KR101046823B1

KR101046823B1 - 검사 장치

Info

Publication number: KR101046823B1
Application number: KR1020080116376A
Authority: KR
Inventors: 주니치 하기하라
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2011-07-06
Also published as: TW200941610A; KR20090053737A; US7777511B2; JP2009130114A; TWI470711B; CN101441246A; US20090134894A1

Abstract

본 발명은 프로브 카드를 예열하는 일 없이 고온검사를 실행해서 프로브의 침끝 위치가 변동해도, 실시간으로 적정한 접촉 하중으로 보정해서 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있고, 더 나아가서는 프로브 카드나 피검사체의 손상을 방지할 수 있는 검사 장치를 제공한다. 본 발명의 검사 장치는 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 이동 가능한 탑재대(10)와, 탑재대(10)의 위쪽에 배치된 프로브 카드(30)와, 탑재대(10)를 제어하는 제어 장치(40)를 구비하고, 탑재대(10)는 온도 조정 가능한 탑재체(11)와, 탑재체(11)를 지지하는 지지체(12)와, 지지체(12)내에 마련된 승강 구동 기구(14)를 구비하고, 탑재체(11)와 지지체(12)의 사이에 접촉 하중을 검출하는 압력 센서(15)를 마련하며, 또한 제어 장치(40)는 압력 센서(15)의 검출 신호에 의거하여 승강 구동 기구(14)를 제어하도록 구성되어 있다.

Description

검사 장치 {INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 특성 검사를 실행하는 검사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온하 또는 저온하에서도 높은 신뢰성을 갖고 검사를 실행할 수 있는 검사 장치에 관한 것이다.

종래의 검사 장치는 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 피검사체(예를 들면, 반도체 웨이퍼) W를 탑재하는 이동 가능한 탑재대(1)와, 탑재대(1)를 수평 방향 및 상하 방향으로 이동시키는 구동 기구(2)와, 탑재대(1)의 위쪽에 배치된 프로브 카드(3)와, 프로브 카드(3)의 복수의 프로브(3A)와 탑재대(1) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와의 위치 맞춤을 하는 얼라이먼트 기구(4)와, 탑재대(1) 및 얼라이먼트 기구(4)를 포함한 각종 기기를 제어하는 제어 장치(5)를 구비하고, 제어 장치(5)의 제어 하에서 탑재대(1) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와 프로브 카드(3)의 복수의 프로브(3A)의 위치 맞춤을 실행하여 복수의 전극 패드와 복수의 프로브(3A)를 접촉시킨 후, 반도체 웨이퍼 W를 오버드라이브(overdrive)시켜 소정의 접촉 하중으로 반도체 웨이퍼 W의 전기적 특성 검사를 실행한다.

얼라이먼트 기구(4)는 탑재대(1)상의 반도체 웨이퍼 W를 촬상하는 제 1 카메라(4A)와, 프로브 카드(3)의 프로브(3A)를 촬상하는 제 2 카메라(4B)와, 제 1, 제 2 카메라(4A, 4B)의 촬상 화상을 화상 처리하는 화상 처리부(4C, 4D)를 갖고, 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드 및 프로브 카드(3)의 복수의 프로브(3A) 각각의 촬상 화상에 근거해서 복수의 전극 패드와 복수의 프로브(3A)의 위치 맞춤을 실행한다. 또한, 도 6에 있어서, ‘4E’는 얼라이먼트 브리지이다.

예를 들면, 반도체 웨이퍼 W의 고온검사를 실행하는 경우에는 탑재대(1)에 내장된 온도 조절 기구를 이용하여 탑재대(1) 상의 반도체 웨이퍼 W를 예를 들면 150℃로 가열하는 한편, 얼라이먼트 기구(4)를 거쳐서 탑재대(1) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와 프로브 카드(3)의 복수의 프로브(3A)의 얼라이먼트를 실행하고, 탑재대(1)를 승강 구동 기구에 의해서 상승시켜 복수의 전극 패드와 복수의 프로브(3A)를 접촉시킨 후, 또한 반도체 웨이퍼 W를 오버드라이브시켜 소정의 접촉 하중으로 복수의 전극 패드와 복수의 프로브(3A)를 전기적으로 접촉시키고, 150℃의 고온하에서 반도체 웨이퍼 W의 전기적 특성 검사를 실행한다.

