KR102208339B1 - 기판 검사 장치 및 기판 검사 방법 - Google Patents

기판 검사 장치 및 기판 검사 방법 Download PDF

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Abstract

검사를 정확하게 행할 수 있는 기판 검사 장치를 제공한다. 웨이퍼 검사 장치(10)는 반도체 디바이스가 형성된 웨이퍼(W)를 배치하는 척 탑(20)과, 웨이퍼(W)를 향해 돌출하는 복수의 콘택트 프로브(28)를 가지는 프로브 카드(18)와, 프로브 카드(18)를 유지하는 포고 프레임(23)과, 각 콘택트 프로브(28)를 둘러싸도록 포고 프레임(23)으로부터 수하하는 통 형상의 신축 가능한 내측 벨로우즈(26)와, 당해 내측 벨로우즈(26)를 둘러싸도록 포고 프레임(23)으로부터 수하하는 통 형상의 신축 가능한 외측 벨로우즈(27)를 구비하고, 척 탑(20)을 프로브 카드(18)에 접근시켜 각 콘택트 프로브(28)를 디바이스에 접촉시킬 시, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)는 척 탑(20)에 접촉하고, 또한 사이에 밀봉 공간(P)을 형성하여, 밀봉 공간(P)이 가압된다.

Description

기판 검사 장치 및 기판 검사 방법
본 발명은 기판 검사 장치 및 기판 검사 방법에 관한 것이다.
다수의 반도체 디바이스가 형성된 웨이퍼의 검사를 행하기 위하여, 검사 장치로서 프로버가 이용되고 있다. 프로버는 웨이퍼와 대향하는 프로브 카드를 구비하고, 프로브 카드는 판 형상의 기부(基部)와, 기부에 있어서 웨이퍼의 반도체 디바이스에 있어서의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프와 대향하도록 배치되는 복수의 기둥 형상 접촉 단자인 콘택트 프로브(프로브 바늘)를 구비한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
프로버에서는, 웨이퍼를 배치하는 스테이지를 이용하여 프로브 카드에 웨이퍼를 압압(押壓)시킴으로써, 프로브 카드의 각 콘택트 프로브를 반도체 디바이스에 있어서의 전극 패드 및 땜납 범프와 접촉시켜, 각 콘택트 프로브로부터 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접속된 반도체 디바이스의 전기 회로로 전기를 흘림으로써 해당 전기 회로의 도통 상태 등의 전기적 특성을 검사한다.
또한 도 12a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 판 형상 부재로 이루어지는 척(100)에 배치하고, 척(100)과 프로브 카드(101)의 사이를 통 형상의 신축 가능한 벨로우즈(102)로 둘러싸 밀폐 공간(S)을 형성하고, 당해 밀폐 공간(S)을 감압함으로써, 밀폐 공간(S)을 수축시켜 웨이퍼(W)를 척(100)마다 프로브 카드(101)로 끌어당겨(도 12b), 웨이퍼(W)를 프로브 카드(101)에 접촉시키는 기판 검사 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 기판 검사 장치에서는, 웨이퍼(W)가 프로브 카드(101)에 접촉할 때까지 척(100)이 얼라이너(103)에 의해 지지되지만, 웨이퍼(W)가 프로브 카드(101)에 접촉한 후에는 얼라이너(103)가 척(100)으로부터 이간한다(도 12c).
일본특허공개공보 2002-022768호 일본특허공개공보 2013-254812호
그러나, 웨이퍼(W)에 있어서 검사 대상이 되는 반도체 디바이스가 당해 웨이퍼(W)의 중심으로부터 오프셋된 위치에 형성되는 경우가 있다. 통상, 웨이퍼(W)는 그 중심이 척(100)의 중심과 일치하도록 척(100)에 배치되기 때문에, 이 경우, 척(100)의 중심으로부터 오프셋된 위치에 프로브 카드(101)의 각 콘택트 프로브(104)로부터의 반력의 합력이 작용하여 척(100)에 모멘트가 발생한다. 이 때, 상술한 바와 같이, 얼라이너(103)가 척(100)으로부터 이간되어 있으면, 척(100)에 발생한 모멘트를 얼라이너(103)에 의해 없앨 수 없어, 척(100)이 회전하여 기우는 경우가 있다(도 12d).
