WO2016098375A1 - 半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法 - Google Patents

半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法 Download PDF

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隆 石本
祐治 重澤
山口　晃
崇 元山
武孝 高橋
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株式会社東京精密
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    • H01L21/68742—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a lifting arrangement, e.g. lift pins

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor wafer inspection apparatus and a semiconductor wafer inspection method, and more particularly to a semiconductor wafer inspection apparatus and a semiconductor wafer inspection method for inspecting electrical characteristics of an electronic device provided on the semiconductor wafer.
  • a thin plate-like semiconductor wafer is subjected to various processes to manufacture a plurality of chips having electronic devices.
  • Each chip is inspected for electrical characteristics by a semiconductor wafer inspection device (also referred to as a prober), and then separated for each chip by a dicing device (also referred to as a dicer).
  • a semiconductor wafer inspection device also referred to as a prober
  • a dicing device also referred to as a dicer
  • the semiconductor wafer inspection apparatus includes a table, a probe, a tester, and the like.
  • a semiconductor wafer before inspection is mounted on the mounting surface of the table and is sucked and held. Thereafter, the probe is brought into contact with the electrode pad of each chip, and the signal output to the electrode of the chip is analyzed by the tester.
  • the electronic device since the electronic device is used in a wide temperature range, it is necessary to inspect the electronic device at room temperature (room temperature), a high temperature such as 200 ° C. or higher, or a low temperature such as ⁇ 55 ° C., for example. Therefore, some semiconductor wafer inspection apparatuses have a function for performing inspection under such a temperature environment.
  • room temperature room temperature
  • a high temperature such as 200 ° C. or higher
  • a low temperature such as ⁇ 55 ° C.
  • heating / cooling means such as a heater mechanism, a chiller mechanism, and a heat pump mechanism are provided under the table mounting surface, and the mounting surface is heated / cooled by the heating / cooling means.
  • the semiconductor wafer placed on the placement surface is heated to the temperature or cooled.
  • the semiconductor wafer inspection apparatus disclosed in Patent Document 1 has a cold air generating unit mounted above a conductor plate (table), and the semiconductor air placed on the conductor plate from the cold air generating unit, The conductor plate is sprayed. Further, a hot air generating part is attached below the conductor plate, and hot air is blown from the hot air generating part to the conductor plate. In this way, after controlling the surface temperature of the semiconductor wafer with air or nitrogen gas controlled to temperatures of 25 ° C. and 75 ° C., the electrical characteristics of the electronic device are inspected by the probe.
  • the semiconductor wafer When the semiconductor wafer is warped as described above, the semiconductor wafer cannot be attracted and held on the mounting surface of the table, and the semiconductor wafer may be damaged.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor wafer inspection apparatus capable of suppressing warpage of a semiconductor wafer caused by a temperature difference between a table mounting surface and the semiconductor wafer, and a semiconductor wafer
  • the purpose is to provide an inspection method.
  • a table having a mounting surface on which a semiconductor wafer is mounted, and the semiconductor mounted on the mounting surface of the table A probe that is in contact with a semiconductor device on a wafer and inspects the electrical characteristics of the semiconductor device, and a heating means that fully heats the mounting surface of the table in order to inspect the electrical characteristics of the semiconductor device using the probe And preheating means for preheating the semiconductor wafer before being placed on the placement surface of the table.
  • the probe in order to achieve the above object, is brought into contact with the semiconductor device of the semiconductor wafer placed on the placement surface of the table, and the electrical characteristics of the semiconductor device are measured.
  • the semiconductor wafer after preheating the semiconductor wafer in the preheating step, the semiconductor wafer is mounted on the mounting surface of the main heated table.
  • the temperature difference between the table mounting surface and the semiconductor wafer is reduced, so that the warpage of the semiconductor wafer that occurs immediately after being mounted on the table mounting surface is suppressed. be able to.
  • the semiconductor wafer is preheated by preheating means.
  • One aspect of the semiconductor wafer inspection apparatus of the present invention is a storage unit in which the semiconductor wafer before inspection by the probe is stored, and the semiconductor wafer is transported from the storage unit to the preheating means, and the preheating is performed. It is preferable that the semiconductor wafer preliminarily heated by the means is transported to the mounting surface of the table.
  • One aspect of the semiconductor wafer inspection method of the present invention includes a first transfer step of transferring the semiconductor wafer from a storage portion in which the semiconductor wafer before the inspection by the probe is stored to a preheating means of the preheating step. And a second transfer step of transferring the semiconductor wafer preheated by the preheating means to the mounting surface of the table.
  • the apparatus includes a storage unit storing a semiconductor wafer before inspection and a transfer unit, and the transfer unit transfers the semiconductor wafer from the storage unit to the preheating unit in the first transfer step.
  • the semiconductor wafer preheated by the preheating means is transferred to the mounting surface of the table.
  • the preheating unit performs the preheating in a state where the semiconductor wafer is held by the transfer unit.
  • the preliminary heating step performs the preliminary heating in a state where the semiconductor wafer is held by a holding unit
  • the second transfer step includes the semiconductor by the holding unit. It is preferable to transport the semiconductor wafer to the mounting surface of the table while maintaining the state of holding the wafer.
  • preheating is performed in a state where the semiconductor wafer is held by the transfer means (holding means), and the semiconductor wafer is placed on the table mounting surface while maintaining the state where the semiconductor wafer is held by the transfer means. Transport to.
  • the semiconductor wafer can be preheated while eliminating the temperature gradient between the transfer means and the semiconductor wafer, the warpage of the semiconductor wafer with respect to the transfer means can be prevented.
  • the preheating means includes a box having an entrance / exit of the semiconductor wafer and a heater for heating the internal air of the box.
  • the preheating step carries the semiconductor wafer into the internal space of the box from the entrance of the box, and the gas in the internal space heated by the heater, It is preferable to preheat the semiconductor wafer.