그런데, 검사의 초기단계에서는 반도체 웨이퍼 W는 150℃의 고온까지 가열되어 있지만, 프로브 카드(3)는 가열되어 있지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼 W와 프로브(3A)의 사이에는 큰 온도차가 있다. 그 때문에, 검사시에 복수의 프로브(3A)가 반도체 웨이퍼 W의 최초의 전극 패드와 접촉하면, 복수의 프로브(3A)가 탑재대(1) 상의 반도체 웨이퍼 W에 의해서 직접 가열되어 열팽창하고 신장한다. 또한, 프로브 카드(3) 본체도 반도체 웨이퍼 W측으로부터의 방열에 의해 서서히 가열되어 열팽창한다. 프로브 카드(3) 본체 및 프로브(3A)는 반도체 웨이퍼 W내의 디바이스(device)의 검사를 반복하는 동안에 서서히 온도가 높아져, 프로브(3A)가 예를 들면 도 7a에 나타내는 상태에서 도 7b에 세선(細線)으로 나타내는 바와 같이 신장하여, 그 침끝 위치가 당초의 위치에서 서서히 변위하기 때문에, 미리 설정된 오버드라이브량으로 반도체 웨이퍼 W를 오버드라이브시키면 프로브(3A)로부터의 접촉 하중이 과대하게 되어 프로브(3A)나 전극 패드 P를 손상시킬 우려가 있었다. 또한, 프로브 카드(3)가 열팽창하여, 프로브(3A)의 침끝 위치가 안정될 때까지 장시간을 요하는 문제도 있었다.

그래서, 고온검사를 실행하는 경우에는 프로브 카드를 예열하여 프로브 카드를 완전히 열팽창시켜 치수적으로 안정시킨 후, 고온검사를 실행하도록 하고 있다. 그런데, 프로브 카드가 대형화되어 있기 때문에, 예열에는 예를 들면 20∼30분의 장시간이 필요하게 되고 있다. 그래서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 검사시의 고온으로 설정된 반도체 웨이퍼에 프로브를 직접 접촉시키고, 프로브 카드의 근방으로부터 프로브 카드를 예열하고 있다.