그 결과, 각 콘택트 프로브(104)는 웨이퍼(W)의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프와 적절히 접촉할 수 없어, 반도체 디바이스의 전기적 특성을 정확하게 검사할 수 없을 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 검사를 정확하게 행할 수 있는 기판 검사 장치 및 기판 검사 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 장치에 있어서, 각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하(垂下)하는 통 형상의 신축 가능한 제 1 벨로우즈와, 상기 제 1 벨로우즈를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 2 벨로우즈를 구비하고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 접촉하고, 또한 사이에 밀봉 공간을 형성하여, 상기 밀봉 공간이 가압되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지는 기판 검사 장치에 있어서, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 방법으로서, 각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 1 벨로우즈와, 상기 제 1 벨로우즈를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 2 벨로우즈를 배치하고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈를 상기 판 형상 부재에 접촉시키고, 또한 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈 사이에 밀봉 공간을 형성시켜, 상기 밀봉 공간을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 장치에 있어서, 각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 주 벨로우즈와, 상기 주 벨로우즈의 둘레에 배치되는 적어도 하나의 통 형상의 신축 가능한 보조 벨로우즈를 구비하고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 접촉하고, 또한 상기 보조 벨로우즈의 내부가 가압되어 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지는 기판 검사 장치에 있어서, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 방법으로서, 각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 주 벨로우즈를 배치하고, 또한 적어도 하나의 통 형상의 신축 가능한 보조 벨로우즈를 상기 주 벨로우즈의 둘레에 배치하고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 보조 벨로우즈를 상기 판 형상 부재에 접촉시키고, 또한 상기 보조 벨로우즈의 내부를 가압하여 상기 보조 벨로우즈로부터 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 판 형상 부재에 접촉하는 제 1 벨로우즈 및 제 2 벨로우즈 사이에 형성되는 밀봉 공간이 가압되므로, 판 형상 부재에는 각 콘택트 프로브로부터의 반력뿐 아니라, 밀봉 공간으로부터의 압압력도 작용한다. 이에 의해, 각 콘택트 프로브로부터의 반력의 합력이 판 형상 부재로부터의 중심으로부터 오프셋된 위치에 작용해도, 밀봉 공간으로부터의 압압력에 의해, 판 형상 부재에 작용하는 각 콘택트 프로브로부터의 반력의 합력의 영향을 저감할 수 있다. 그 결과, 각 콘택트 프로브로부터의 반력의 합력에 기인하는 모멘트를 저하시켜 판 형상 부재가 기우는 것을 억제할 수 있고, 따라서 판 형상 부재에 배치된 기판의 검사를 정확하게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 따른 기판 검사 장치로서의 웨이퍼 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 선 II-II을 따르는 종단면도이다.
도 3은 도 1의 웨이퍼 검사 장치에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이다.
도 4a ~ 도 4d는 본 실시의 형태에 따른 기판 검사 방법에 있어서의 척 탑 등의 동작을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5a ~ 도 5c는 본 실시의 형태에 따른 기판 검사 방법에 있어서의 척 탑의 기울기의 조정의 원리를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 1 변형예에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이다.
도 7은 도 6에 있어서의 선 VII-VII를 따르는 수평 단면도이다.
도 8은 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 2 변형예에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이다.
도 9는 도 8에 있어서의 선 IX-IX를 따르는 수평 단면도이다.
도 10은 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 3 변형예에 있어서의 테스터 하부의 수평 단면도이다.
도 11은 본 발명이 적용되는 다른 웨이퍼 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12a ~ 도 12d는 종래의 웨이퍼 검사 장치에 있어서의 척 탑 등의 동작을 설명하기 위한 도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 실시의 형태에 따른 기판 검사 장치로서의 웨이퍼 검사 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 기판 검사 장치로서의 웨이퍼 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 수평 단면도이며, 도 2는 도 1에 있어서의 선 II-II를 따르는 종단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 웨이퍼 검사 장치(10)는 검사실(11)을 구비하고, 상기 검사실(11)은 웨이퍼(W)의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 행하는 검사 영역(12)과, 검사실(11)에 대한 웨이퍼(W)의 반출입을 행하는 반출입 영역(13)과, 검사 영역(12) 및 반출입 영역(13)의 사이에 마련된 반송 영역(14)을 가진다. 검사 영역(12)에는 웨이퍼 검사용 인터페이스로서의 복수의 테스터(15)가 배치되고, 테스터(15)의 각각의 하부에는 원판 형상의 프로브 카드(18)가 장착된다.
반출입 영역(13)은 복수의 수용 공간(16)으로 구획되고, 각 수용 공간(16)에는 복수의 웨이퍼(W)를 수용하는 용기, 예를 들면 FOUP(17)을 받아들이는 포트(16a), 프로브 카드(18)가 반입되고 또한 반출되는 로더(16c) 및 웨이퍼 검사 장치(10)의 각 구성 요소의 동작을 제어하는 컨트롤러(16d)가 배치된다.
