエハ１２００を回転させてチャンバ１０６０内へ戻し、そこで、ウエハ１２００は、ロード位置にあるチャック１０１５上に載置できる。ウエハ支持部分１１５０は、次いで、プローブステーションチャンバ１０６０内で、邪魔にならないようにそれぞれ独立に回転する（収容位置に戻る）。チャック１０１５は、ウエハ１２００を支持している状態で、次いで、回転して検査位置に戻り、そこで、ウエハ１２００は、上述されたように、交換式モジュール（例えば、プローブ位置決め部やレールシステム等）を使用して検査できる。

半自動プローバ上に旧来のプローブカードをセットアップする場合、ユーザは、１つの部位、又は調整に限りがある一定数の部位に制限されるのが一般的である。半自動プローブステーション１０００の一実施形態は、プローブヘッド配列内の各部位の容易な調整を可能にするために、個別に調整された最多で１６のプローブヘッドを約３００℃もの高さの温度で扱うことができる。これは、検査のために着地されて使用されるヘッドのパターン、間隔、及び数をユーザがカスタマイズすることを可能にする。これは、また、配列内のデバイスが故障したときに１つのヘッド（又は２つ以上のヘッド）を位置決めしなおすことも可能にする。調整可能レール及びヘッド配列と、自動化されたＸＹＺＴステージの機能性との組み合わせは、柔軟性を最大限にするためのソリューションを提供する。

ウエハプローブシステムによって着地を正確にステップ＆リピートするためには、ユーザは、検査のために、着地パッドのサイズ及び繰り返しダイ間のピッチに関する正確な情報を有する必要がある。これは、この情報が未知であるときに、又はこれらの値がシリコンウエハ自体の熱膨張に起因して変化するときに、問題になることがある。例えば、３００ｍｍのシリコンウエハは、３００℃に昇温するとサイズが大幅に膨張することがあり、ダイピッチは、室温のときよりも２５μｍも大きくなることがある。この相違を補正するために、プローブステーション１０００の一実施形態は、この膨張を相殺しあらゆる温度において正確な着地を保証するために、画像処理及びパターン認識のルーチンを利用して設定温度ごとにダイの間隔を検出及び測定する。

図７は、ウエハプローブステーションにおいて最高約３００℃の温度でウエハ上への正確な着地を実現するための方法７００のフローチャートである。この方法７００にしたがって、室温値からの温度のオフセットを正確に補償するために、ソフトウェアによってデータベースが生成され、保存され、参照される。ＣＣＤ及びパターン認識からの画像処理を使用して、パッドサイズ及びその他の特性も自動的に測定できる。ステップ７１０では、各所定の温度においてダイの間隔を検出及び測定し、各所定の温度について測定された間隔を保存することによって、データベースが作成される。ステップ７２０では、ウエハ上におけるダイの間隔が検出及び測定される。ステップ７３０では、ウエハの温度が測定される。ステップ７４０では、温度の変化に起因するオフセットの量を決定するために、データベースが参照される。

全体として、ウエハチャックの動きの位置精度及び再現性が、優れたウエハコンタクトを可能にするために不可欠である。優れたウエハコンタクトは、再現可能な適切なスクラブマークの指標である。「スクラブマーク」は、探針から下向きの力が及ぼされたときに、ウエハ表面上に露出した金属パッド上に形成される溝及び小丘である。これらのスクラブマークは、ピンを汚染して電気測定結果をそれらの真の値から歪曲する恐れがある周囲の不動態化材料層にピンが接触することなしに、ターゲット上にある必要がある。パッドサイズが３０μｍ×３０μｍの小ささまで縮小し、部位ごとのプローブピンの数はもちろんパッド間ピッチも増すにつれて、この着地を確実にできる十分な正確さのプローバシステムを有することが不可欠である。プローブステーション１０００の一実施形態は、多地点ＸＹ位置較正・補正のカスタムな方法を利用する。

図８及び図９を参照すると、特定値１、２、及び３に基づいてウエハエリア内の所定の地点についてのオフセットを計算する方法９００が説明される。方法は、図８に示されるような、米国国立検査標準協会（ＮＩＳＴ）の追跡可能基準ガラスを利用し、このガラスは、特殊なソフトウェアルーチンと、画像処理及びパターン認識ソフトウェアライブラリによって認識できるグリッド線を使用する。この方法９００を使用すると、ウエハ上の幾千ものデータ地点について、オフセットに関する情報が収集できる。オフセットは、ウエハがあるとシステムが考えている場所と、ウエハが実際に移動した場所との間の相違である。これらの値は、次いで、コントローラソフトウェアによる参照のために、及び測定されたこれらの既知の位置における不正確性を次いで補正するために、ファイルに格納される。方法９００にしたがうと、ステップ９１０において、ＮＩＳＴ追跡可能基準ガラスマスクグリッドが提供される。ステップ９２０では、温度の変化又はチャックの動きに起因するオフセットを決定するために、ウエハ上のデータ地点についての情報が集められる。オフセットは、コンタクトパッドがあると想定される場所と、温度の変化又はチャックの動きに起因してコンタクトパッドが実際に移動した場所との間の相違である。ステップ９３０では、ステップ９２０で決定されたオフセットを補正することによって、ガラスマスクグリッド上のＸ座標及びＹ座標が較正される。較正は、コンタクトパッドのための正確な場所を決定するために実施される。

