JPH07111455B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、プローブ装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、今日半導体は各種産業分野において幅広
く用いられている。特に、これら半導体は低温域から高
温域にわたるさまざまな温度環境下で用いられることが
多い。

従って、半導体の製造工程では、これら半導体が使用さ
れる温度環境を想定し、ウエハ状態でその温度特性試
験、環境特性試験を行う必要がある。

たとえば、ウエハ状態では検査の過程で半導体チップの
温度が上昇し、著しい場合には、半導体チップが焼損す
る危険があった。そこで、載置台を冷却し、コンピュー
タ実装時と同様な条件下で検査する必要が生じていた。
このように、載置台を冷却する機構を有したものは特開
昭55−44931号，特開昭58−220438号，特開昭59−19343
号，特開昭59−41846号，特開昭59−57444号公報で周知
であり、又、特願昭62−60581号で提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記に記載したように、半導体ウェハを
載置した載置台を冷却した場合、冷却された載置台から
の放射冷却によって、載置台近傍の空気が急激に冷さ
れ、空気中の水蒸気を結露状態に変化させる。この結露
した水滴は、載置台の表面や周辺に付着し、さらに冷え
て霜状に凍結する。この載置台の表面に付着した霜状の
膜は、被検査体を載置台に載置しても、高さのバラツキ
等の原因により正確に載置することは困難であり、たと
え載置しても被検査体が載置面に凍りついて離脱が出来
ないという問題点があった。

又、載置台の周辺に付着した霜は、載置台の移動におい
て、支障をきたし、高精度に移動範囲を制御することは
困難であった。

又、上記のような問題点を解決するために、載置台に圧
縮乾燥空気を吹きつけるようにしても、工場から供給さ
れた圧縮エアは、放出したまま循環させることはできな
いので、供給能力にも限界があり、除湿効果を得るよう
な十分な乾燥エアを供給することは困難であり又、不経
済でもあった。さらに、除湿機から載置台に乾燥エアを
供給するようにしても、排気調整を正確に行なわない
と、載置台の近傍は開口が設けられたプローブカード等
が設置されているため、完全密封はされていないので、
間隙から湿めった空気が侵入し、上記に記載したように
載置台に悪影響を与えるという問題点があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、載置台の載置面全面を均一に冷却し、その温度を適
宜調整することができ、しかも載置面全面を均一に冷却
しても載置台の表面や周辺での結露や着霜を防止するこ
とができ、常に清浄な雰囲気下で半導体ウエハの電気的
検査を正確且つ確実に行うことができるプローブ装置を
提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明のプローブ装置は、装置本体内において半導体
ウエハを載置し且つ移動及び温度調整可能な載置台と、
この載置台上に載置された半導体ウエハに接触するプロ
ーブを有するプローブカードとを備え、上記プローブカ
ードのプローブを上記半導体ウエハの電極部に接触させ
て乾燥エア雰囲気下で半導体ウエハの電気的検査を行う
プローブ装置において、上記装置本体内の乾燥エアの一
部を排気する排気口を上記装置本体に設けると共に残余
の乾燥エアを外部のエアで補充したエアを除湿及び除塵
しながら上記装置本内内へ再循環させる乾燥エア循環装
置を上記装置本体に接続し、且つ、上記載置台に、上記
半導体ウエハ全面を均一に冷却する冷媒通路がリブによ
り形成された冷却ジャケット及び上記半導体ウエハ全面
を均一に加熱する面状のヒータを設けたことを特徴とす
るものである。

（作用効果） この発明によれば、半導体ウエハを冷却する場合には、
冷却ジャケット内でリブによって形成された冷媒通路に
冷媒を流すと、この冷媒により載置台全面を均一に冷却
することができ、ヒータによりその温度を全面に亘って
適宜調整することができる。この時、装置本体内におい
てその排気口から乾燥エアの一部を排気口から排気する
と共に乾燥エア循環装置によって残余の乾燥エアを外部
のエアで補充した後、そのエアを除湿及び除塵しながら
装置本体内へ再循環すると、装置本体内の空気が常に乾
燥している上に清浄であるため、冷却された載置台の表
面や周辺の結露や着霜を防止し、載置台の載置面に半導
体ウエハを密着させることができると共に検査中の半導
体ウエハへの塵の付着を防止することができる。しか
も、排気口から乾燥エアを常に排気するようにしてある
ため、外部から装置本体内へ湿ったエアが侵入すること
がない。従って、半導体ウエハの電気的検査を行う場合
には、載置台の表面や周辺での着霜を防止できるため、
載置台上の半導体ウエハは全面で均一な高さを確保する
ことができると共に、載置台を円滑に移動させることが
でき、半導体ウエハ全面に対して半導体ウエハの電気的
検査を正確且つ確実に行うことができる。

