JP6903725B2 - ウエハ検査システム - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ検査システムに関する。

多数の半導体デバイスが形成された半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）において各半導体デバイスの電気的特性検査を行うために、ウエハ検査装置としてのプローバが用いられている。プローバはウエハと対向するプローブカードを備え、プローブカードは複数の柱状接触端子であるコンタクトプローブを有する（例えば、特許文献１参照。）。このプローバでは、プローブカードの各コンタクトプローブが半導体デバイスにおける電極パッドや半田バンプに接続された半導体デバイスへ検査信号を流すことによって半導体デバイスの電気回路の導通状態等を検査する。

プローブカードの各コンタクトプローブへは検査回路であるメインボードを搭載したテストヘッドから検査信号が流されるが、近年、ウエハの検査効率を向上するために、それぞれにプローブカードが装着された複数のテストヘッドを備え、搬送ステージによって一のテストヘッドへウエハを搬送中に他のテストヘッドでウエハの半導体デバイスを検査可能なウエハ検査装置が開発されている。このウエハ検査装置では、フットプリント削減の観点から複数のテストヘッドを収容するセルが多段積みで配置される。

各テストヘッドのメインボードは一種の消耗品であるために定期的に交換する必要があるが、メインボードを交換するためにはテストヘッドをウエハ検査装置から整備用台車の上に引き出す必要がある。

特開２０１２−０６３２２７号公報

しかしながら、テストヘッドは重量が約７０ｋｇｆであり、スライドレールで支持されるため、テストヘッドを引き出し方向以外に移動させるのは困難である。したがって、整備用台車の位置をテストヘッドの位置へ正確に合わせる必要があるが、整備用台車はリフト機構等を有し、重量が大きいために位置の微調整が困難であり、その結果、テストヘッドを引き出すのが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、被整備テストヘッドを容易に引き出すことができるウエハ検査システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のウエハ検査システムは、ウエハを搬送する搬送機構が配された搬送エリアと、被整備テストヘッドを整備する整備エリアと、前記搬送エリアと前記整備エリアとの間に配置された、半導体デバイスが形成されたウエハの検査の際に用いられる被整備テストヘッドを備えた複数の検査室と、前記整備エリアに配された前記被整備テストヘッドを支持する整備用台車と、を備え、前記被整備テストヘッドは各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出されることを特徴とする。

本発明によれば、テストヘッドを容易に引き出すことができる。

本発明の実施の形態における被整備テストヘッドを用いるウエハ検査装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１におけるセルタワーの各セルに内蔵される構成要素を説明するための図であり、図２（Ａ）はテストヘッドの斜視図であり、図２（Ｂ）は各セルにおけるテスタヘッド、ポゴフレーム及びプローブカードの配置状態を示す正面図である。 本実施の形態における被整備テストヘッドに用いられる整備用台車の構成を概略的に示す図であり、図３（Ａ）は側面図であり、図３（Ｂ）は正面図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）におけるリフタ及びテストヘッドケースの構成を概略的に示す図であり、図４（Ａ）は側面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。 ガイド部のガイドレールへの遊合を説明するための部分拡大図である。 簡易整備用台車の構成を概略的に示す側面図であり、図６（Ａ）はセルタワーにおける１段目のセルのテストヘッドを整備する場合を示し、図６（Ｂ）はセルタワーにおける２段目のセルのテストヘッドを整備する場合を示す。 図３の整備用台車を用いるウエハ検査装置の整備方法を説明するための工程図である。 図３の整備用台車の配置の変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態に係る被整備テストヘッドを用いるプローバについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る被整備テストヘッドを用いるプローバとしてのウエハ検査装置の構成を概略的に示す斜視図である。

図１において、ウエハ検査装置１０は、複数の検査室（セル）１１が多段、例えば、４段に配置されたセルタワー１２と、該セルタワー１２に隣接して配置され、搬送機構（図示しない）を内蔵してウエハの各セル１１への搬出入を行うローダ１３とを備える。セルタワー１２及びローダ１３はそれぞれ直方体状を呈し、高さは、例えば、２．４ｍである。

ウエハ検査装置１０では、セルタワー１２におけるローダ１３との隣接面の反対側（以下、「外側」という。）には作業者が各セル１１の整備作業を行うことが可能な空間が確保され、後述する整備用台車２７が配置される。

図２は、図１におけるセルタワーの各セルに内蔵される構成要素を説明するための図であり、図２（Ａ）はテストヘッドの斜視図であり、図２（Ｂ）は各セルにおけるテスタヘッド、ポゴフレーム及びプローブカードの配置状態を示す正面図である。

図２（Ａ）において、テストヘッド１５は、直方体状の筐体からなる本体１６と、本体１６の長手方向の側面上部から側方へ突出するフランジ１７とを有し、本体１６は検査回路であるメインボード（図示しない）を収容する。