  • a heater is provided in the internal space of the box that is opened only at the entrance and exit of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer carried into the internal space is preheated by the gas in the heated internal space.
  • the whole including the front surface and the back surface of the semiconductor wafer can be preheated uniformly.
  • the preliminary heating step is performed by holding the semiconductor wafer away from the mounting surface of the table and transmitting it by convection or radiation from the mounting surface. After preheating the semiconductor wafer with heat, it is preferable to place the semiconductor wafer on the mounting surface.
  • a semiconductor wafer is held a predetermined amount (for example, several millimeters) away from the table mounting surface, and the semiconductor wafer is held by heat transferred by convection or radiation from the table mounting surface. You may heat to 2nd temperature.
  • the preheating method of the semiconductor wafer may be a heating method using heat transmitted from another convection mechanism unit or another radiant body instead of convection or radiation from the table mounting surface.
  • the main heating temperature of the mounting surface of the table by the heating means is a first temperature
  • the preheating temperature of the semiconductor wafer by the preheating means is set as the first temperature.
  • the second temperature is preferably equal to or lower than the first temperature.
  • the temperature of the main heating of the placement surface of the table by the heating step is a first temperature
  • the temperature of the preheating of the semiconductor wafer by the preheating step is When the second temperature is set, the second temperature is preferably equal to or lower than the first temperature.
  • the semiconductor wafer can be transported in a minimum time without being affected by the temperature difference between the table mounting surface and the semiconductor wafer.
  • the warpage of the semiconductor wafer due to the temperature difference between the mounting surface of the table and the semiconductor wafer can be suppressed.
  • FIG. 1 is an overall perspective view showing a configuration of a prober (semiconductor wafer inspection apparatus) 10 according to an embodiment to which a semiconductor wafer inspection apparatus and a semiconductor wafer inspection method of the present invention are applied.
  • a prober semiconductor wafer inspection apparatus 10 according to an embodiment to which a semiconductor wafer inspection apparatus and a semiconductor wafer inspection method of the present invention are applied.
  • the prober 10 includes a prober main body 12 and a loader unit 14 adjacent to the prober main body 12.
  • the loader unit 14 is shown in a transparent manner to show a schematic structure inside the loader unit 14.
  • FIG. 2 is a side view of the inspection unit 16 disposed inside the prober body 12 (see FIG. 1).
  • the inspection unit 16 is in contact with a table 20 having a mounting surface 18 on which the semiconductor wafer W is mounted, and a semiconductor device (not shown) of the semiconductor wafer W mounted on the mounting surface 18 of the table 20. And a probe 22 for inspecting the electrical characteristics of the device.
  • the inspection unit 16 uses a broken line to heat the mounting surface 18 of the table 20 to a first temperature (for example, 200 ° C. or more and 300 ° C. or less) in order to inspect the electrical characteristics of the semiconductor device by the probe 22.
  • a heater (heating means) 24 is provided on the table 20.
  • the table 20 is provided with a plurality of through holes 26 penetrating in the vertical direction, and straight rod-like stage pins 28 are respectively inserted into these through holes 26.
  • the lower end portion of the stage pin 28 is connected to the horizontal surface of the plate 30 arranged in the horizontal direction below the table 20.
  • the right end of the plate 30 is connected to a nut 36 that is screwed onto the screw shaft 34 of the ball screw device 32.
  • the screw shaft 34 is arranged in the vertical direction, and the nut 36 is connected to a linear guide 38 that guides the movement of the nut 36 in the vertical direction. Further, a linear motion guide 40 that guides the vertical movement of the plate 30 is provided at the left end of the plate 30.
  • the nut 36 can be moved along the screw shaft 34 in the vertical direction by driving the motor 42 of the ball screw device 32 to rotate the screw shaft 34 forward or backward. Therefore, when the nut 36 is moved up, the plurality of stage pins 28 are moved up all at once via the plate 30, and the upper end of the stage pin 28 is moved from the mounting surface 18 of the table 20 as indicated by a two-dot chain line. It protrudes upward.
  • the semiconductor wafer W transported from the loader unit 14 in FIG. 1 is placed on the upper end of the projecting stage pin 28.
  • the nut 36 is moved downward, and the upper end portions of the plurality of stage pins 28 are simultaneously immersed from the mounting surface 18 of the table 20 as indicated by solid lines.
  • the semiconductor wafer W is placed on the placement surface 18 of the table 20.
  • the semiconductor wafer W is sucked and held on the mounting surface 18 by a vacuum suction force formed on the mounting surface 18 by a suction hole (not shown), and thereafter, by the probe 22 and a tester (not shown).
  • the electrical characteristics of the semiconductor device are inspected. Since this method for inspecting electrical characteristics is known, it is omitted here.
  • a loader unit 14 shown in FIG. 1 includes a container (storage unit) 46 placed on a load port 44, a transfer arm (transfer unit) 48, a sub-chuck unit 50, a pre-alignment unit 52, an oven (pre-heating unit) 54, and the like. Consists of
  • the semiconductor wafer W before inspection stored in the container 46 (in FIG. 1, the semiconductor wafer W is illustrated at a position above the container 46 for easy understanding) is transported straight in the direction of arrow A.
  • the lower surface of the arm 48 is held by vacuum suction.
  • the semiconductor wafer W is taken out from the container 46 by the linear movement of the transfer arm 48 in the direction of arrow B, and is transferred to the sub chuck unit 50.
  • the semiconductor wafer W is sucked and held by the sub chuck unit 50.
  • the sub-chuck unit 50 is connected to a drive unit that rotates the sub-chuck unit 50 about the vertical axis, and the semiconductor wafer W attracted to the sub-chuck unit 50 is rotated by this drive unit.