검사 영역(12)에서는, 각 테스터(15)에 대응하여, 프로브 카드(18)에 대향하도록 웨이퍼(W)를 배치하여 흡착하는 원판 형상 부재로 이루어지는 척 탑(20)이 배치된다. 척 탑(20)은 얼라이너(21)에 지지되고, 얼라이너(21)는 척 탑(20)을 상하 좌우로 이동시켜, 척 탑(20)에 배치된 웨이퍼(W)를 프로브 카드(18)에 정면으로 마주시킨다.
반송 영역(14)에는 이동 가능한 반송 로봇(19)이 배치된다. 반송 로봇(19)은 반출입 영역(13)의 포트(16a)로부터 웨이퍼(W)를 수취하여 각 테스터(15)에 대응하는 척 탑(20)으로 반송하고, 또한 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사가 종료된 웨이퍼(W)를 각 테스터(15)에 대응하는 척 탑(20)으로부터 포트(16a)로 반송한다. 또한, 반송 로봇(19)은 각 테스터(15)로부터 메인터넌스를 필요로 하는 프로브 카드(18)를 반출입 영역(13)의 로더(16c)로 반송하고, 또한 신규 또는 메인터넌스가 종료된 프로브 카드(18)를 로더(16c)로부터 각 테스터(15)로 반송한다.
이 웨이퍼 검사 장치(10)에서는, 각 테스터(15)가 반송된 웨이퍼의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 행하는데, 반송 로봇(19)이 하나의 테스터(15)를 향해 웨이퍼를 반송하고 있는 동안에, 다른 테스터(15)는 다른 웨이퍼의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 행할 수 있으므로, 웨이퍼의 검사 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 웨이퍼 검사 장치에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이다.
도 3에 있어서, 테스터(15)는 마더보드(22)를 내장한다. 마더보드(22)는 전기적 특성이 검사되는 반도체 디바이스가 탑재되는 PC 등의 마더보드를 본뜬 구조를 가진다. 테스터(15)는 마더보드(22)를 이용하여, 반도체 디바이스가 PC 등의 마더보드에 탑재된 상태에 가까운 상태를 재현하여 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 행한다.
마더보드(22)의 하방에는 포고 프레임(23)이 배치되고, 마더보드(22) 및 포고 프레임(23) 사이의 공간이 감압되어 마더보드(22)는 포고 프레임(23)을 진공 흡착한다. 또한, 포고 프레임(23)의 하방에는 프로브 카드(18)가 배치되고, 포고 프레임(23) 및 프로브 카드(18) 사이의 공간이 감압되어 포고 프레임(23)은 프로브 카드(18)를 진공 흡착한다.
포고 프레임(23)의 중앙부에는 프레임 형상의 포고 블록(24)이 배치되고, 포고 블록(24)은 프로브 카드(18) 및 마더보드(22)를 전기적으로 접속하는 다수의 포고 핀(25)을 유지한다. 프로브 카드(18)의 하방에는 척 탑(20)이 배치되고, 프로브 카드(18)는 척 탑(20)과 대향하도록 하면에 배치된 다수의 콘택트 프로브(28)를 가진다.
포고 프레임(23)에는 각 콘택트 프로브(28)를 둘러싸도록 척 탑(20)을 향해 수하하는 원통형 주름 부재인 내측 벨로우즈(26)(제 1 벨로우즈)와, 상기 내측 벨로우즈(26)를 둘러싸도록 척 탑(20)을 향해 수하하는 원통형 주름 부재인 외측 벨로우즈(27)(제 2 벨로우즈)가 프로브 카드(18)와 동심에 배치된다. 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)는 도면 중 상하 방향으로 신축 가능하다. 또한, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)는 프로브 카드(18)로부터 수하하도록 구성되어도 된다.