本発明の幾つかの実施形態のみが詳細に説明されてきたが、本発明は、発明の範囲から逸脱することなく多くの他の形態で実現されてよいことがわかる。説明されたウエハ温度測定ツールは、多様な用途に使用できることが明らかである。以上を全て鑑みると、本実施形態は、例示的なものであって制限的なものではないこと、並びに本発明は、本書で与えられた詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲及び均等物の範囲内で変更されてよいことがわかる。
例えば、本発明は、以下の形態として実現されてもよい。
［形態１］
ウエハプローブステーションであって、
異なる複数の交換式モジュールから選択されたモジュールに適応できるインターフェイスを備え、
各モジュールは、少なくとも１枚のプローブカードがウエハとインターフェイスを取るように構成され、
モジュールは、異なるモジュールに取り換え可能である、ウエハプローブステーション。
［形態２］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって、更に、
チャックと、
前記ウエハを支持するために第１の部分及び第２の部分を含む回転式アームであって、前記アームは、前記ウエハを受けるために、回転して前記ウエハプローブステーションの正面の開口から出るように枢動するように、及び前記ウエハを前記チャックの表面にロードするために、回転して前記ウエハプローブステーション内へ枢動するように構成され、前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記ウエハを前記チャックの前記表面にロードした後に、後退して前記ウエハ及び前記チャックから離れるように構成される、回転式アームと、
を備えるウエハプローブステーション。
［形態３］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって
前記異なる複数の交換式モジュールは、前記少なくとも１枚のプローブカードを前記ウエハに位置合わせするように構成されたプローブ位置決め部を含み、前記プローブ位置決め部は、前記少なくとも１枚のプローブカードを３本の軸、即ちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って直線状に、並びに前記Ｚ軸を中心として回転式に、移動させることができる、ウエハプローブステーション。
［形態４］
形態３に記載のウエハプローブステーションであって、
前記プローブ位置決め部は、前記ウエハの検査の最中にプローブカードを前記ウエハの垂直方向上方に位置決めするためのアームを有する、ウエハプローブステーション。
［形態５］
形態３に記載のウエハプローブステーションであって、
前記位置決め部は、磁気又は真空をベースにした位置決め部である、ウエハプローブステーション。
［形態６］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって、
前記複数の異なる交換式モジュールは、前記ウエハ上の複数のダイを検査するための空冷式レールアセンブリを含み、前記レールアセンブリは、個別に調整可能な複数のプローブヘッドに適合できる、ウエハプローブステーション。
［形態７］
形態６に記載のウエハプローブステーションであって、
前記レールアセンブリは、前記ウエハの検査の最中に前記プローブカードを前記ウエハの垂直方向上方に位置決めする、ウエハプローブステーション。
［形態８］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって、
前記複数の異なる交換式モジュールは、４．５インチ×６インチプローブカードのためのアダプタを含む、ウエハプローブステーション。
［形態９］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって、
前記ウエハプローブステーションは、前記ウエハプローブステーションにおいて最高約３００℃の温度でウエハ上への正確な着地を実現可能であり、前記ウエハプローブステーションは、更に、
前記ウエハ上のダイの間隔を検出及び測定するための画像プロセッサと、
各所定の温度についてのオフセットの量を決定するために、所定の温度においてダイの間隔を検出及び測定し、各所定の温度について測定された間隔を保存することによって生成される、データベースと、