  • a sensor (not shown) of the pre-alignment unit 52 detects the position of the notch or the orientation flat of the semiconductor wafer W by the rotation operation of the semiconductor wafer W by the driving unit. As a result, the semiconductor wafer W is positioned. That is, the semiconductor wafer W is rotated to a target angle and positioned at a predetermined position. With the above operation, pre-alignment before mounting on the mounting surface 18 of the table 20 of the prober body 12 is completed.
  • the transfer arm 48 When the pre-alignment is completed, the lower surface of the semiconductor wafer W is sucked and held by the transfer arm 48. Thereafter, the transfer arm 48 is pivoted at an angle of 180 degrees in the direction of arrow C, so that the semiconductor wafer W faces the entrance / exit 56 of the oven 54. Thereafter, the semiconductor wafer W is carried into the internal space of the oven 54 together with the transfer arm 48 from the entrance / exit 56 of the oven 54 by the straight movement of the transfer arm 48 in the direction of arrow D.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the oven 54.
  • the oven 54 includes a box 58 having an entrance 56 and a plurality of electric heaters (heaters) 62 arranged in the internal space 60 of the box 58.
  • the electric heater 62 is disposed on the ceiling and floor of the box 58 and, if necessary, on the side wall, and generates heat when a voltage is applied from the power source, and the temperature of the gas (internal air) in the internal space 60. Is heated to a second temperature not higher than the first temperature (for example, not lower than 200 ° C. and not higher than 300 ° C.). As a result, the entire surface including the lower surface (back surface) and the upper surface (front surface) of the semiconductor wafer W is uniformly heated to the second temperature.
  • the box body 58 is made of heat-resistant ceramic, and it is preferable to attach a heat insulating material to the outer wall thereof. Further, the transfer arm 48 is also made of heat-resistant ceramic.
  • the semiconductor arm W is carried out of the oven 54 through the entrance / exit 56 of the oven 54 by the straight movement of the transfer arm 48 in the direction of arrow E in FIG. Thereafter, the semiconductor wafer W is carried into the prober main body 12 by the linear movement of the transfer arm 48 in the direction of arrow F, and is transferred to the upper end portion of the stage pin 28 indicated by the two-dot chain line in FIG. Thereafter, the transfer arm 48 is linearly moved in the direction of arrow G in FIG. 1 and returned to the original initial position.
  • the transfer from the oven 54 to the stage pin 28 takes about 20 seconds, but the ceramic transfer arm 48 is also heated at the same time, and the transfer arm 48 has a larger heat capacity than the semiconductor wafer W.
  • the temperature drop of W can be suppressed.
  • the temperature of the semiconductor wafer W is maintained at a temperature close to the first temperature of the mounting surface 18 of the table 20, it is possible to suppress the warpage of the semiconductor wafer that occurs during delivery to the mounting surface 18. it can.
  • the semiconductor wafer W when the semiconductor wafer W is preheated by the oven 54, the semiconductor wafer W may be removed from the transfer arm 48 and preheated. However, in this case, when the semiconductor wafer W is again attracted and held by the transfer arm 48 after the preheating of the semiconductor wafer W, a temperature gradient is generated between the transfer arm 48 and the semiconductor wafer W, and the semiconductor wafer W is transferred. The arm 48 may warp.
  • preheating is performed with the semiconductor wafer W held by the transfer arm (holding means) 48, and the semiconductor wafer W is held while the state where the semiconductor wafer W is held by the transfer arm 48 is maintained. It is conveyed to the mounting surface of the table 20. Thereby, since the semiconductor wafer W can be preheated while eliminating the temperature gradient between the transfer arm 48 and the semiconductor wafer W, the warp of the semiconductor wafer W with respect to the transfer arm 48 can be prevented.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for inspecting the semiconductor wafer W by the prober 10 of the embodiment.
  • the heating process of heating the mounting surface 18 of the table 20 to 1st temperature with the heater 24 is also provided before S18 process.
  • the semiconductor wafer W is heated to the second temperature equal to or lower than the first temperature in the preheating step (S16)
  • the semiconductor wafer W is set to the first temperature. It is mounted on the mounting surface 18 of the heated table 20.
  • the effect of the temperature difference between the mounting surface 18 of the table 20 and the semiconductor wafer W (also referred to as thermal shock) is the second temperature lower than the first temperature.
  • the preheating temperature, which is the second temperature may be equal to or higher than the first temperature.
  • the preheating temperature in the preheating step (S16) is such that when the semiconductor wafer W is placed on the placement surface 18 of the table 20, a temperature gradient occurs between the placement surface 18 and the semiconductor wafer W.
  • the temperature may be equal to or higher than the first temperature as long as the semiconductor wafer W is not warped.
  • the temperature difference between the mounting surface 18 of the table 20 and the semiconductor wafer W is reduced, so that the warp of the semiconductor wafer that occurs immediately after being mounted on the mounting surface 18 is prevented. Can be suppressed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a semiconductor wafer inspection method using a conventional prober.
  • FIG. 6 is a side view of the inspection unit 16 for explaining the state of warping of the semiconductor wafer W by a conventional prober.
  • the conventional inspection method shown in FIG. 5 does not include the preheating step of S16 as compared with the inspection method of the embodiment shown in FIG.
  • the temperature difference between the semiconductor wafer W and the mounting surface 18 is minimized because the preheating step S16 is provided. Thereby, the curvature of the semiconductor wafer W which generate
  • the preheating step includes the oven 54 as a preheating unit.
  • the semiconductor wafer W can be preheated to the second temperature without the preheating unit.
  • FIG. 7 (A) and 7 (B) are explanatory views showing another form of a preheating process for preheating the semiconductor wafer W.
  • FIG. 7 (A) and 7 (B) are explanatory views showing another form of a preheating process for preheating the semiconductor wafer W.
  • the semiconductor wafer W is held by a predetermined amount (for example, several millimeters) away from the mounting surface 18 of the table 20 by a stage pin 28 and convection or radiation from the mounting surface 18 is held.