척 탑(20)에는 배치된 웨이퍼(W)를 둘러싸고, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)에 대향하도록, 엘라스토머 부재로 이루어지는 립 씰(29)이 당해 척 탑(20)과 동심원 형상으로 배치된다. 또한, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)의 상하단에는 각각 링 형상의 접촉부(30a, 30b)가 마련되며, 링 형상의 접촉부(30a)는 포고 프레임(23)과 접촉하고, 링 형상의 접촉부(30b)는 립 씰(29)에 접촉한다. 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)는 접촉부(30a, 30b)와 협동하여 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27) 사이에 밀봉 공간(P)을 형성한다. 밀봉 공간(P)은 당해 밀봉 공간(P)과 외부에 마련된 가압 유닛(도시하지 않음)을 연통하는 가압 경로(31)로부터 공급되는 가스에 의해 가압된다. 밀봉 공간(P)이 가압되면 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)가 접촉부(30b)를 누르는 압압력(이하, '벨로우즈 압압력'이라고 함)이 발생하는데, 벨로우즈 압압력은 접촉부(30b) 및 립 씰(29)을 개재하여 척 탑(20)에 작용한다. 여기서 상술한 바와 같이, 립 씰(29)은 척 탑(20)과 동심원 형상으로 배치되기 때문에, 립 씰(29)의 각 곳에 작용하는 벨로우즈 압압력의 합력의 작용점은 척 탑(20)의 중심이 된다. 또한, 립 씰(29)의 내부에는 정해진 높이를 가지는 경질 부재, 예를 들면 수지 부재로 이루어지는 스토퍼(32)가 배치되며, 립 씰(29)에 벨로우즈 압압력이 작용해도 립 씰(29)이 과압축되는 것을 방지할 수 있어, 립 씰(29)의 복원성이 저하되는 것을 방지한다.
테스터(15)에서는, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)가 접촉부(30b)를 누를 시, 접촉부(30b)가 립 씰(29)과 접촉함으로써, 포고 프레임(23), 내측 벨로우즈(26), 립 씰(29) 및 척 탑(20)으로 둘러싸이는 밀폐 공간(S)이 형성된다. 밀폐 공간(S)은 당해 밀폐 공간(S)과 외부에 마련된 감압 유닛(도시하지 않음)을 연통하는 감압 경로(33)에 의해 감압되어 수축한다. 이에 의해, 척 탑(20)이 포고 프레임(23)으로 끌어당겨져 포고 프레임(23)의 하방에 배치된 프로브 카드(18)의 각 콘택트 프로브(28)가, 척 탑(20)에 배치된 웨이퍼(W)의 반도체 디바이스에 있어서의 전극 패드 및 땜납 범프와 접촉한다. 이 때, 각 콘택트 프로브(28)로부터 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접속된 반도체 디바이스의 전기 회로에 전기를 흘림으로써 상기 전기 회로의 도통 상태 등의 전기적 특성의 검사가 행해진다.
또한, 척 탑(20)에는 포고 프레임(23)과 대향하도록 복수의 하이트 센서(34)가 배치되며, 각 하이트 센서(34)는 척 탑(20)의 각 곳과 포고 프레임(23) 사이의 거리(높이)를 계측한다. 본 실시의 형태에서는, 각 하이트 센서(34)가 계측한 척 탑(20)의 각 곳과 포고 프레임(23) 사이의 거리에 기초하여, 포고 프레임(23)에 대한 척 탑(20)의 기울기를 산출한다. 또한, 하이트 센서(34)는 척 탑(20)이 아닌 포고 프레임(23)에 배치되어, 포고 프레임(23)의 각 곳과 척 탑(20) 사이의 거리(높이)를 계측해도 된다.
도 4a ~ 도 4d는 본 실시의 형태에 따른 기판 검사 방법에 있어서의 척 탑 등의 동작을 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 반송 로봇(19)으로부터 웨이퍼(W)를 수취한 척 탑(20)을 얼라이너(21)가 이동시켜, 척 탑(20)에 배치된 웨이퍼(W)를 프로브 카드(18)에 정면으로 마주시킨다(도 4a). 이 후, 얼라이너(21)가 상승하여 척 탑(20)을 포고 프레임(23)(테스터(15))에 접근시키면, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)가 접촉부(30b)를 개재하여 립 씰(29)과 접촉한다. 이 때, 포고 프레임(23)(테스터(15)), 내측 벨로우즈(26), 립 씰(29) 및 척 탑(20)으로 둘러싸이는 밀폐 공간(S)이 형성된다(도 4b). 또한, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27) 사이의 밀봉 공간(P)에 가압 경로(31)로부터 가스가 공급되고, 밀봉 공간(P)이 가압되어 벨로우즈 압압력이 발생한다. 당해 벨로우즈 압압력은 접촉부(30b) 또는 립 씰(29)을 개재하여 척 탑(20)을 압압한다.
이어서, 얼라이너(21)가 상승을 계속하여, 프로브 카드(18)의 각 콘택트 프로브(28)가 척 탑(20)에 배치된 웨이퍼(W)의 반도체 디바이스의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접촉한다. 이 후에도, 얼라이너(21)는 척 탑(20)을 포고 프레임(23)(테스터(15))을 향해 압압(오버 드라이브)하여 각 콘택트 프로브(28)를 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 계속 접촉시킨다. 또한, 감압 유닛에 의해 밀폐 공간(S)이 감압되어 척 탑(20)이 포고 프레임(23)으로 끌어당겨진다(도 4c). 또한, 오버 드라이브의 동안에도, 밀봉 공간(P)이 계속 가압되어, 벨로우즈 압압력은 척 탑(20)을 계속 압압한다.