また、図２（Ｂ）に示すように、各セル１１は、内部において、テストヘッド１５と、プローブカード１８と、プローブカード１８及びメインボードを電気的に接続するポゴピン（図示しない）を保持するポゴフレーム１９とを有する。プローブカード１８及びポゴフレーム１９、並びにポゴフレーム１９及びテストヘッド１５の間にはシール部材２０、２１が配置され、該シール部材２０、２１に囲まれた空間が減圧されることにより、プローブカード１８及びポゴフレーム１９が真空吸着によってテストヘッド１５へ装着される。

プローブカード１８は、円板状の本体２４と、本体２４の下面から図中下方へ向けて突出するように配置される多数の柱状接触端子である複数のコンタクトプローブ２５とを有する。各コンタクトプローブ２５は、プローブカード１８へウエハ（図示しない）が当接した際、該ウエハに形成された各半導体デバイスの電極パッドや半田バンプ（いずれも図示しない）と接触する。

図１に戻り、各セル１１の外側には整備用開口部２６が開設され、該整備用開口部２６を介してテストヘッド１５が引き出される。作業者は引き出されたテストヘッド１５から消耗したメインボードを取り外し、新しいメインボードを取り付ける。

ところで、テストヘッド１５の重量は約７０ｋｇｆであり、作業者の力だけでは取り扱いが困難であるため、テストヘッド１５は、セル１１内において当該テストヘッド１５の長手方向（以下、単に「長手方向」という。）に沿って配置されるスライドレール（図示しない）によってフランジ１７を介して支持され、スライドレールの上面に設けられた複数のボール台座によって長手方向に引き出し可能に構成される。

ウエハ検査装置１０において、作業者が容易にメインボードの交換を行うためには引き出されたテストヘッド１５を支持する支持機構が必要であり、これに対応して、本実施の形態では後述する整備用台車２７が提供される。

図３は、本実施の形態に係る被整備テストヘッドを用いるに用いられる整備用台車の構成を概略的に示す図であり、図３（Ａ）は側面図であり、図３（Ｂ）は正面図である。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、整備用台車２７は、複数のころ２８（車輪）によって支持されて移動可能に構成される台車基部２９と、該台車基部２９から立設されたリフト機構３０と、テストヘッド１５を収容可能な筐体状のテストヘッドケース３１（ケース）とを有する。

台車基部２９には取っ手３２が設けられ、作業者は取って３２を押すか、若しくは引くことによって整備用台車２７を移動させる。各ころ２８は双輪からなり、向きを自在に変更可能に構成されるため、整備用台車２７の移動に関する自由度を向上させる。

リフト機構３０は、図中上方へ向けて台車基部２９から延出する支柱３３と、該支柱３３に取り付けられ、支柱３３の延出方向に沿って移動することによって図中上下方向に移動するリフタ３４と、リフタ３４を移動させるモータ（図示しない）とを有する。

なお、台車基部２９の各ころ２８はブレーキ（図示しない）を有し、該ブレーキはリフタ３４が上下方向に関する最下点に位置する場合のみ解除される。

図４は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）におけるリフタ及びテストヘッドケースの構成を概略的に示す図であり。図４（Ａ）は側面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。なお、説明を簡単にするために、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、テストヘッド１５が破線で示され、さらに、図４（Ｂ）は、後述するスライドレールカバー４０を一点鎖線で示し、且つスライドレールカバー４０を透けた状態で示す。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、テストヘッドケース３１は直方体状を呈するとともに、長手方向に関する両端が開放されて開口部を形成し、テストヘッド１５をセル１１から引き出す際、両端の開口部のいずれかがセル１１の整備用開口部２６に対向し、整備用開口部２６を介して引き出されたテストヘッド１５を内部に収容する。また、テストヘッドケース３１の上面も開放されているため、作業者は収容されたテストヘッド１５へテストヘッドケース３１の上面からアクセス可能であり、該上面を介してメインボードを交換する。

テストヘッドケース３１は水平位置調整ステージ３５を介してリフタ３４によって支持される。水平位置調整ステージ３５は上下に重ねられた円板状部材である基部３５ａ及び移動部３５ｂからなり、基部３５ａ及び移動部３５ｂの間には多数のボールベアリング（図示しない）が敷き詰められ、移動部３５ｂは基部３５ａに対して水平に移動することができる。基部３５ａはリフタ３４に接続され、移動部３５ｂはテストヘッドケース３１に接続される。これにより、水平位置調整ステージ３５はテストヘッドケース３１をリフタ３４に対して水平に移動させることができる。

また、水平位置調整ステージ３５では、外部からエアを送り込むことにより、基部３５ａの一部及び移動部３５ｂの一部を係合させる等して移動部３５ｂを基部３５ａに対して固定することもできる。