  • the semiconductor wafer W is heated to the second temperature by the heat transferred by (see the part (A) in FIG. 7).
  • the semiconductor wafer W is mounted on the mounting surface 18 heated to the first temperature by the downward movement of the stage pin 28 (see the part (B) in FIG. 7).
  • the preheating method of the semiconductor wafer W may be a heating method using heat transmitted from another convection mechanism unit or another radiant body, instead of convection or radiation from the mounting surface 18 of the table 20. .
  • the prober 10 transports the semiconductor wafer W from the container 46 to the oven 54 and also transports the semiconductor wafer W preheated by the oven 54 to the mounting surface 18 of the table 20. 48 is provided.
  • the semiconductor wafer W before inspection can be smoothly transferred to the mounting surface 18 of the table 20 through the oven 54.
  • the whole including the lower surface and the upper surface of the semiconductor wafer W can be uniformly heated to the second temperature by the oven 54. Thereby, there is a great effect in suppressing warpage of the semiconductor wafer W.
  • W ... semiconductor wafer, 10 ... prober, 12 ... prober body, 14 ... loader unit, 16 ... inspection unit, 18 ... mounting surface, 20 ... table, 22 ... probe, 24 ... heater, 26 ... through hole, 28 ... stage Pins, 30 ... Plate, 32 ... Ball screw device, 34 ... Screw shaft, 36 ... Nuts, 38 ... Linear motion guide, 40 ... Linear motion guide, 42 ... Motor, 44 ... Load port, 46 ... Container, 48 ... Transfer arm 50 ... Sub-chuck unit, 52 ... Pre-alignment unit, 54 ... Oven, 56 ... Gateway, 58 ... Box, 60 ... Internal space, 62 ... Electric heater

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Abstract

本発明は、テーブルの載置面と半導体ウェーハとの温度差に起因する半導体ウェーハの反りを抑制することができる半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法を提供する。本発明のプローバ（１０）は、オーブン（５４）による予備加熱工程にて半導体ウェーハＷを、第１の温度以下の第２の温度に加熱した後、この半導体ウェーハＷを、第１の温度に加熱されたテーブル（２０）の載置面（１８）に載置する。これにより、プローバ（１０）は、テーブル（２０）の載置面（１８）と半導体ウェーハＷとの温度差が小さくなるので、載置面（１８）に載置された直後に発生する半導体ウェーハの反りを抑制することができる。

Description

半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法
　本発明は、半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法に係り、特に半導体ウェーハに備えられた電子デバイスの電気的特性を検査する半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法に関する。
　半導体製造工程では、薄い板状の半導体ウェーハに各種の処理を施して、電子デバイスを有する複数のチップを製造する。各チップは、半導体ウェーハの検査装置（プローバとも言う）によって電気的特性が検査され、その後、ダイシング装置（ダイサーともいう）によってチップ毎に切り離される。
　半導体ウェーハの検査装置は、テーブル、プローブ、及びテスタ等を備えて構成される。前記検査装置による検査方法は、前記テーブルの載置面に、検査前の半導体ウェーハを載置して吸着保持する。この後、各チップの電極パッドに前記プローブを接触させ、チップの電極に出力される信号を前記テスタによって解析することにより行われる。
　ところで、電子デバイスは、広い温度範囲で使用されるため、例えば室温（常温）、２００°Ｃ以上のような高温、又は－５５°Ｃのような低温で電子デバイスを検査する必要がある。よって、半導体ウェーハの検査装置には、このような温度環境下で検査を行うための機能が備えられているものがある。
　従来の半導体ウェーハの検査装置では、前記テーブルの載置面の下に、ヒータ機構、チラー機構、ヒートポンプ機構等の加熱・冷却手段を設け、加熱・冷却手段によって前記載置面を加熱・冷却することにより、前記載置面に載置された半導体ウェーハを前記温度に加熱したり冷却したりしている。