（実施例） 次に、本発明プローブ装置の一実施例を図面を参照して
説明する。

このプローブ装置（１）の構成は、第２図に示すように
ウエハカセット（２）に所定の間隔を設けて半導体ウエ
ハ（３）を25枚設置する。このウエハ（３）を収納した
カセット（２）をカセット収納部（４）に搬入する。こ
の収納部（４）からウエハ（３）を一枚づつ取出し、予
備位置決めステージ（５）に搬送する。この予備位置決
めステージ（５）を回転させてウエハ（３）のオリフラ
を基準に精度±１゜位まで予備位置決めした後、ウエハ
（３）を検査ステージ（６）に搬送する。この検査ステ
ージ（６）に搬送されたウエハ（３）を正確に位置決め
するために、CCDカメラを使ったパターン認識機構やレ
ーザを用いた認識機構が設置されている。この位置決め
後ウエハ（３）上にプローブカード（７）の接触端子で
あるプローブ例えばプローブ針（８）をソフトタッチ
し、自動的にウエハ（３）の電気的特性を測定する。こ
のような連続自動測定機能をもつプローブ装置（１）に
より、半導体ウエハ（３）の検査において、ウエハ
（３）の品種により、ウエハ（３）を冷却又は加熱して
検査する必要がある。この冷却及び加熱は、ウエハ
（３）を載置した載置台即ち検査ステージ（６）により
行なう。この検査ステージ（６）は、載置面（９）にバ
キューム孔（図示せず）が設けられ、このバキューム孔
は図示しない真空装置にチューブ等を介して接続されて
いるので、載置面（９）においてウエハ（３）を真空吸
着可能とされている。又、第３図のように上記検査ステ
ージ（６）の内部には、冷却ジャケット（10）が内蔵さ
れ、載置面（９）の裏面のほぼ全体に接触するよう敷設
されている。この冷却ジャケット（10）は、均一な厚さ
の冷却液の流路であり、その厚み方向に均等な幅で仕切
る材質、例えばアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属
からなるリブ（11）により、蛇行した、あるいは格子状
等の流路を冷却ジャケット（10）に形成して冷却液を流
すようになっている。このリブ（11）により、冷却液の
冷却ジャケット（10）内における流れを乱すことを防止
し、冷却液の液体損失を低減でき、容易に大量の液を流
すことができることから、熱交換効率をより高くするこ
とができる。上記冷却液としてはエチレングリコール水
溶液などの不凍液が好適に使用される。このほか液体窒
素冷却、フロン冷却、そして望ましくはフロン−不凍液
の二元冷却を使用できる。また冷却ジャケット（10）と
しては、銅やその他の熱伝導率のよい材料を使用する必
要がある。

上記リブ（11）の側面には、冷却液を冷却ジャケット
（10）内に供給するための給液口もしくは排出するため
の排液口（12）が設けられ、冷却ジャケット（10）に冷
却した冷却液を供給するとともに、冷却液を還流させて
冷却装置に戻す構成になっている。

上記冷却ジャケット（10）の下側には、冷却ジャケット
（10）と密着させて、検査ステージ（６）のほぼ全面に
相当する広さの、面状発熱体等からなるヒータ（13）が
敷設されている。ヒータ（13）をこのように冷却ジャケ
ット（10）の下側に形成したのは、冷却ジャケット（1
0）の上側にヒータ（13）を設けると、ヒータ（13）自
身が断熱材の作用をはたしてしまい、冷却をさまたげる
からである。そして、ヒータ（13）をこのような位置に
設けても、上記リブ（11）がヒータ（13）の熱を載置面
（９）にスムーズに伝導する。したがって、冷却中に加
温して温度の微調整制御を行なうことができるだけでな
く、必要に応じて加熱する場合にも載置面（９）の温度
を均一にすることができる。この構成により−55℃〜15
0℃の温度範囲で使用できる。

上記のような検査ステージ（６）により、ウエハ（３）
を冷却して検査する場合は、検査ステージ（６）の冷却
による周辺空気の湿気からの結露や霜の発生を防止可能
なように構成されている。