を備えるウエハプローブステーション。
［形態１０］
形態１に記載のウエハプローブステーションであって、更に、
ＮＩＳＴ追跡可能基準ガラスマスクグリッドを備え、
前記ガラスマスクグリッド上のＸ座標及びＹ座標は、コンタクトパッド上の探針を前記ウエハ上に位置決めするための正確なコンタクトパッドの場所を決定するために較正される、ウエハプローブステーション。
［形態１１］
形態９に記載のウエハプローブであって、
前記Ｘ座標及び前記Ｙ座標は、オフセットを決定するために前記ウエハ上のデータ地点についての情報を収集し、前記決定されたオフセットを補正することによって較正され、前記オフセットは、前記コンタクトパッドがあると想定される場所と、温度の変化又はチャックの動きに起因して前記コンタクトパッドが実際に移動した場所との間の相違である、ウエハプローブ。
［形態１２］
チャンバを有する正面ロード式ウエハプローブステーションであって、
枢動アームと、
２つのウエハ支持部分であって、各ウエハ支持部分は、前記枢動アームに回転式に取り付けられ、前記ウエハ支持部分は、前記チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的に前記チャンバの外側である位置との間で移動可能である、２つのウエハ支持部分と、
を備える、正面ロード式ウエハプローブステーション。
［形態１３］
形態１２に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、更に、
検査位置とロード位置との間で移動可能であるチャックを備える、正面ロード式ウエハプローブステーション。
［形態１４］
形態１３に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、
前記検査位置及び前記ロード位置は、前記チャンバ内である、正面ロード式ウエハプローブステーション。
［形態１５］
形態１２に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、
前記ウエハ支持部分は、前記ウエハプローブステーションの正面の開口から少なくとも部分的に出た位置へ移動可能である、正面ロード式ウエハプローブステーション。
［形態１６］
形態１５に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、更に、
前記ウエハプローブステーションの前記正面の前記開口を露出させるために開く戸を備える正面ロード式ウエハプローブステーション。
［形態１７］
ウエハをウエハプローブステーション内へロードする方法であって、
チャンバ内に収容されるウエハロードメカニズムを有する前記ウエハプローブステーションを提供する工程を備え、
前記ウエハロードメカニズムは、
枢動アームと、
２つのウエハ支持部分であって、各ウエハ支持部分は、前記枢動アームに回転式に取り付けられ、前記ウエハ支持部分は、前記チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的に前記チャンバの外側である位置との間で移動可能である、２つのウエハ支持部分と、
を含み、
前記方法は、チャックを検査位置からロード位置へ移動させる工程を備え、
前記検査位置及び前記ロード位置は、前記チャンバ内であり、
前記方法は、
前記ウエハ支持部分を少なくとも部分的に前記チャンバの外側に移動させるために、前記枢動アームを回転させる工程と、
前記ウエハを前記ウエハ支持部分上へロードする工程と、
前記ウエハ支持部分及び前記ウエハを前記チャンバ内へ戻すために、前記枢動アームを回転させる工程と、
前記ウエハを前記ウエハ支持部分から前記チャック上へロードする工程と、
を備える、方法。
［形態１８］
形態１７に記載の方法であって、更に、
前記ウエハを前記チャック上へロードした後に、前記チャックを前記ロード位置から前記検査位置に戻す工程を備える、方法。
［形態１９］
形態１７に記載の方法であって、更に、
前記ウエハを前記チャック上へロードした後に、前記ウエハ支持部分を回転させて互いから及び前記チャックから離れさせる工程を備える、方法。
［形態２０］
形態１７に記載の方法であって、
前記チャックは、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、及び前記Ｚ軸に沿って移動する、方法。