　一方、特許文献１に開示された半導体ウェーハの検査装置は、導電体板（テーブル）の上方に冷風発生部を取り付け、この冷風発生部から冷風を、導電体板に載置された半導体ウェーハ及び導電体板に吹き付けている。また、導電体板の下方に熱風発生部を取り付け、この熱風発生部から熱風を導電体板に吹き付けている。このようにして、２５℃と７５℃の温度に制御された空気あるいは窒素ガスでもって、半導体ウェーハの表面温度を制御した後、プローブによって電子デバイスの電気的特性を検査している。
特開２０００－３２３５３６号公報
　ところで、最近では２００℃を超える温度（例えば３００℃）で電子デバイスの電気的特性を検査することが要求されている。
　この場合、テーブルの載置面の温度を加熱手段によって２００℃を超える温度に加熱した後、テーブルの載置面に常温の半導体ウェーハを載置するが、テーブルの載置面と半導体ウェーハとの温度差が非常に大きいため、テーブルの載置面に半導体ウェーハを載置した直後に半導体ウェーハに反りが発生するという問題があった。この問題は、テーブルの載置面に接触する半導体ウェーハの下面と大気に晒されている上面との熱膨張の差、つまり半導体ウェーハの厚さに起因する温度勾配によって発生する。
　上記のように半導体ウェーハに反りが発生すると、半導体ウェーハをテーブルの載置面に吸着保持することができなくなるばかりか、半導体ウェーハが破損する場合があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、テーブルの載置面と半導体ウェーハとの温度差に起因する半導体ウェーハの反りを抑制することができる半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法を提供することを目的とする。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置の一態様は、前記目的を達成するために、半導体ウェーハが載置される載置面を有するテーブルと、前記テーブルの前記載置面に載置された前記半導体ウェーハの半導体デバイスに接触されて前記半導体デバイスの電気的特性を検査するプローブと、前記プローブによって前記半導体デバイスの電気的特性を検査するために、前記テーブルの前記載置面を本加熱する加熱手段と、前記テーブルの前記載置面に載置される前の前記半導体ウェーハを予備加熱する予備加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記目的を達成するために、テーブルの載置面に載置された半導体ウェーハの半導体デバイスにプローブを接触させて前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査工程と、前記検査工程の前に、前記テーブルの前記載置面を本加熱する加熱工程と、前記テーブルの前記載置面に載置される前の前記半導体ウェーハを予備加熱する予備加熱工程と、を備えたことを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、予備加熱工程にて半導体ウェーハを予備加熱した後、この半導体ウェーハを、本加熱されたテーブルの載置面に載置する。
　これにより、本発明の一態様によれば、テーブルの載置面と半導体ウェーハとの温度差が小さくなるので、テーブルの載置面に載置された直後に発生する半導体ウェーハの反りを抑制することができる。
　予備加熱工程では、予備加熱手段によって半導体ウェーハを予備加熱する。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置の一態様は、前記プローブによる検査前の前記半導体ウェーハが収納された収納部と、前記収納部から前記予備加熱手段に前記半導体ウェーハを搬送するとともに、前記予備加熱手段によって予備加熱された前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送する搬送手段と、を備えることが好ましい。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記プローブによる検査前の前記半導体ウェーハが収納された収納部から前記予備加熱工程の予備加熱手段に前記半導体ウェーハを搬送する第１の搬送工程と、前記予備加熱手段によって予備加熱された前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送する第２の搬送工程と、を備えることが好ましい。
　本発明の一態様によれば、検査前の半導体ウェーハが収納された収納部と、搬送手段とを備え、搬送手段は、第１の搬送工程において、収納部から予備加熱手段に半導体ウェーハを搬送し、第２の搬送工程において、予備加熱手段によって予備加熱された半導体ウェーハをテーブルの載置面に搬送する。これにより、検査前の半導体ウェーハを、予備加熱手段を介してテーブルの載置面まで円滑に搬送することができる。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置の一態様は、前記予備加熱手段は、前記半導体ウェーハが前記搬送手段によって保持された状態で、前記予備加熱することが好ましい。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記予備加熱工程は、前記半導体ウェーハを保持手段によって保持した状態で前記予備加熱を行い、前記第２の搬送工程は、前記保持手段によって前記半導体ウェーハを保持した状態を維持したまま、前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送することが好ましい。
　本発明の一態様によれば、半導体ウェーハを搬送手段（保持手段）によって保持した状態で予備加熱を行い、搬送手段によって半導体ウェーハを保持した状態を維持したまま、半導体ウェーハをテーブルの載置面に搬送する。これにより、搬送手段と半導体ウェーハの間の温度勾配を無くしながら、半導体ウェーハを予備加熱することができるので、搬送手段に対する半導体ウェーハの反りを防止することができる。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置の一態様は、前記予備加熱手段は、前記半導体ウェーハの出入り口を備えた箱体と、前記箱体の内部空気を加熱するヒータと、を備えることが好ましい。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記予備加熱工程は、箱体の出入り口から前記箱体の内部空間に前記半導体ウェーハを搬入し、ヒータによって加熱された前記内部空間の気体によって、前記半導体ウェーハを予備加熱することが好ましい。