(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2007-088203호

그러나, 특허문헌 1의 기술에서는 고온검사 중에는 프로브 카드가 거의 열팽창하는 일이 없어, 소정의 오버 드라이브량으로 프로브와 반도체 웨이퍼의 안정된 접촉 하중을 얻을 수 있고, 프로브 카드나 반도체 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있지만, 검사 시간과는 별도로 프로브 카드의 예열 시간이 필요하고, 예열의 시간만큼 검사 시간이 길어진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 피검사체의 교환이나 얼라이먼트 등, 탑재대(1)가 프로브 카드(3)로부터 떨어져 있는 동안에 프로브 카드가 식어서, 프로브(3A)의 위치가 변동해 버린다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 프로브 카드를 예열하는 일 없이 고온검사를 실행하여 프로브의 침끝 위치가 변동해도, 실시간으로 적정한 접촉 하중으로 보정해서 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있고, 더 나아가서는 프로브 카드나 피검사체의 손상을 방지할 수 있는 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 청구항 1에 기재된 검사 장치는 피검사체를 탑재하는 이동 가능한 탑재대와, 상기 탑재대의 위쪽에 배치된 프로브 카드와, 상기 탑재대를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 탑재대를 오버드라이브시켜 상기 탑재대 상에 탑재된 상기 피검사체의 복수의 전극 패드와 상기 프로브 카드의 복수의 프로브를 소정의 접촉 하중으로 접촉시켜 상기 피검사체의 검사를 실행하는 검사 장치에 있어서, 상기 탑재대는 온도 조정 가능한 탑재체와, 상기 탑재체를 지지하는 지지체와, 상기 지지체 내에 마련된 승강 구동 기구를 구비하고, 상기 탑재체와 상기 지지체의 사이에 상기 접촉 하중을 검출하는 압력 센서를 마련하고, 또한 상기 제어 장치는 상기 압력 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 승강 구동 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 청구항 2에 기재된 검사 장치는 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 센서를 상기 탑재체의 외주부를 따라 복수 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 청구항 3에 기재된 검사 장치는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 센서는 정전 용량형 압력 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 청구항 4에 기재된 검사 장치는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 압력 센서는 복수의 정전 용량형 압력 센싱 소자가 종횡으로 배열된 어레이 센서로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 청구항 5에 기재된 검사 장치는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 압력 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 접촉 하중의 삼차원 분포 상태를 삼차원화 또는 이차원화로 간략화하여 표시 장치에 의해 가시화하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 프로브 카드를 예열하는 일 없이 고온검사를 실행하여 프로브의 침끝 위치가 변동해도, 실시간으로 적정한 접촉 하중으로 보정하여 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있고, 더 나아가서는 프로브 카드나 피검사체의 손상을 방지할 수 있는 검사 장치를 제공할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5b에 나타내는 실시형태에 의거하여 본 발명을 설명한다. 또한, 각 도면 중, 도 1은 본 발명의 검사 장치의 주요부를 나타내는 측면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 검사 장치에 이용되는 탑재대의 1실시형태를 나타내는 도면으로써, 도 2a는 그 분해 사시도, 도 2b는 도 2a에 나타내는 탑재대의 주요부를 나타내는 평면도, 도 2c는 탑재대의 주요부를 나타내는 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 압력 센서를 모식적으로 나타내는 도면으로써, 도 3a는 그 평면도, 도 3b는 도 3a의 일부를 확대해서 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 탑재대를 구비한 검사 장치의 제어계를 나타내는 블럭도이고, 도 5a 및 도 5b는 각각 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 탑재대 상에서 반도체 웨이퍼와 프로브 카드를 접촉시켜 고온검사를 실행하는 상태를 부분적으로 확대하여 나타내는 도면으로써, 도 5a는 접촉 직후를 나타내는 단면도, 도 5b는 프로브 카드가 열팽창하는 상태를 나타내는 단면도이다.

본 실시형태의 검사 장치는 도 1에 나타내는 바와 같이, 피검사체(예를 들 면, 반도체 웨이퍼) W를 탑재하고, X, Y, Z 및 θ 방향으로 이동 가능한 탑재대(10)와, 이 탑재대(10)를 X, Y 방향으로 이동시키는 X, Y스테이지(20)와, 탑재대(10)의 위쪽에 배치된 프로브 카드(30)와, 프로브 카드(30)의 프로브(31)와 탑재대(10) 상의 반도체 웨이퍼의 전극 패드를 얼라이먼트하는 얼라이먼트 기구(도시하지 않음)와, 탑재대(10) 및 얼라이먼트 기구 등의 기기를 제어하는 제어 장치(40)(도 4 참조)를 구비하고, 제어 장치(40)의 제어 하에서 탑재대(10)를 거쳐 반도체 웨이퍼 W를 오버 드라이브시켜 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드를 소정의 접촉 하중으로 전기적으로 접촉시켜서 반도체 웨이퍼 W의 고온검사 또는 저온검사를 실행하도록 구성되어 있다.