이 때, 예를 들면, 반도체 디바이스가 웨이퍼(W)의 중심으로부터 오프셋된 위치에 형성되어 있으면, 각 콘택트 프로브(28)를 반도체 디바이스의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접촉시키기 때문에, 프로브 카드(18)의 중심은 웨이퍼(W)의 중심과 대응하지 못하고, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 오프셋된 위치와 대응한다. 여기서, 웨이퍼(W)는 그 중심이 척 탑(20)의 중심과 일치하도록 척 탑(20)에 배치되는 한편, 각 콘택트 프로브(28)는 프로브 카드(18)의 중심에 관하여 대칭적으로 배치되기 때문에, 각 콘택트 프로브(28)로부터 웨이퍼(W)(척 탑(20))에의 반력의 합력은 웨이퍼(W)(척 탑(20))의 중심이 아닌, 웨이퍼(W)(척 탑(20))의 중심으로부터 오프셋된 위치에 작용한다. 구체적으로, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 각 콘택트 프로브(28)로부터의 반력의 합력(F1)은 척 탑(20)의 중심(G)으로부터 오프셋된 위치에 작용한다. 한편, 립 씰(29)을 개재하여 척 탑(20)에 작용하는 벨로우즈 압압력(f2)의 합력(F2)은, 립 씰(29)이 척 탑(20)과 동심원 형상으로 배치되기 때문에, 척 탑(20)의 중심(G)에 작용한다. 따라서, 합력(F1) 및 합력(F2)의 합력(F3)의 작용점을 합력(F1)의 작용점보다 척 탑(20)의 중심(G)에 근접시킬 수 있다. 합력(F3)의 작용점의 위치는 합력(F1) 및 합력(F2)의 크기의 비에 의해 결정되고, 예를 들면 도 5b에 나타내는 바와 같이, 합력(F1)이 합력(F2)보다 크면 합력(F3)의 작용점은 합력(F1)의 작용점에 근접하고, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 합력(F2)이 합력(F1)보다 크면 합력(F3)의 작용점은 합력(F2)의 작용점, 즉 척 탑(20)의 중심(G)에 근접한다. 척 탑(20)에 작용하는 모멘트는 합력(F3)에 기인하여 발생하기 때문에, 합력(F3)의 작용점을 척 탑(20)의 중심(G)에 근접시킴으로써, 당해 모멘트를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 척 탑(20)이 기우는 것을 억제할 수 있고, 따라서 웨이퍼(W)의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 정확하게 행할 수 있다.
웨이퍼 검사 장치(10)에서는, 합력(F3)의 작용점을 척 탑(20)의 중심(G)에 근접시키기 위하여, 합력(F2)이 합력(F1)보다 커지도록 밀봉 공간(P)의 압력이 결정된다. 구체적으로, 합력(F1)의 적어도 3 배의 합력(F2)이 척 탑(20)에 작용하도록 밀봉 공간(P)의 압력이 결정된다. 또한, 밀봉 공간(P)의 압력은 각 하이트 센서(34)가 계측한 척 탑(20)의 각 곳과 포고 프레임(23) 사이의 거리로부터 산출된 척 탑(20)의 기울기에 따라 결정되며, 예를 들면 척 탑(20)의 기울기가 클 때는, 합력(F2)이 비교적 커지도록 밀봉 공간(P)의 압력이 결정되고, 척 탑(20)의 기울기가 그다지 크지 않을 때는, 합력(F2)이 비교적 작아지도록 밀봉 공간(P)의 압력이 결정된다. 즉, 웨이퍼 검사 장치(10)에서는, 밀봉 공간(P)의 압력을 변경하는 것만으로 척 탑(20)의 기울기를 조정할 수 있기 때문에, 척 탑(20)의 기울기를 교정하기 위한 밸런스 웨이트 등을 이용할 필요를 없앨 수 있다.