　本発明の一態様によれば、半導体ウェーハの出入り口のみ開口された箱体の内部空間にヒータを設け、内部空間に搬入された半導体ウェーハを、加熱された内部空間の気体によって予備加熱する。これにより、半導体ウェーハの表面及び裏面を含む全体を均一に予備加熱することができる。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記予備加熱工程は、前記テーブルの前記載置面から前記半導体ウェーハを離間させて保持し、前記載置面からの対流又は輻射によって伝達される熱によって前記半導体ウェーハを予備加熱した後、前記半導体ウェーハを前記載置面に載置させることが好ましい。
　本発明の一態様によれば、テーブルの載置面から半導体ウェーハを所定量（例えば数ミリ）離間させて保持し、テーブルの載置面からの対流又は輻射によって伝達される熱によって半導体ウェーハを第２の温度に加熱してもよい。なお、半導体ウェーハの予備加熱方法は、テーブルの載置面からの対流又は輻射ではなく、他の対流機構部、又は他の輻射体から伝達される熱による加熱方法であってもよい。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置の一態様は、前記加熱手段による前記テーブルの前記載置面の本加熱の温度を第１の温度とし、前記予備加熱手段による前記半導体ウェーハの予備加熱の温度を第２の温度としたとき、前記第２の温度は、前記第１の温度以下であることが好ましい。
　本発明の半導体ウェーハの検査方法の一態様は、前記加熱工程による前記テーブルの前記載置面の本加熱の温度を第１の温度とし、前記予備加熱工程による前記半導体ウェーハの予備加熱の温度を第２の温度としたとき、前記第２の温度は、前記第１の温度以下であることが好ましい。
　本発明の一態様によれば、テーブルの載置面と半導体ウェーハの温度差の影響を受けず、また、最小時間で半導体ウェーハを搬送することができる。
　本発明の半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法によれば、テーブルの載置面と半導体ウェーハとの温度差に起因する半導体ウェーハの反りを抑制することができる。
実施形態のプローバの構成を示した全体斜視図 プローバ本体の内部に配置された内部構造体の側面図 オーブンの縦断面図 実施形態の半導体ウェーハの検査方法を示したフローチャート 従来の半導体ウェーハの検査方法を示したフローチャート 従来装置による半導体ウェーハの反りの状況を説明した説明図 半導体ウェーハＷを予備加熱する予備加熱工程の他の形態を示した説明図
　以下、添付図面に従って本発明に係る半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法の好ましい実施形態について詳説する。
　図１は、本発明の半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法が適用された実施形態のプローバ（半導体ウェーハの検査装置）１０の構成を示した全体斜視図である。
　〔プローバ１０の構成〕
　プローバ１０は、プローバ本体１２と、プローバ本体１２に隣接されたローダ部１４とから構成される。なお、図１では、ローダ部１４の内部の概略構造を示すため、ローダ部１４を透視して示している。
　〈プローバ本体１２の構成及び動作〉
　図２は、プローバ本体１２（図１参照）の内部に配置された検査部１６の側面図である。
　検査部１６は、半導体ウェーハＷが載置される載置面１８を有するテーブル２０と、テーブル２０の載置面１８に載置された半導体ウェーハＷの半導体デバイス（不図示）に接触されて半導体デバイスの電気的特性を検査するプローブ２２と、を備える。また、検査部１６には、プローブ２２によって半導体デバイスの電気的特性を検査するために、テーブル２０の載置面１８を第１の温度（例えば２００℃以上３００℃以下）に加熱する、破線で示すヒータ（加熱手段）２４が、テーブル２０に設けられている。
　テーブル２０には、鉛直方向に貫通した複数の貫通孔２６が備えられており、これらの貫通孔２６には、直棒状のステージピン２８がそれぞれ挿入されている。ステージピン２８の下端部は、テーブル２０の下方において、水平方向に配置されたプレート３０の水平面に連結されている。プレート３０は、その右端部がボールねじ装置３２のねじ軸３４に螺合されたナット３６に連結されている。
　ねじ軸３４は、鉛直方向に配置され、また、ナット３６には、ナット３６の鉛直方向の移動をガイドする直動ガイド３８が連結されている。更に、プレート３０の左端部には、プレート３０の鉛直方向の移動をガイドする直動ガイド４０が備えられている。
　したがって、ボールねじ装置３２のモータ４２を駆動してねじ軸３４を正転、又は逆転させることにより、ナット３６をねじ軸３４に沿って鉛直方向に移動させることができる。よって、ナット３６を上昇移動させると、プレート３０を介して複数のステージピン２８が一斉に上昇移動され、ステージピン２８の上端部が、二点鎖線で示すようにテーブル２０の載置面１８から上方に突出される。突出されたステージピン２８の上端部に、図１のローダ部１４から搬送されてきた半導体ウェーハＷが載置される。
　この後、ナット３６を下降移動させ、複数のステージピン２８の上端部を、実線で示すようにテーブル２０の載置面１８から一斉に没入させる。これにより、半導体ウェーハＷがテーブル２０の載置面１８に載置される。この後、半導体ウェーハＷは、載置面１８に形成されている、吸引用孔（不図示）による真空吸引力によって載置面１８に吸着保持され、その後、プローブ２２及びテスタ（不図示）によって半導体デバイスの電気的特性が検査される。この電気的特性の検査方法は公知であるので、ここでは省略する。
　〈ローダ部１４の構成及び動作〉
　図１に示すローダ部１４は、ロードポート４４に載せられた容器（収納部）４６、搬送アーム（搬送手段）４８、サブチャックユニット５０、プリアライメントユニット５２、及びオーブン（予備加熱手段）５４等から構成される。
　容器４６に収納された検査前の半導体ウェーハＷ（図１では、半導体ウェーハＷを分かり易く説明するために容器４６の上方位置に図示している。）は、矢印Ａ方向に直進動作された搬送アーム４８によって、その下面が真空吸着保持される。その後、半導体ウェーハＷは、搬送アーム４８の矢印Ｂ方向の直進動作によって容器４６から取り出され、サブチャックユニット５０に受け渡される。半導体ウェーハＷは、サブチャックユニット５０に吸着保持される。
　サブチャックユニット５０には、サブチャックユニット５０を、鉛直軸を中心に回転させる駆動部が連結されており、この駆動部によってサブチャックユニット５０に吸着された半導体ウェーハＷが回転される。前記駆動部による半導体ウェーハＷの回転動作によって、プリアライメントユニット５２のセンサ（不図示）が半導体ウェーハＷのノッチ又はオリエンテーションフラットの位置を検出する。これによって、半導体ウェーハＷが位置決めされる。すなわち、半導体ウェーハＷは、目的の角度に回転されて所定の位置に位置決めされる。以上の動作によって、プローバ本体１２のテーブル２０の載置面１８に載置する前のプリアライメントが完了する。