移動部３５ｂの移動は多数のボールベアリングによって実現されるため、移動部３５ｂの移動には大きな力が必要なく、その結果、テストヘッドケース３１は作業者によって容易に水平へ移動させることができる。なお、テストヘッドケース３１の下面から下方に向けて板状のストッパ３６が突出し、テストヘッドケース３１の水平方向の移動量が所定量に達した場合、ストッパ３６が水平位置調整ステージ３５の基部３５ａに当接することにより、テストヘッドケース３１の水平方向の移動量が規制される。

テストヘッドケース３１の長手方向に関する両側面の上部には複数のボール台座からなるスライドレール３７が配される。スライドレール３７はテストヘッドケース３１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７を支持し、テストヘッド１５をテストヘッドケース３１の長手方向にスライドさせる。

また、テストヘッドケース３１の長手方向に関する両側面の上部における両端にはストッパ機構３８（固定機構）が配される。ストッパ機構３８は突出自在な突起状の接触子３９を有し、該接触子３９が突出してテストヘッド１５のフランジ１７に接触することにより、テストヘッド１５の位置がテストヘッドケース３１に対して固定される。なお、リフト機構３０は、テストヘッド１５がテストヘッドケース３１に収容される際、接触子３９がフランジ１７に接触していない場合は、リフタ３４が上下動不可能に構成される。

テストヘッド１５をテストヘッドケース３１の長手方向にスライドさせる際、作業者の手、特に、指がフランジ１７とスライドレール３７の間に挟まれる危険性があるため、スライドレール３７はスライドレールカバー４０によって覆われる。

整備用台車２７では、リフト機構３０が、テストヘッドケース３１の位置を、当該テストヘッドケース３１のスライドレール３７が１段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する高さ、同スライドレール３７が２段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する高さ、同スライドレール３７が３段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する高さ、及び同スライドレール３７が４段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する高さのそれぞれに固定可能である。

図１に戻り、セルタワー１２の外側下方にはガイドレール４１が配される。ガイドレール４１はセルタワー１２の長手方向に沿い、断面が矩形の管状体であり、セルタワー１２と反対側の側壁４１ａにスリット４２が形成される。一方、図３（Ｂ）に示すように、整備用台車２７は台車基部２９に配されたガイド部４３（ガイド機構）を有する。

図５に示すように、ガイド部４３は台車基部２９から側方へ突出するブラケット４３ａと、該ブラケット４３ａの先端に設けられて水平に回転するローラ４３ｂとを有し、ブラケット４３ａはガイドレール４１のスリット４２を介してガイドレール４１の内部へ進入し、ローラ４３ｂはガイドレール４１の内部に収容される。すなわち、ガイド部４３はガイドレール４１と遊合するが、このとき、ローラ４３ｂ及び台車基部２９の間にはガイドレール４１の側壁４１ａが介在する。

上述した整備用台車２７はテストヘッド１５の全体を引き出す際に用いられるが、テストヘッド１５を整備する際、当該テストヘッド１５の全体を引き出す必要がない場合がある。このような場合、ウエハ検査装置１０では、整備用台車２７ではなくテストヘッド１５を部分的に載置する簡易整備用台車４４を用いる。

図６は、簡易整備用台車の構成を概略的に示す側面図であり、図６（Ａ）はセルタワーにおける１段目のセルのテストヘッドを整備する場合を示し、図６（Ｂ）はセルタワーにおける２段目のセルのテストヘッドを整備する場合を示す。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、簡易整備用台車４４は底部に複数のころ４５が配置されたメインフレーム４６と、該メインフレーム４６に対して上下に移動可能な整備台４７とを有する。整備台４７は複数のボール台座からなるスライドレール４８を有し、スライドレール４８は部分的に引き出されたテストヘッド１５のフランジ１７を支持する。整備台４７は、スライドレール４８が１段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する第１の高さ、及びスライドレール４８が２段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と正対する第２の高さのそれぞれに固定可能に構成される。

簡易整備用台車４４は整備用台車２７に比べて大幅に簡素化されて軽量であり、且つ、メインフレーム４６の底部に配置された複数のころ４５を有するため、作業者は簡易整備用台車４４の位置を容易に調整することができ、もって、１段目や２段目のセル１１に収容されたテストヘッド１５のフランジ１７と、整備台４７のスライドレール４８とを正確に正対させることができる。その結果、１段目や２段目のセル１１から容易にテストヘッド１５を部分的に引き出すことができる。

図７は、図３の整備用台車を用いるウエハ検査装置の整備方法を説明するための工程図である。

まず、ガイドレール４１の端部においてガイド部４３のローラ４３ｂをガイドレール４１の内部に収容させた後、ローラ４３ｂをガイドレール４１の内部に収容させたまま整備用台車２７を、整備を行うテストヘッド１５が収容されるセル１１が存在する位置まで大まかに移動させる。その後、台車基部２９の各ころ２８のブレーキを作動させて整備用台車２７の位置を固定する（図７（Ａ））。