또한, 밀봉 공간(P)의 가압의 타이밍으로서, 각 콘택트 프로브(28)가 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접촉한 후도 고려되지만, 이 경우, 한 번 접촉한 각 콘택트 프로브(28)가 벨로우즈 압압력(f2)의 새로운 부하에 의해 각 전극 패드 및 각 땜납 범프로부터 이간되어 어긋날 가능성이 있기 때문에, 밀봉 공간(P)의 가압의 타이밍으로서는, 각 콘택트 프로브(28)가 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접촉하기 전이 바람직하다. 이에 의해, 각 콘택트 프로브(28)가 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 접촉한 후에 벨로우즈 압압력(f2)이 새롭게 부하되는 경우가 없으므로, 각 콘택트 프로브(28)가 각 전극 패드 및 각 땜납 범프로부터 이간되어 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
이 후, 얼라이너(21)가 하강하지만, 밀폐 공간(S)이 감압되어 있기 때문에, 척 탑(20)은 포고 프레임(23)(테스터(15))으로 계속 끌어당겨져, 각 콘택트 프로브(28)가 반도체 디바이스의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프와 계속 접촉한다(도 4d).
이상, 본 발명에 대하여, 상술한 실시의 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 실시의 형태에서는, 척 탑(20)의 기울기를 조정하기 위하여 밀봉 공간(P)이 가압되었지만, 벨로우즈 압압력(f2)은 밀폐 공간(S)의 감압에 의해 발생하는 각 콘택트 프로브(28)의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 대한 접촉력과 반대 방향으로 작용하기 때문에, 밀봉 공간(P)의 압력을 조정함으로써, 각 콘택트 프로브(28)의 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에의 접촉력을 줄일 수 있어, 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 각 콘택트 프로브(28)의 바늘 자국이 남는 것을 방지할 수 있다.
또한, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)는 접촉부(30b) 또는 립 씰(29)을 개재하여 척 탑(20)에 벨로우즈 압압력(f2)을 작용시켰지만, 접촉부(30b) 또는 립 씰(29)을 마련하지 않고, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)를 척 탑(20)에 직접 접촉시켜, 내측 벨로우즈(26), 외측 벨로우즈(27), 포고 프레임(23) 및 척 탑(20)으로 둘러싸이는 밀봉 공간(P)을 가압하여 척 탑(20)에 벨로우즈 압압력(f2)을 작용시키게 해도 된다.
또한, 립 씰(29)이 접촉부(30b)를 흡착하는 경우, 밀봉 공간(P)이 감압되어도 된다. 이에 의해, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)가 립 씰(29)을 개재하여 척 탑(20)을 끌어당길 수 있기 때문에, 각 콘택트 프로브(28)를 각 전극 패드 및 각 땜납 범프에 확실히 접촉시킬 수 있다.
또한, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27) 외에 벨로우즈를 마련해도 된다. 도 6은 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 1 변형예에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이며, 도 7은 도 6에 있어서의 선 VII-VII을 따르는 수평 단면도이다.
도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 변형예에서는, 외측 벨로우즈(27)의 둘레(외측)에, 포고 프레임(23)으로부터 척 탑(20)을 향해 수하하는 원통형 주름 부재인 복수, 예를 들면 3 개의 보조 벨로우즈(35)가 배치된다. 각 보조 벨로우즈(35)는 상하 방향으로 신축 가능하며, 외측 벨로우즈(27)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 배치된다. 각 보조 벨로우즈(35)의 상하단에는 각각 원판 형상의 접촉부(37a, 37b)가 마련되며, 접촉부(37a)는 포고 프레임(23)과 접촉하고, 접촉부(37b)는 척 탑(20)에 접촉한다. 각 보조 벨로우즈(35)는 내부에 밀봉 공간(P1)을 형성하고, 밀봉 공간(P1)은 당해 밀봉 공간(P1)과 외부에 마련된 다른 가압 유닛(도시하지 않음)을 연통하는 가압 경로(36)로부터 공급되는 가스에 의해 가압된다. 밀봉 공간(P1)이 가압되면 보조 벨로우즈(35)가 접촉부(37b)를 누르는 압압력(이하, '보조 벨로우즈 압압력'이라고 함)이 발생하고, 보조 벨로우즈 압압력은 접촉부(37b)를 개재하여 척 탑(20)에 작용한다. 여기서, 상술한 바와 같이, 각 보조 벨로우즈(35)는 외측 벨로우즈(27)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 배치, 즉 분산되어 배치되기 때문에, 보조 벨로우즈 압압력이 척 탑(20)에 분산되고, 또한 국소적으로 작용한다. 여기서, 각 보조 벨로우즈(35)의 밀봉 공간(P1)의 압력을 개별로 변경시키면, 척 탑(20)의 각 곳에 있어서 상이한 크기의 보조 벨로우즈 압압력을 작용시킬 수 있다. 이에 의해, 척 탑(20)의 기울기를 세밀하게 제어할 수 있고, 따라서 척 탑(20)이 기우는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또한, 각 보조 벨로우즈(35)는 외측 벨로우즈(27)의 둘레에 배치되기 때문에, 보조 벨로우즈 압압력은 척 탑(20)의 중심(G)으로부터 크게 오프셋된 위치에 작용한다. 이에 의해, 척 탑(20)에 작용하는 보조 벨로우즈 압압력 기인의 모멘트가 커지기 때문에, 보조 벨로우즈 압압력이 작아도, 척 탑(20)을 크게 회전시킬 수 있다. 즉, 비교적 작은 보조 벨로우즈(35)를 이용해도, 척 탑(20)의 기울기를 효율적으로 조정할 수 있다.