　プリアライメントが完了すると、半導体ウェーハＷは、搬送アーム４８によってその下面が吸着保持される。この後、搬送アーム４８は矢印Ｃ方向に１８０度の角度で旋回動作され、半導体ウェーハＷをオーブン５４の出入り口５６に対向させる。この後、半導体ウェーハＷは、搬送アーム４８の矢印Ｄ方向の直進動作によって、オーブン５４の出入り口５６から、搬送アーム４８とともにオーブン５４の内部空間に搬入される。
　図３は、オーブン５４の縦断面図である。
　オーブン５４は、出入り口５６を有する箱体５８、箱体５８の内部空間６０に配置された複数の電熱ヒータ（ヒータ）６２を備えて構成される。
　電熱ヒータ６２は、箱体５８の天井部、床部、及び必要に応じて側壁部に配置され、電源部から電圧が印加されることにより発熱し、内部空間６０の気体（内部空気）の温度を、第１の温度以下の第２の温度（例えば２００℃以上３００℃以下）に加熱する。これにより、半導体ウェーハＷの下面（裏面）及び上面（表面）を含む全体が均一に第２の温度に加熱される。半導体ウェーハＷが第２の温度に加熱されたことを検出するには、加熱時間に対する半導体ウェーハＷの温度上昇を実測し、そのデータに基づいて加熱時間を制御する検出方法が好ましい。また、箱体５８は耐熱性のあるセラミック製であり、その外壁には断熱材を取り付けることが好ましい。更に、搬送アーム４８も耐熱性のあるセラミック製である。
　半導体ウェーハＷは、オーブン５４によって第２の温度に到達されると、搬送アーム４８の図１の矢印Ｅ方向の直進動作によって、オーブン５４の出入り口５６からオーブン５４の外に搬出される。この後、半導体ウェーハＷは、搬送アーム４８の矢印Ｆ方向の直進動作によってプローバ本体１２に搬入され、図２の二点鎖線で示したステージピン２８の上端部に受け渡される。この後、搬送アーム４８は、図１の矢印Ｇ方向に直進動作され、元の初期位置に復帰する。
　なお、オーブン５４からステージピン２８までの搬送に約２０秒程度がかかるが、セラミック製の搬送アーム４８も同時に加熱され、搬送アーム４８が半導体ウェーハＷよりも熱容量が大きいため、搬送時における半導体ウェーハＷの温度低下を抑制することができる。その結果、半導体ウェーハＷの温度が、テーブル２０の載置面１８の第１の温度に近い温度に維持されるので、載置面１８への受け渡し時に発生する半導体ウェーハの反りを抑制することができる。
　なお、オーブン５４によって半導体ウェーハＷを予備加熱する際に、半導体ウェーハＷを搬送アーム４８から取り外して予備加熱することも考えられる。しかしながら、この場合、半導体ウェーハＷの予備加熱後、半導体ウェーハＷを搬送アーム４８によって再度吸着保持する際に、搬送アーム４８と半導体ウェーハＷとの間で温度勾配が生じて、半導体ウェーハＷが搬送アーム４８に対して反る場合がある。
　これに対して、実施形態では、半導体ウェーハＷを搬送アーム（保持手段）４８によって保持した状態で予備加熱を行い、搬送アーム４８によって半導体ウェーハＷを保持した状態を維持したまま、半導体ウェーハＷをテーブル２０の載置面に搬送する。これにより、搬送アーム４８と半導体ウェーハＷとの間の温度勾配を無くしながら、半導体ウェーハＷを予備加熱することができるので、搬送アーム４８に対する半導体ウェーハＷの反りを防止することができる。
　〔プローバ１０の特徴〕
　図４は、実施形態のプローバ１０による半導体ウェーハＷの検査方法を示したフローチャートである。
　図４によれば、図１の容器４６から半導体ウェーハＷを搬出する工程（Ｓ（Step）１２）、プリアライメントユニット５２によって半導体ウェーハＷをプリアライメントする工程（Ｓ１４）、半導体ウェーハＷをオーブン５４に搬入し、第２の温度に予備加熱する予備加熱工程（Ｓ１６）、予備加熱された半導体ウェーハＷをテーブル２０に搬送する工程（Ｓ１８）、テーブル２０にて半導体ウェーハＷをアライメントする工程（Ｓ２０）、及び図２の検査部１６にて半導体ウェーハＷの電気的特性を検査する検査工程を備えている。また、Ｓ１８工程の前に、テーブル２０の載置面１８をヒータ２４によって第１の温度に加熱する加熱工程も備えている。
　すなわち、実施形態のプローバ１０によれば、予備加熱工程（Ｓ１６）にて半導体ウェーハＷを、第１の温度以下の第２の温度に加熱した後、この半導体ウェーハＷを、第１の温度に加熱されたテーブル２０の載置面１８に載置する。
　予備加熱工程（Ｓ１６）における予備加熱温度としては、第１の温度以下の第２の温度とした方が、テーブル２０の載置面１８と半導体ウェーハＷとの温度差の影響（サーマルショックとも言う。）を受けず、最小時間で搬送できるのでよいが、第２の温度である予備加熱温度は、第１の温度以上であってもよい。
　すなわち、予備加熱工程（Ｓ１６）における予備加熱温度は、テーブル２０の載置面１８に半導体ウェーハＷを載置した際に、載置面１８と半導体ウェーハＷとの間で温度勾配が生じて、半導体ウェーハＷに反りを起こさない程度の温度であれば、第１の温度以上であってもよい。
　これにより、実施形態のプローバ１０によれば、テーブル２０の載置面１８と半導体ウェーハＷとの温度差が小さくなるので、載置面１８に載置された直後に発生する半導体ウェーハの反りを抑制することができる。
　ここで、従来のプローバによる検査方法を説明する。
　図５は、従来のプローバによる半導体ウェーハ検査方法を示したフローチャートである。また、図６は、従来のプローバによる半導体ウェーハＷの反りの状況を説明した検査部１６の側面図である。
　図５に示す従来の検査方法は、図４に示した実施形態の検査方法に対し、Ｓ１６の予備加熱工程を備えていない。
　このため、図５の如く、常温状態の半導体ウェーハＷを、第１の温度に加熱されているテーブル２０の載置面１８に載置すると、載置面１８と半導体ウェーハＷとの温度差が非常に大きいため、載置面１８に半導体ウェーハＷを載置した直後に半導体ウェーハに矢印Ｈ方向の反りが発生するという問題があった。
　これに対して、実施形態のプローバ１０によれば、Ｓ１６の予備加熱工程を備えているので、半導体ウェーハＷと載置面１８との温度差が極小となる。これにより、載置面１８に載置された直後に発生する半導体ウェーハＷの反りを抑制することができる。
　なお、実施形態では予備加熱工程に予備加熱手段であるオーブン５４を備えたが、予備加熱手段を備えなくても、半導体ウェーハＷを第２の温度に予備加熱することができる。
　図７の（Ａ）部分、（Ｂ）部分は、半導体ウェーハＷを予備加熱する予備加熱工程の他の形態を示した説明図である。