탑재대(10)는 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W를 소정의 온도로 가열 또는 냉각하는 온도 조절 기구를 내장하는 탑재체(11)와, 탑재체(11)를 하면 중앙에서 지지하는 지지체(12)와, 지지체(12)의 외주면에 둘레 방향 등간격을 두고 3개소에 배치되고 또한 승강 가이드(13A)를 거쳐서 지지체(12)를 승강 가능하게 지지하는 승강 지지체(13)를 구비하고, 탑재체(11) 상의 반도체 웨이퍼 W를 소정의 고온 온도(예를 들면, 150℃)로 가열하고, 탑재체(11) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)를 전기적으로 접촉시켜 반도체 웨이퍼 W의 고온검사를 실행하는 바와 같이 구성되어 있다.

지지체(12)는 도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 탑재체(11)의 외경보다 작은직경의 원통형상으로 형성된 지지체 본체(12A)와, 지지체 본체(12A)의 외주면의 둘레 방향 등간격을 둔 3개소로부터 돌출되는 보강부(12B)를 갖고 있다. 이들 보강부(12B)는 각각 지지체(12)의 하단에서 상단을 향해 서서히 바깥쪽으로 폭이 넓어지는 대략 직각３각형상으로 형성되어 있다.

도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 지지체 본체(12A)의 내측의 공간에는 승강 구동 기구(14)를 구성하는 모터(도시하지 않음) 및 볼나사(14A)가 수납되고, 이 볼나사(14A)는 지지체(12)의 내부에 고정된 너트 부재와 나사결합되고, 모터의 구동에 의해 볼나사(14A) 및 너트 부재를 거쳐서 지지체(12)가 XY스테이지(20)(도 2a 참조)에 대하여 승강하도록 되어 있다.

그런데, 예를 들면 반도체 웨이퍼 W의 고온 검사를 실행할 때에는 프로브 카드(30)는 가열된 반도체 웨이퍼 W와의 접촉 및 반도체 웨이퍼 W로부터의 방열에 의해 열팽창한다. 그 때문에, 반도체 웨이퍼 W가 탑재대(10)를 거쳐서 소정의 거리만큼 오버드라이브해도, 프로브 카드(30)의 열팽창에 의해 프로브(31)의 침끝 위치가 변동하고, 접촉 하중이 소정의 값을 넘어 버려, 프로브 카드(30) 및 반도체 웨이퍼 W를 손상시킬 우려가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 압력센서를 마련하여 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드의 접촉 하중을 고온검사에 적정한 접촉 하중을 유지하도록 하고 있다.

즉, 도 2c에 나타내는 바와 같이 탑재체(11)와 지지체(12)의 3개소의 보강부(12B)의 상단면의 사이에는 시트 형상으로 형성된 탄력이 있는 압력 센서(15)가 각각 장착되고, 이들 압력 센서(15)는 각각 탑재체(11) 상의 반도체 웨이퍼 W와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)와의 접촉 하중을 각각의 장소에 있어서 검출하고, 각각의 검출 신호를 제어 장치(40)에 출력하도록 하고 있다. 제어 장치(40)는 3개소의 압력 센서(15)의 검출 신호에 근거해서 탑재대(10)의 승강 구동 기구(14)를 제어해서 탑재체(11) 및 지지체(12)를 승강시키고, 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드를 소정의 접촉 하중으로 보정하고, 소기의 적정한 접촉 하중을 유지하도록 하고 있다. 그래서, 우선, 압력 센서(15)와 탑재체(11) 및 지지체(12)와의 위치 관계에 대해 설명한다. 또한，3개소의 보강부(12B)는 모두 동일한 구조를 갖기 때문에, 그 중의 하나를 예로 들어 설명한다.