상술한 제 1 변형예와 같이, 복수의 보조 벨로우즈(35)를 마련한 경우, 각 보조 벨로우즈(35)에 의해 둘러싸이는 벨로우즈는, 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)로 이루어지는 이중의 벨로우즈가 아니어도 된다. 도 8은 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 2 변형예에 있어서의 테스터 하부의 확대 부분 단면도이며, 도 9는 도 8에 있어서의 선 IX-IX을 따르는 수평 단면도이다.
도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 도 1의 웨이퍼 검사 장치(10)의 제 2 변형예에서는, 3 개의 보조 벨로우즈(35)에 의해 둘러싸이도록 단일의 메인 벨로우즈(41)가 배치된다. 메인 벨로우즈(41)는 내측 벨로우즈(26)와 마찬가지로, 상하 방향으로 신축 가능한 원통형 주름 부재로 이루어지며, 포고 프레임(23)으로부터 콘택트 프로브(28)를 둘러싸도록 척 탑(20)을 향해 수하한다. 또한, 메인 벨로우즈(41)의 상하단에도, 내측 벨로우즈(26)와 마찬가지로 각각 링 형상의 접촉부(30a, 30b)가 마련되며, 링 형상의 접촉부(30a)는 포고 프레임(23)과 접촉하고, 링 형상의 접촉부(30b)는 립 씰(29)에 접촉하지만, 상술한 밀봉 공간(P)은 형성되지 않는다.
또한 상술한 제 2 변형예에서도, 메인 벨로우즈(41)의 둘레(외측)에 배치되는 3 개의 보조 벨로우즈(35)는 각각 내부에 밀봉 공간(P1)을 형성하고, 밀봉 공간(P1)은 가압 경로(36)로부터 공급되는 가스에 의해 가압된다. 이에 의해, 각 보조 벨로우즈(35)에 있어서 보조 벨로우즈 압압력이 발생하고, 보조 벨로우즈 압압력은 접촉부(37b)를 개재하여 척 탑(20)에 작용한다. 이 때, 각 보조 벨로우즈(35)의 밀봉 공간(P1)의 압력을 개별로 변경시켜 척 탑(20)의 각 곳에 있어서 상이한 크기의 보조 벨로우즈 압압력을 작용시킴으로써, 척 탑(20)의 기울기를 세밀하게 제어할 수 있다.
또한, 상술한 웨이퍼 검사 장치(10)의 제 1 변형예 및 제 2 변형예에 있어서, 각 보조 벨로우즈(35) 대신에 코일 스프링 등의 탄성 부재를 배치해도 된다. 이 경우, 각 탄성 부재의 스프링 정수 등을 개별로 변경함으로써, 척 탑(20)의 각 곳에 있어서 상이한 크기의 탄성력을 작용시킬 수 있고, 따라서 척 탑(20)이 기우는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 도 1의 웨이퍼 검사 장치의 제 3 변형예에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27) 사이의 밀봉 공간(P)이, 둘레 방향으로 대략 등간격으로 배치된 복수, 예를 들면 3 개의 격벽(38)에 의해 복수의 분할 공간(P2 ~ P4)으로 분할되고, 각 분할 공간(P2 ~ P4)의 압력을 개별로 변경하여 각 분할 공간(P2 ~ P4)으로부터 상이한 크기의 벨로우즈 압압력(f2)을 척 탑(20)에 개별로 작용시켜도 된다. 이에 의해, 척 탑(20)에 국소적으로 상이한 크기의 벨로우즈 압압력(f2)을 작용시킬 수 있기 때문에, 척 탑(20)의 기울기를 세밀하게 제어할 수 있고, 따라서 척 탑(20)이 기우는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한 본 실시의 형태에서는, 복수 매의 웨이퍼의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 동시에 행할 수 있는 웨이퍼 검사 장치에 본 발명이 적용되는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 1 매만의 웨이퍼의 반도체 디바이스의 전기적 특성의 검사를 행하는 웨이퍼 검사 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 당해 웨이퍼 검사 장치(39)는 하나의 검사실(40)의 내부에, 예를 들면 테스터(15)(포고 프레임(23)), 프로브 카드(18), 척 탑(20), 내측 벨로우즈(26) 및 외측 벨로우즈(27)를 구비한다(도 11).