この構成は第１図に示すように、上記検査ステージ
（６）を包囲する如く外部と遮断して略気密の空間部
（14）を設ける。この空間部（14）の上面においてはプ
ローブカード（７）が設けられていて、側面において、
検査ステージ（６）の高さ位置とほぼ平行位置に乾燥エ
アを供給する給気口（15）が設けられている。この給気
口（15）は、エアの流路となる供給用通路としての供給
用ダクト（16）を介して乾式の除湿機（17）に接続され
ている。又、除湿機（17）とダクト（16）の間には、微
細な塵を除却するためにエアフィルター（18）が設けら
れている。さらに、上記空間部（14）には供給された乾
燥エアを排気する手段が設けられている。この排気手段
として、空間部（14）の所望する位置には、外部とのエ
ア流路となる開口即ち、排気口（19）が設けられてい
て、一部の乾燥エアがこの排気口（19）から外部に排気
される。又、他の乾燥エアにおいては、空間部（14）の
側面に設けられた循環口（20）が還流通路としての循環
用ダクト（21）を介して除湿機（17）に接続されてい
る。即ち、一部の乾燥エアは、除湿機（17）と空間部
（14）を各ダクト（16）（21）を介して再循環するよう
に構成されている。又、循環用ダクト（21）の所望の位
置には、三方弁（22）が設けられていて、この三方弁
（22）の１つは、外部空気を吸入可能なように外部空気
吸入口（23）となっている。そして、これらの供給用ダ
クト（16）、除湿機（17）、エアフィルター（18）、循
環用ダクト（20）などによって乾燥エア循環装置が構成
されている。

上記構成のプローブ装置（１）における動作作用を説明
する。

被検査体である半導体ウエハ（３）をウエハカセット
（２）から図示しない搬送機構で搬送し、予備位置決め
後検査ステージ（６）に載置する。ここで、ウエハ
（３）を吸着保持し、正確にアライメント後、プローブ
カード（７）のプローブ針（８）にウエハ（３）に形成
されたICチップの電極部を接触させて順次ICチップの電
気特性を検査する。この時、ウエハ（３）の品種に対応
して、予め定められた温度に、ウエハ（３）を冷却する
必要がある。このウエハ（３）の冷却は、検査ステージ
（６）を冷却することにより行なう。即ち、先ず、冷却
ジャケット（10）に載置面（９）の設定温度よりもやや
低い温度の冷却液を流す。次いでヒータ（13）に通電し
て、温度を所定の温度まで微調整する。この温度制御は
載置面（９）の半導体ウエハ（３）の温度として測定で
きる位置に温度センサ、例えばサーミスタ（図示せず）
を１ないし複数埋設し、このサーミスタ出力温度を予め
設定した温度（設定置度）と比較し、差値が零となるよ
うにヒータの電流値や不凍液の温度制御を行ない、自動
設定する。不凍液の温度制御は冷凍機のON,OFF制御によ
り所望値に設定できる。

上記のように、検査ステージ（６）を冷却して、ウエハ
（３）の電気特性の検査中、空気に含まれる水蒸気によ
る水滴の結露や霜の発生を防止するために乾燥エアを検
査ステージ（６）に吹きつけておく。即ち、乾式の除湿
機（17）の図示しない循環ブロワーにより、除湿機（1
7）に空気を吸入すると共に、その吸入した空気を、水
の分子を吸着する吸着剤例えば活性シリカゲルと合成ゼ
オライトの混合体により除湿を行ない即ち、吸入された
空気中に含まれている水の分子を、まず活性シリカゲル
の10〜25Åの細孔で吸着した後、合成ゼオライトの３〜
９Åの細孔でわずかに残在している水の分子を吸着して
乾燥エアに変換し、この乾燥エアを検査ステージ（６）
の設けられた空間部（14）に供給する。この乾燥エアの
供給は、エアフィルター（18）により微細な塵を除却
し、供給用ダクト（16）を介して給気口（15）から検査
ステージ（６）の設けられた空間部（14）に流量例えば
500〜1500/min供給する。又、空間部（14）において
上記乾燥エアの供給と同時に乾燥エアの循環及び排気を
行なう。乾燥エアの循環は、除湿機（17）に設けられた
循環ブロワーにより、検査ステージ（６）の設けられた
空間部（14）の循環口（20）から、循環用ダクト（21）
を介して乾燥エアを吸入することにより行なう。この除
湿機（17）による吸入量は、循環用ダクト（21）の所望
の位置に設けられた三方弁（22）を予め調節して、空間
部（14）のエアから例えば400〜1200/min即ち、供給
した乾燥エアの4/5程度を吸入し、残りの1/5即ち100〜3
00/minを外部空気吸入口（23）から吸入する。このこ
とにより、除湿機（17）から空間部（14）に供給した乾
燥エアの内、約1/5即ち、100〜300/min程度は、空間
部（14）に設けられた排気口（19）等から強制的に外部
に排気される。上記のように、除湿機（17）から供給用
ダクト（16）を介して空間部（14）へ乾燥エアを供給
し、この供給されたエアの内約4/5のエアを循環用ダク
ト（21）を介して除湿機（17）に循環し、又、供給され
たエアの内約1/5のエアを空間部（14）に設けられた排
気口（19）等から排気するようにすると、4/5のエアは
除湿状態で乾式除湿機（17）を循環するので、容易に除
湿効果の向上が計れ、なおかつ、1/5のエアを空間部（1
4）の排気口（19）等から排気するので、たとえ空間部
（14）に隙間が開いていたとしても、その隙間におい
て、空間部（14）内部から外部に向けて乾燥エアの排気
効果が生じるため、隙間からの外部エアの進入を防止可
能となり、略気密状態の空間部（14）は、常に安定した
乾燥エア雰囲気を形成することが可能となる。ゆえに、
空間部（14）内の検査ステージ（６）を冷却しても、近
傍空気は一定状態を保ちながら乾燥しているので、水滴
等の発生及び霜の発生を防止でき、常に良好な状態で検
査を実行することが可能となる。特に、検査ステージ
（６）の表面や周辺にいおける霜の発生を防止すること
により、検査ステージ（６）の移動を円滑に行うことが
でき、もって検査ステージ（６）の移動制御を高精度に
行うことができ、しかもウエハ（３）の表面高さにバラ
ツキがなく、ウエハ（３）全面で正確且つ確実な検査を
行うことができる。