도 2a 내지 도 2c에 나타내는 바와 같이 보강부(12B)의 상단면에는 탑재체(11)를 받는 대좌(臺座)부(12C)가 형성되어 있다. 이 대좌부(12C)는 지지체 본체(12A)의 상단면으로부터 직경 방향으로의 연장 단부에 형성되고, 그 내측의 평탄면보다 약간(예를 들면 2㎜) 높게 해서 형성되어 있다. 이 대좌부(12C)의 내측에 압력 센서(15)가 마련되어 있다. 압력 센서(15)는 도 2c에 나타내는 바와 같이 대좌부(12C)의 높이 h보다 약간 높은 두께로 형성되어 있고, 이 압력 센서(15)에 의해 탑재체(11)를 직접 지지하고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 검사를 실행하지 않을 때에는 도 2c에 나타내는 바와 같이 탑재체(11)와 대좌부(12C)의 사이에는 세극(細隙) δ이 형성되고, 반도체 웨이퍼 W의 검사를 실행할 때에는 탑재체(11)는 접촉 하중에 의해 압력 센서(15)를 세극 δ의 범위내에서 압축시킨다. 압력 센서(15)는 압축되는 것에 의해 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)의 접촉 하중을 검출한다.

프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드의 접촉 하중은 3개소의 압력 센서(15)에 분산되고, 복수의 프로브(31)의 접촉 위치에 따라서 3개소의 압력 센서(15)는 다른 접촉 하중(압력)을 검출한다. 복수의 프로브(31)와의 접촉 하중이 반도체 웨이퍼 W의 어떠한 장소에서도 일정하면, 3개소의 압력 센서(15)의 검출 압력의 합계값은 항상 일정한 접촉 하중이 된다. 따라서, 3개소의 압력 센서(15)의 검출 압력의 합계값을 고온검사에서 요구되는 적정한 접촉 하중으로 제어하는 것에 의해, 신뢰성이 높은 고온검사를 실행할 수 있다.

그리고, 압력 센서(15)는 예를 들면 정전 용량형이나 저항형 등의 각종 타입의 것이 알려져 있지만, 본 실시형태에서는 정전 용량형 압력 센서가 이용되고 있다. 이 압력 센서(15)는 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 다수의 정전 용량형 압력 센싱(sensing) 소자(151)가 종횡으로 배열된 어레이 센서(Array sensor)로서 형성되어 있다. 도 3b는 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)를 확대해서 나타내는 단면도이다.

정전 용량형 압력 센싱 소자(151)는 도 3b에 나타내는 바와 같이, 상하 ２개의 전극(151A, 151B)과, 이들 전극(151A, 151B) 사이에 소정의 치수를 갖는 간극을 형성하기 위한 탄성이 있는 절연 지지체(151C)와, 절연 지지체(151C)에서 형성된 간극 및 상하의 전극(151A, 151B)의 전체면을 피복하는 탄성이 있는 절연체(예를 들면, 실리콘 고무)(151D)와, 각 전극(151A, 151B)의 리드선(152)을 갖고, 예를 들면 각 압력 센싱 소자(151)는 1㎜ × 2㎜□ 정도의 크기를 갖는다. 여기서 절연 지지체(151C)와 절연체(151D)는 다른 재료이어도 동일한 재료이어도 좋다. 이 압력 센서(15)에 화살표로 나타내는 바와 같이 접촉 하중이 작용하면 절연 지지체(151C) 및 절연체(151D)가 압축되고, 이것에 의해 상하 ２개의 전극(151A, 151B) 간의 치 수가 변화하고, 전극(151A, 151B) 간의 정전 용량이 커진다. 정전 용량 C와 전극의 면적 S 및 전극간의 치수 d의 사이에는 C=k·(S/d)의 관계가 있다. 단, k는 비례 정수(定數)이다. 절연체(151D)는 어레이 센서의 전체 영역을 피복하고 있다. 또한, 본 실시형태의 압력 센서(15)는 다수의 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)를 배열해서 구성된 것이지만, 1개의 정전 용량형 압력 센서에 의해 구성되는 것이어도 좋다.

이와 같이 압력 센서(15)는 다수의 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)가 종횡으로 배열된 어레이 센서로서 구성되어 있기 때문에, 각 정전 용량형 압력센싱 소자(151)의 위치를 X, Y좌표, 각각의 좌표위치에 있어서의 검출 압력을 Z좌표로 하는 것에 의해, 각 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)에서 검출되는 신호에 의거하여 압력분포를 삼차원적으로 파악할 수 있다.