본 출원은 2016년 9월 28일에 출원된 일본출원 제2016-189999호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 당해 일본 출원에 기재된 모든 내용을 본 출원에 원용한다.
P : 밀봉 공간
P2 ~ P4 : 분할 공간
S : 밀폐 공간
W : 웨이퍼
10 : 웨이퍼 검사 장치
18 : 프로브 카드
20 : 척 탑
26 : 내측 벨로우즈
27 : 외측 벨로우즈
28 : 콘택트 프로브
34 : 하이트 센서
35 : 보조 벨로우즈
41 : 메인 벨로우즈

Claims (10)

  1. 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 장치에 있어서,
    각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 1 벨로우즈와,
    상기 제 1 벨로우즈를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 2 벨로우즈를 구비하고,
    상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 접촉하고 또한 사이에 밀봉 공간을 형성하여,
    상기 밀봉 공간이 가압되며,
    상기 밀봉 공간의 압력은, 상기 판 형상 부재에 작용하는 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈의 압압력의 합력이 상기 콘택트 프로브로부터 상기 기판에의 반력의 합력보다 커지도록 결정되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 공간으로부터 상기 판 형상 부재에 작용하는 압압력의 중심이 상기 판 형상 부재의 중심과 일치하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 벨로우즈의 둘레에 적어도 하나의 통 형상의 신축 가능한 보조 벨로우즈가 배치되고,
    상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 접촉하고, 또한 상기 보조 벨로우즈의 내부가 가압되어 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈 사이의 상기 밀봉 공간이 복수의 분할 공간으로 분할되고,
    각 상기 분할 공간의 각각을 가압함으로써, 각 상기 분할 공간의 각각으로부터 개별로 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 판 형상 부재 및 상기 프로브 카드 사이의 거리를 계측하는 하이트 센서를 더 구비하고,
    상기 계측된 거리에 기초하여 상기 판 형상 부재의 기울기가 산출되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  6. 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지는 기판 검사 장치에 있어서, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 방법으로서,
    각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 1 벨로우즈와 상기 제 1 벨로우즈를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 제 2 벨로우즈를 배치하고,
    상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈를 상기 판 형상 부재에 접촉시키고 또한 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈 사이에 밀봉 공간을 형성시켜,
    상기 밀봉 공간을 가압하며,
    상기 밀봉 공간의 압력은, 상기 판 형상 부재에 작용하는 상기 제 1 벨로우즈 및 상기 제 2 벨로우즈의 압압력의 합력이 상기 콘택트 프로브로부터 상기 기판에의 반력의 합력보다 커지도록 결정되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀봉 공간의 압력은 상기 판 형상 부재의 기울기에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 밀봉 공간의 압력은, 각 상기 콘택트 프로브로부터 상기 판 형상 부재에 작용하는 반력의 합력의 적어도 3 배의 압압력이 상기 밀봉 공간으로부터 상기 판 형상 부재에 작용하도록, 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  9. 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지고, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 장치에 있어서,
    각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 주 벨로우즈와,
    상기 주 벨로우즈의 둘레에 배치되는 복수의 통 형상의 신축 가능한 보조 벨로우즈를 구비하고,
    상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 접촉하고 또한 상기 보조 벨로우즈의 각각의 내부가 개별적으로 가압되어 상기 보조 벨로우즈는 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  10. 디바이스가 형성된 기판을 배치하는 판 형상 부재와, 상기 판 형상 부재의 상방에 있어서 상기 판 형상 부재에 대향하도록 배치되는 프로브 카드를 구비하며, 상기 프로브 카드는 상기 기판을 향해 돌출하는 복수의 침 형상의 콘택트 프로브를 가지는 기판 검사 장치에 있어서, 상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시켜 각 상기 콘택트 프로브를 상기 디바이스에 접촉시키는 기판 검사 방법으로서,
    각 상기 콘택트 프로브를 둘러싸도록 수하하는 통 형상의 신축 가능한 주 벨로우즈를 배치하고 또한 복수의 통 형상의 신축 가능한 보조 벨로우즈를 상기 주 벨로우즈의 둘레에 배치하고,
    상기 판 형상 부재를 상기 프로브 카드에 접근시킬 시, 상기 보조 벨로우즈를 상기 판 형상 부재에 접촉시키고 또한 상기 보조 벨로우즈의 각각의 내부를 개별적으로 가압하여 상기 보조 벨로우즈로부터 상기 판 형상 부재에 압압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
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