この発明は、上記実施例に限定するものではなく、検査
ステージが設けられた略気密空間に乾燥エアを予め冷却
した状態例えば室温以下に冷却して供給しても良く、こ
の場合、検査ステージの冷却効果を低減させることがな
く、検査ステージの冷却が容易になる。さらに、乾式除
湿機とイオナイザを接続して、乾燥エアにイオン化した
例えば酸素を含ませると、検査ステージ等に発生した静
電気を除却でき、静電破壊による悪影響を防止できる。

さらに又、検査ステージの設けられた空間部の乾燥エア
供給用給気口に、乾燥エアを拡散させるための拡散板例
えば多数の小孔が規則的に設けられた板状体を設け、こ
の板状体の小孔から乾燥エアを検査ステージに吹きつけ
るようにしても良い。

さらに又、空間部に設けられた乾燥エアの排気用の排気
口を、半導体ウエハの収納位置側に設けると、収納位置
も乾燥エアにより乾燥状態とすることが可能となる。こ
の場合、乾燥エアを流量させるためウエハ収納位置の後
方に、乾燥エア排気口を設けることが望ましい。

さらに又、除湿機にエアを吸入する際に、吸入口位置に
エアフィルターを設けて塵等の微細なゴミの除湿機への
吸入を防止しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための乾燥エアの
供給及び排気と循環を説明するための図、第２図は第１
図の機構を含むプローブ装置の説明図、第３図は第１図
の検査ステージの構成図である。 14……空間部、15……給気口 16……供給用ダクト、17……除湿機 19……排気口、20……循環口 21……循環用ダクト、22……三方弁 23……空気吸入口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】装置本体内において半導体ウエハを載置し
   且つ移動及び温度調整可能な載置台と、この載置台上に
   載置された半導体ウエハに接触するプローブを有するプ
   ローブカードとを備え、上記プローブカードのプローブ
   を上記半導体ウエハの電極部に接触させて乾燥エア雰囲
   気下で半導体ウエハの電気的検査を行うプローブ装置に
   おいて、上記装置本体内の乾燥エアの一部を排気する排
   気口を上記装置本体に設けると共に残余の乾燥エアを外
   部のエアで補充したエアを除湿及び除塵しながら上記装
   置本内内へ再循環させる乾燥エア循環装置を上記装置本
   体に接続し、且つ、上記載置台に、上記半導体ウエハ全
   面を均一に冷却する冷媒通路がリブにより形成された冷
   却ジャケット及び上記半導体ウエハ全面を均一に加熱す
   る面状のヒータを設けたことを特徴とするプローブ装
   置。
2. 【請求項２】上記乾燥エア循環装置は、上記装置本体に
   接続された還流通路とこの還流通路に接続され且つ除湿
   用の吸着剤を有する除湿機と、この除湿機と上記装置本
   体に接続され且つ除湿後の乾燥エアを上記装置本体内へ
   供給する供給用通路と、この供給用通路に取り付けられ
   たエアフィルターとを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のプローブ装置。
3. 【請求項３】上記冷媒通路を上記リブにより蛇行状また
   は格子状に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載のプローブ装置。
4. 【請求項４】上記排気口から排気する乾燥エアの量より
   上記乾燥エア循環装置による循環エアの量の方が多いこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
   か一つに記載のプローブ装置。
5. 【請求項５】上記乾燥エア循環装置から上記装置本体内
   に供給する乾燥エアの温度が、上記本体内に存在する乾
   燥エアの温度よりも低いことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれか一つに記載のプローブ装
   置。
6. 【請求項６】上記除湿機は水分を吸着する吸着剤を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のい
   ずれか一つに記載のプローブ装置。
7. 【請求項７】上記吸着剤がシリカゲルとゼオライトであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のプロー
   ブ装置。