3개소의 압력 센서(15)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 리드선(152)을 거쳐서 각각의 검출부(153)에 접속되고, 각각의 검출부(153)를 거쳐서 제어 장치(40)에 검출 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 제어 장치(40)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 3개소의 압력 센서(15)의 검출 신호에 의거하여 승강 구동 기구(14)를 제어하는 제어 프로그램을 기억하는 동시에 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와의 적정한 접촉 하중을 기준 접촉 하중으로서 기억하는 기억부(41)와, 기억부(41)로부터 제어 프로그램을 판독하고 3개소의 압력 센서(15)로부터의 검출 신호에 근거하여 연산 처리하여 승강 구동 기구(14)를 제어하는 중앙 연산 처리부(42)를 구비하고 있다.

중앙 연산 처리부(42)는 제어 프로그램의 지령 신호 하에서, 3개소의 압력 센서(15) 각각의 검출 압력을 합계해서 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드의 접촉 하중을 검출하고, 이 검출된 접촉 하중과 기억부(41)로부터 판독된 기준 접촉 하중과의 비교 결과에 의거하여 탑재대(10)의 승강 구동 기구(14)를 승강 제어하는 기능을 갖고 있다.

또한, 중앙 연산 처리부(42)는 제어 프로그램의 지령 신호 하에서, 3개소의 압력 센서(15)의 각 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)의 검출 신호에 근거하여 압력분포를 구하고, 이 압력분포를 표시 장치(50)에 삼차원 또는 이차원으로 간략화하여 표시시키는 기능을 갖고 있다. 따라서, 3개소의 압력 센서(15)에서 검출된 압력분포는 표시 장치(50)에서 시각적으로 확인할 수 있다.

다음에, 본 실시형태의 검사 장치의 동작에 대해 도 5a 및 도 5b도 참조하면서 설명한다. 우선, 탑재대(10)의 탑재체(11)를 예를 들면 반도체 웨이퍼 W를 150℃로 설정할 수 있는 온도까지 가열한다. 이 탑재체(11) 상에 반도체 웨이퍼 W를 탑재하면, 탑재대(10)가 이동하는 동안에, 얼라이먼트 기구를 거쳐서 탑재체(11) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드 P와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)의 얼라이먼트를 실행한다. 이 동안에 탑재체(11)상의 반도체 웨이퍼 W의 온도가 150℃로 설정된다.

그 후, 탑재대(10)의 승강 구동 기구(14)가 구동해서 탑재체(11) 및 지지체(12)가 일체적으로 상승한다. 이것에 의해 탑재체(11) 상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드 P와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)가 접촉한 후, 또한 오 버드라이브를 걸면, 도 4, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 탑재체(11)상의 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드 P와 복수의 프로브(31)가 접촉하고, 3개소의 압력 센서(15)가 이 때의 접촉 하중을 검출부(153)에서 검출한다. 검출부(153)는 3개소의 압력 센서(15)로부터의 검출 신호를 제어 장치(40)의 중앙 연산 처리부(42)에 출력한다. 중앙 연산 처리부(42)는 기억부(41)로부터 판독된 제어 프로그램에 의거하여 3개소의 압력 센서(15)의 접촉 하중의 합계값을 구하고, 이 합계값과 기억부(41)로부터 판독된 기준 접촉 하중과 비교하고, 이 비교 결과에 의거하여 승강 구동 기구(14)를 제어한다.