Claims (19)

1. ウエハプローブステーションであって、
   互いに異なる機能を提供する複数の交換式モジュールから選択されたモジュールに適応できるインターフェイスを備え、
   各モジュールは、少なくとも１枚のプローブカードがウエハとインターフェイスを取るように構成され、
   モジュールは、異なるモジュールに取り換え可能である、ウエハプローブステーション。
2. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって、更に、
   チャックと、
   前記ウエハを支持するために第１の部分及び第２の部分を含む回転式アームであって、前記回転式アームは、前記ウエハを受けるために、回転して前記ウエハプローブステーションの正面の開口から出るように枢動するように、及び前記ウエハを前記チャックの表面にロードするために、回転して前記ウエハプローブステーション内へ枢動するように構成され、前記第１の部分及び前記第２の部分は、前記ウエハを前記チャックの前記表面にロードした後に、後退して前記ウエハ及び前記チャックから離れるように構成される、回転式アームと、
   を備えるウエハプローブステーション。
3. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって
   前記複数の交換式モジュールは、前記少なくとも１枚のプローブカードを前記ウエハに位置合わせするように構成されたプローブ位置決め部を含み、前記プローブ位置決め部は、前記少なくとも１枚のプローブカードを３本の軸、即ちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って直線状に、並びに前記Ｚ軸を中心として回転式に、移動させることができる、ウエハプローブステーション。
4. 請求項３に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記プローブ位置決め部は、前記ウエハの検査の最中にプローブカードを前記ウエハの垂直方向上方に位置決めするためのアームを有する、ウエハプローブステーション。
5. 請求項３に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記プローブ位置決め部は、磁気又は真空をベースにした位置決め部である、ウエハプローブステーション。
6. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記複数の異なる交換式モジュールは、前記ウエハ上の複数のダイを検査するための空冷式レールアセンブリを含み、前記空冷式レールアセンブリは、個別に調整可能な複数のプローブヘッドに適合できる、ウエハプローブステーション。
7. 請求項６に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記空冷式レールアセンブリは、前記ウエハの検査の最中に前記プローブカードを前記ウエハの垂直方向上方に位置決めする、ウエハプローブステーション。
8. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記複数の交換式モジュールは、４．５インチプローブカードと６インチプローブカードとのうちの少なくとも一方のためのアダプタを含む、ウエハプローブステーション。
9. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって、
   前記ウエハプローブステーションは、前記ウエハプローブステーションにおいて最高約３００℃の温度でウエハ上への正確な着地を実現可能であり、前記ウエハプローブステーションは、更に、
   前記ウエハ上のダイの間隔を検出及び測定するための画像プロセッサと、
   各所定の温度についてのオフセットの量を決定するために、所定の温度においてダイの間隔を検出及び測定し、各所定の温度について測定された間隔を保存することによって生成される、データベースと、
   を備えるウエハプローブステーション。
10. 請求項１に記載のウエハプローブステーションであって、更に、
    ＮＩＳＴ追跡可能基準ガラスマスクグリッドを備え、
    前記ＮＩＳＴ追跡可能基準ガラスマスクグリッド上のＸ座標及びＹ座標は、コンタクトパッド上の探針を前記ウエハ上に位置決めするための正確なコンタクトパッドの場所を決定するために較正される、ウエハプローブステーション。
11. 請求項１０に記載のウエハプローブステーションであって、
    前記Ｘ座標及び前記Ｙ座標は、オフセットを決定するために前記ウエハ上のデータ地点についての情報を収集し、前記決定されたオフセットを補正することによって較正され、前記オフセットは、前記コンタクトパッドがあると想定される場所と、温度の変化又はチャックの動きに起因して前記コンタクトパッドが実際に移動した場所との間の相違である、ウエハプローブステーション。
12. チャンバを有する正面ロード式ウエハプローブステーションであって、
    枢動アームと、
    ２つのウエハ支持部分であって、各ウエハ支持部分は、前記枢動アームに回転式に取り付けられ、前記ウエハ支持部分は、前記チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的に前記チャンバの外側である位置との間で移動可能である、２つのウエハ支持部分と、
    を備え、
    前記２つのウエハ支持部分は、上下方向において互いに同じ位置に配置されており、前記正面ロード式ウエハプローブステーションの正面の開口から少なくとも部分的に出た位置へ移動可能である、正面ロード式ウエハプローブステーション。
13. 請求項１２に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、更に、
    検査位置とロード位置との間で移動可能であるチャックを備える、正面ロード式ウエハプローブステーション。
14. 請求項１３に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、
    前記検査位置及び前記ロード位置は、前記チャンバ内である、正面ロード式ウエハプローブステーション。
15. 請求項１２に記載の正面ロード式ウエハプローブステーションであって、更に、
    前記正面ロード式ウエハプローブステーションの前記正面の前記開口を露出させるために開く戸を備える正面ロード式ウエハプローブステーション。
16. ウエハをウエハプローブステーション内へロードする方法であって、
    チャンバ内に収容されるウエハロードメカニズムを有する前記ウエハプローブステーションを提供する工程を備え、
    前記ウエハロードメカニズムは、
    枢動アームと、
    ２つのウエハ支持部分であって、各ウエハ支持部分は、前記枢動アームに回転式に取り付けられ、前記ウエハ支持部分は、前記チャンバの内側である位置と、少なくとも部分的に前記チャンバの外側である位置との間で移動可能である、２つのウエハ支持部分と、
    を含み、
    前記方法は、チャックを検査位置からロード位置へ移動させる工程を備え、
    前記検査位置及び前記ロード位置は、前記チャンバ内であり、
    前記方法は、
    前記ウエハ支持部分を少なくとも部分的に前記チャンバの外側に移動させるために、前記枢動アームを回転させる工程と、
    前記ウエハを前記ウエハ支持部分上へロードする工程と、
    前記ウエハ支持部分及び前記ウエハを前記チャンバ内へ戻すために、前記枢動アームを回転させる工程と、
    前記ウエハを前記ウエハ支持部分から前記チャック上へロードする工程と、
    を備える、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、更に、
    前記ウエハを前記チャック上へロードした後に、前記チャックを前記ロード位置から前記検査位置に戻す工程を備える、方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、更に、
    前記ウエハを前記チャック上へロードした後に、前記ウエハ支持部分を回転させて互いから及び前記チャックから離れさせる工程を備える、方法。
19. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記チャックは、３本の軸、即ちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って移動する、方法。