　図７に示した他の形態では、テーブル２０の載置面１８から半導体ウェーハＷを、ステージピン２８によって、所定量（例えば数ミリ）離間させて保持し、載置面１８からの対流又は輻射によって伝達される熱によって半導体ウェーハＷを第２の温度に加熱する（図７の（Ａ）部分参照）。この後、半導体ウェーハＷを、ステージピン２８の下降移動によって、第１の温度に加熱されている載置面１８に載置する（図７の（Ｂ）部分参照）。なお、半導体ウェーハＷの予備加熱方法は、テーブル２０の載置面１８からの対流又は輻射ではなく、他の対流機構部、又は他の輻射体から伝達される熱による加熱方法であってもよい。
　また、実施形態のプローバ１０は、容器４６と、容器４６からオーブン５４に半導体ウェーハＷを搬送するとともに、オーブン５４によって予備加熱された半導体ウェーハＷをテーブル２０の載置面１８に搬送する搬送アーム４８を備えている。
　すなわち、プローバ１０による検査方法は、半導体ウェーハＷが収納された容器４６からオーブン５４に半導体ウェーハＷを搬送する第１の搬送工程と、オーブン５４によって予備加熱された半導体ウェーハＷをテーブル２０の載置面１８に搬送する第２の搬送工程と、を備えている。
　これにより、実施形態のプローバ１０によれば、検査前の半導体ウェーハＷを、オーブン５４を介してテーブル２０の載置面１８まで円滑に搬送することができる。
　また、実施形態のプローバ１０によれば、オーブン５４によって半導体ウェーハＷの下面及び上面を含む全体を第２の温度に均一に加熱することができる。これにより、半導体ウェーハＷの反りの抑制に大きな効果がある。
　Ｗ…半導体ウェーハ、１０…プローバ、１２…プローバ本体、１４…ローダ部、１６…検査部、１８…載置面、２０…テーブル、２２…プローブ、２４…ヒータ、２６…貫通孔、２８…ステージピン、３０…プレート、３２…ボールねじ装置、３４…ねじ軸、３６…ナット、３８…直動ガイド、４０…直動ガイド、４２…モータ、４４…ロードポート、４６…容器、４８…搬送アーム、５０…サブチャックユニット、５２…プリアライメントユニット、５４…オーブン、５６…出入り口、５８…箱体、６０…内部空間、６２…電熱ヒータ

Claims (11)

  1. 　半導体ウェーハが載置される載置面を有するテーブルと、
    　前記テーブルの前記載置面に載置された前記半導体ウェーハの半導体デバイスに接触されて前記半導体デバイスの電気的特性を検査するプローブと、
    　前記プローブによって前記半導体デバイスの電気的特性を検査するために、前記テーブルの前記載置面を本加熱する加熱手段と、
    　前記テーブルの前記載置面に載置される前の前記半導体ウェーハを予備加熱する予備加熱手段と、
    　を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの検査装置。
  2. 　前記プローブによる検査前の前記半導体ウェーハが収納された収納部と、
    　前記収納部から前記予備加熱手段に前記半導体ウェーハを搬送するとともに、前記予備加熱手段によって予備加熱された前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送する搬送手段と、
    　を備える請求項１に記載の半導体ウェーハの検査装置。
  3. 　前記予備加熱手段は、前記半導体ウェーハが前記搬送手段によって保持された状態で、前記予備加熱する請求項２に記載の半導体ウェーハの検査装置。
  4. 　前記予備加熱手段は、
    　前記半導体ウェーハの出入り口を備えた箱体と、
    　前記箱体の内部空気を加熱するヒータと、
    　を備える請求項１、２又は３に記載の半導体ウェーハの検査装置。
  5. 　前記加熱手段による前記テーブルの前記載置面の本加熱の温度を第１の温度とし、前記予備加熱手段による前記半導体ウェーハの予備加熱の温度を第２の温度としたとき、前記第２の温度は、前記第１の温度以下である請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの検査装置。
  6. 　テーブルの載置面に載置された半導体ウェーハの半導体デバイスにプローブを接触させて前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査工程と、
    　前記検査工程の前に、前記テーブルの前記載置面を本加熱する加熱工程と、
    　前記テーブルの前記載置面に載置される前の前記半導体ウェーハを予備加熱する予備加熱工程と、
    　を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの検査方法。
  7. 　前記プローブによる検査前の前記半導体ウェーハが収納された収納部から前記予備加熱工程の予備加熱手段に前記半導体ウェーハを搬送する第１の搬送工程と、
    　前記予備加熱手段によって予備加熱された前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送する第２の搬送工程と、
    　を備える請求項６に記載の半導体ウェーハの検査方法。
  8. 　前記予備加熱工程は、前記半導体ウェーハを保持手段によって保持した状態で前記予備加熱を行い、
    　前記第２の搬送工程は、前記保持手段によって前記半導体ウェーハを保持した状態を維持したまま、前記半導体ウェーハを前記テーブルの前記載置面に搬送する請求項７に記載の半導体ウェーハの検査方法。
  9. 　前記予備加熱工程は、
    　箱体の出入り口から前記箱体の内部空間に前記半導体ウェーハを搬入し、ヒータによって加熱された前記内部空間の気体によって前記半導体ウェーハを予備加熱する請求項６、７又は８に記載の半導体ウェーハの検査方法。
  10. 　前記予備加熱工程は、前記テーブルの前記載置面から前記半導体ウェーハを離間させて保持し、前記載置面からの対流又は輻射によって伝達される熱によって前記半導体ウェーハを予備加熱した後、前記半導体ウェーハを前記載置面に載置させる請求項６に記載の半導体ウェーハの検査方法。
  11. 　前記加熱工程による前記テーブルの前記載置面の本加熱の温度を第１の温度とし、前記予備加熱工程による前記半導体ウェーハの予備加熱の温度を第２の温度としたとき、前記第２の温度は、前記第１の温度以下である請求項６から１０のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの検査方法。
PCT/JP2015/070855 2014-12-16 2015-07-22 半導体ウェーハの検査装置及び半導体ウェーハの検査方法 WO2016098375A1 (ja)

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