반도체 웨이퍼 W의 고온검사를 실행하는 동안에 프로브 카드(30)가 반도체 웨이퍼 W로부터의 방열에 의해 열팽창하고, 복수의 프로브(31)가 도 5a에 나타내는 상태로부터 서서히 신장해서 탑재체(11)에 관한 접촉 하중이 증가하면, 3개소의 압력 센서(15)가 증가후의 접촉 하중을 검출한다. 중앙 연산 처리부(42)는 3개소의 압력 센서(15)로부터의 검출 접촉 하중과 기준 접촉 하중을 비교하고, 비교 결과에 의거하여 탑재체(11)가 도 5b에 나타내는 바와 같이 일점쇄선으로 나타내는 위치에서 실선으로 나타내는 위치까지 승강 구동 기구(14)를 하강하고, 프로브 카드(30)의 열팽창에 의한 복수의 프로브(31)의 신장을 흡수해서 접촉 하중을 보정하여 기준 접촉 하중으로 설정하고, 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드 P를 적정한 접촉 하중으로 전기적으로 접촉시켜 반도체 웨이퍼 W의 고온검사를 확실하게 실행할 수 있다.

고온검사 중에 프로브 카드(30)가 열팽창해도 3개소의 압력 센서(15)의 검출 신호에 근거해서 중앙 연산 처리부(42)가 승강 구동 기구(14)를 하강시켜서 프로브 카드(30)의 열팽창에 의한 복수의 프로브(31)의 신장을 흡수하여 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드의 접촉 하중을 항상 적정한 접촉 하중으로 보정하고, 신뢰성이 높은 고온검사를 안정적이고 또한 확실하게 실행할 수 있다. 따라서, 고온검사시에 프로브 카드(30) 및 반도체 웨이퍼 W가 프로브 카드(30)의 열팽창에 의해 손상하는 일이 없다.

또한, 중앙 연산 처리부(42)는 3개소의 압력 센서(15)의 복수의 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)의 검출 신호에 근거하여 접촉 하중의 압력분포를 삼차원으로 구하고, 그 압력분포를 표시 장치(50)에 삼차원 또는 이차원으로 간략화하여 가시화하여 표시할 수 있기 때문에, 표시 장치(50)에 의해서 접촉 하중의 압력분포를 시각적으로 삼차원 또는 이차원으로 파악할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 이동 가능한 탑재대(10)와, 탑재대(10)의 위쪽에 배치된 프로브 카드(30)와, 탑재대(10)를 제어하는 제어 장치(40)를 구비하고, 제어 장치(40)의 제어 하에서 탑재대(10)를 오버드라이브시켜 탑재대(10) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드와 프로브 카드(30)의 복수의 프로브(31)를 소정의 접촉 하중으로 접촉시켜 반도체 웨이퍼 W의 고온검사를 실행할 때에, 탑재대(10)는 온도 조정 가능한 탑재체(11)와, 탑재체(11)를 지지하는 지지체(12)와, 지지체(12)내에 마련된 승강 구동 기구(14)를 구비하고, 탑재체(11)와 지지체(12)의 사이에 접촉 하중을 검출하는 압력 센서(15)를 마련하고, 또한 제어 장치(40)는 압력 센서(15)의 검출 신호에 근거 하여 승강 구동 기구(14)를 제어하도록 했기 때문에, 프로브 카드(30)를 예열하는 일 없이 고온검사를 실행하여 프로브(31)가 신장하여 침끝 위치가 변동해도 제어 장치(40)가 압력 센서(15)의 검출 신호에 의거하여 승강 구동 기구(14)를 하강시켜 실시간으로 프로브(3l)의 신장을 흡수해서 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 접촉 하중을 적정한 접촉 하중으로 유지하여 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있어, 반도체 웨이퍼 W나 프로브 카드(30)를 손상시키는 일이 없다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 압력 센서(15)는 복수의 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)가 종횡으로 배열된 어레이 센서로서 구성되어 있기 때문에, 복수의 프로브(31)와 반도체 웨이퍼 W의 복수의 전극 패드의 접촉 하중을 삼차원의 압력분포로서 표시할 수 있다. 또한, 제어 장치(40)는 압력 센서(15)의 검출 신호에 의거하여 접촉 하중의 분포 상태를 삼차원화해서 또는 이차원화로 간략화해서 표시 장치(50)에 의해 가시화할 수 있기 때문에, 표시 장치(50)에 의해서 접촉 하중의 삼차원 압력 분포를 시각적으로 파악할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 구성요소를 적절히 설계 변경할 수 있다. 상기 각 실시형태에서는 압력 센서로서 복수의 정전 용량형 압력 센싱 소자(151)를 구비한 어레이 센서(152)를 예로 들어 설명했지만, 단독의 정전 용량형 압력 센서이어도 좋고, 또한 정전 용량형 압력 센서 이외의 저항형 압력 센서이어도 좋다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피검사체의 고온검사를 실행하는 검사 장치에 바람직하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 검사 장치의 주요부를 나타내는 측면도이고,