次いで、リフト機構３０がテストヘッドケース３１を、当該テストヘッドケース３１のスライドレール３７が整備を行うテストヘッド１５のフランジ１７と正対する高さまで上昇させ、その後、テストヘッドケース３１の位置を固定する（図７（Ｂ））。

次いで、水平位置調整ステージ３５によってテストヘッドケース３１の位置を水平方向に微調整してスライドレール３７を、整備を行うテストヘッド１５のフランジ１７と正確に正対させ（図７（Ｃ））、本整備方法を終了する。

本実施の形態に係る整備用台車２７によれば、水平位置調整ステージ３５が、移動自在な台車基部２９から立設されるリフト機構３０のリフタ３４、及びテストヘッド１５を収容するテストヘッドケース３１の間に介在し、テストヘッドケース３１をリフタ３４に対して水平に移動させるので、台車基部２９の位置を固定し、整備を行うテストヘッド１５が存在する位置までテストヘッドケース３１を昇降させて当該テストヘッドケース３１の位置を固定した後、テストヘッドケース３１の位置を水平方向に微調整してスライドレール３７を、整備を行うテストヘッド１５のフランジ１７と正確に正対させることができ、その結果、テストヘッドケース３１へ向けてテストヘッド１５を容易に引き出すことができる。

上述した整備用台車２７では、テストヘッドケース３１の長手方向に関する両側面の上部にはテストヘッドケース３１の長手方向にテストヘッド１５をスライドさせるスライドレール３７が配され、該スライドレール３７はテストヘッド１５の位置を固定させるストッパ機構３８を有するので、テストヘッドケース３１に収容されたテストヘッド１５をテストヘッドケース３１内において所望の位置に移動させた後、その位置へ固定することができ、もって、テストヘッド１５の整備作業の効率を向上することができる。

また、上述した整備用台車２７では、セルタワー１２の下部に設けられたガイドレール４１と遊合するガイド部４３をさらに備えるので、整備用台車２７をセルタワー１２に沿って正確に動かすことができ、もって、整備用台車２７の位置の調整時間を短縮することができる。

さらに、上述した整備用台車２７では、台車基部２９から側方へ突出するブラケット４３ａの先端に設けられたローラ４３ｂ及び台車基部２９の間にはガイドレール４１の側壁４１ａが介在するので、整備用台車２７が傾いた場合、ローラ４３ｂがガイドレール４１の側壁４１ａに係合し、整備用台車２７の転倒が防止される。

以上、本発明について、上述した実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述した整備用台車２７は、１つのセルタワー１２の外側のみに配置されたが、図８に示すように、２つのセルタワー１２を互いの外側が対向するように配置し、２つのセルタワー１２に挟まれるように整備用台車２７を配置してもよい。このとき、整備用台車２７のテストヘッドケース３１は長手方向に関する両端に開口部を有し、開口部のそれぞれはウエハ検査装置１０のそれぞれのセル１１における整備用開口部２６に対向するので、いずれのウエハ検査装置１０のテストヘッド１５もテストヘッドケース３１に収容することができ、もって、テストヘッド１５の整備作業の効率を向上することができる。

１０ ウエハ検査装置
１５ テストヘッド
１７ フランジ
２７ 整備用台車
２９ 台車基部
３０ リフト機構
３１ テストヘッドケース
３５ 水平位置調整ステージ
３７ スライドレール
３８ ストッパ機構
４１ ガイドレール
４３ ガイド部
４３ｂ ローラ

Claims (5)

1. ウエハを搬送する搬送機構が配された搬送エリアと、
   被整備テストヘッドを整備する整備エリアと、
   前記搬送エリアと前記整備エリアとの間に配置された、半導体デバイスが形成されたウエハの検査の際に用いられる被整備テストヘッドを備えた複数の検査室と、
   前記整備エリアに配された前記被整備テストヘッドを支持する整備用台車と、を備え、 前記被整備テストヘッドは各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出されることを特徴とするウエハ検査システム。
2. 各前記検査室は上下に重ねられて配されることを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査システム。
3. 各前記検査室内に、前記被整備テストヘッドを各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出すための第一のスライドレールを有することを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査システム。
4. 前記整備用台車に、各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出された前記被整備テストヘッドを支持する第二のスライドレールを有することを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査システム。
5. 各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出された前記被整備テストヘッドを支持し且つ前記整備用台車が有する第二のスライドレールを、各前記検査室内に配置され且つ前記被整備テストヘッドを各前記検査室から前記整備用台車の上に引き出すための第一のスライドレールに正対する高さに固定するためのリフト機構を前記整備用台車に有することを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査システム。

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