도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 검사 장치에 이용되는 탑재대의 1실시 형태를 나타내는 도면으로써, 도 2a는 그 분해 사시도, 도 2b는 도 2a에 나타내는 탑재대의 주요부를 나타내는 평면도, 도 2c는 탑재대의 주요부를 나타내는 단면도이고,

도 3a 및 도 3b는 각각 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 압력 센서를 모식적으로 나타내는 도면으로써, 도 3a는 그 평면도, 도 3b는 도 3a의 일부를 확대해서 나타내는 단면도이고,

도 4는 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 탑재대를 구비한 검사 장치의 제어계를 나타내는 블럭도이고,

도 5a 및 도 5b는 각각 도 2a 내지 도 2c에 나타내는 탑재대 상에서 반도체 웨이퍼와 프로브 카드를 접촉시켜 고온검사를 실행하는 상태를 부분적으로 확대해서 나타내는 도면으로써, 도 5a는 접촉 직후를 나타내는 단면도, 도 5b는 프로브 카드가 열팽창하는 상태를 나타내는 단면도이고,

도 6은 종래의 검사 장치의 일예를 모식적으로 나타내는 구성도이고,

도 7a 및 도 7b는 각각 도 6에 나타내는 검사 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼와 프로브 카드를 접촉시켜 고온검사를 실행하는 상태를 부분적으로 확대해서 나타내는 도면으로써, 도 7a는 접촉 직후를 나타내는 단면도, 도 7b는 프로브 카드가 열팽창하는 상태를 나타내는 단면도이다.

부호의 설명

10 탑재대

11 탑재체

12 지지체

15 압력 센서

30 프로브 카드

31 프로브

40 제어 장치

151 정전 용량형 압력 센싱 소자

W 반도체 웨이퍼(피검사체)

Claims

피검사체를 탑재하는 이동 가능한 탑재대와, 상기 탑재대의 위쪽에 배치된 프로브 카드와, 상기 탑재대를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 탑재대를 오버드라이브시켜 상기 탑재대 상에 탑재된 상기 피검사체의 복수의 전극 패드와 상기 프로브 카드의 복수의 프로브를 접촉시켜 상기 피검사체의 검사를 실행하는 검사 장치에 있어서,

상기 탑재대는 온도 조정 가능한 탑재체와,

상기 탑재체를 지지하는 지지체와,

상기 지지체 내에 마련된 승강 구동 기구를 구비하고,

상기 탑재체와 상기 지지체의 사이에 상기 복수의 전극 패드와 상기 복수의 프로브 사이의 접촉 하중을 검출하는 압력 센서를 마련하고,

또한 상기 제어 장치는 상기 압력 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 승강 구동 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는

검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 압력 센서를 상기 탑재체의 외주부를 따라 복수 배치한 것을 특징으로 하는

검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 압력 센서는 정전 용량형 압력 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는

검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 압력 센서는 복수의 정전 용량형 압력 센싱 소자가 종횡으로 배열된 어레이 센서로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 압력 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 접촉 하중의 삼차원 분포 상태를 삼차원화 또는 이차원화로 간략화하여 표시 장치에 의해 가시화하는 것을 특징으로 하는

검사 장치.