JP2004085259A

JP2004085259A - プローブ装置

Info

Publication number: JP2004085259A
Application number: JP2002243785A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Yoshioka; 吉岡　晴彦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: KR20040018165A; TW200403440A; US20050253611A1; US20040036861A1; US6927587B2; KR100754543B1; TWI284737B; JP4357813B2

Abstract

【課題】例えば高温検査時には検査前にプローブカード８をプリヒートして擬似コンタクト状態を作ってプローブカード８の熱変形によるＺ方向の変位量を見込んだとしても、検査中の加熱による熱変形によるＺ方向の変位量まで予測することができず、しかも検査時のコンタクト荷重によるプローブカード８のＺ方向の変位までも予測することができない。
【解決手段】本発明のプローブ装置１０は、ウエハＷを載置する温度調整可能なメインチャック１２と、このメインチャック１２をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させるＸＹテーブル１３等の駆動装置と、この駆動装置を介して移動するメインチャック１２の上方に配置されたプローブカード１４とを備え、プローブカードの高さを測定するレーザ変位センサ１６をＸＹテーブル１３に設けたことを特徴とする。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ装置に関し、更に詳しくは、検査の信頼性を高めることができるプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程でウエハに形成されたデバイスの電気的特性検査を行なう場合には例えば図５に示すプローブ装置が用いられる。プローブ装置は、例えば図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハＷを搬送するローダ室１と、ローダ室１から引き渡されたウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室２とを備えている。ローダ室１は、カセット収納部３と、ウエハＷをローダ室１へ搬送するウエハ搬送機構４と、ウエハ搬送機構４を介してウエハＷを搬送する過程でそのオリフラまたはノッチを基準にしてプリアライメントするサブチャック５とを備えている。
【０００３】
また、プローバ室２は、ウエハ搬送機構４からプリアライメント後のウエハＷを載置し且つ温度調整可能な載置台（メインチャック）６と、メインチャック６をＸ及びＹ方向に移動させるＸＹテーブル７と、このＸＹテーブル７を介して移動するメインチャック６の上方に配置されたプローブカード８と、プローブカード８の複数のプローブピン８Ａとメインチャック６上のウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせする位置合わせ機構（アライメント機構）９とを備えている。アライメント機構９は、アライメントブリッジ９Ａに取り付けられ且つウエハＷを撮像する上カメラ９Ｂと、メインチャック６に付設され且つプローブピン８Ａを撮像する下カメラ９Ｃとを備え、アライメントブリッジ９Ａが一対のガイドレール９Ｄに従ってプローバ室２の最奥部から中央のプローブセンタまで進出し、ウエハＷの電極パッドとプローブピン８Ａのアライメントを行なう。
【０００４】
また、図５の（ａ）に示すようにプローバ室２のヘッドプレート２ＡにはテスタのテストヘッドＴが旋回可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード８はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、メインチャック６上のウエハＷを例えば−２０℃〜＋１５０℃の温度範囲でウエハＷの温度を設定し、テスタから検査用信号をテストヘッドＴ及びパフォーマンスボードを介してプローブピン８Ａへ送信し、プローブピン８ＡからウエハＷの電極パッドに検査用信号を印加してウエハＷに形成された複数の半導体素子（デバイス）の電気的特性検査を行う。
【０００５】
而して、ウエハの検査には高温検査や低温検査がある。高温検査を行なう場合にはメインチャック６に内蔵された温度調節機構を介してウエハを所定の温度（１００℃以上）まで加熱してウエハの検査を行ない、低温検査を行なう場合には温度調節機構を介してウエハを所定の温度（０℃以下のマイナス温度領域）まで冷却してウエハの検査を行なう。
【０００６】
ところが、例えば高温検査を行なう場合には、１００℃以上の高温下でウエハの検査を行なうため、メインチャック６からの放熱によりプローブカード８が加熱され熱変形により撓み、プローブピン８ＡとウエハＷの電極パッド間のＺ方向の位置（Ｚ位置）が例えば１００μｍ程度変化してプローブピン８ＡとウエハＷの電極パッドのコンタクト不良を生じ、検査の信頼性が低下する。そこで、検査前にメインチャック６を加熱し、メインチャック６とプローブカード８を接近させてプローブカード８をプリヒートした後、プローブカード８の熱変形を見込んだ擬似コンタクト状態を作った後、本来の検査を実施することによってプローブピン８Ａと電極パッドのコンタクト不良を軽減している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば高温検査時には検査前にプローブカード８をプリヒートして擬似コンタクト状態を作ってプローブカード８の熱変形によるＺ方向の変位量を見込んだとしても、検査中の加熱による熱変形によるＺ方向の変位量まで予測することができず、しかも検査時のコンタクト荷重によるプローブカード８のＺ方向の変位までも予測することができないため、プローブピン８ＡとウエハＷの電極パッドのコンタクト荷重に過不足が生じ、検査の信頼性が低下する虞があった。しかも、プローブカード８が熱的に安定するまでに多くに時間（例えば、１〜２時間）を費やし、スループットが低下するという課題もあった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、検査時のプローブカードのＺ方向の変位量を把握してプローブピンと被検査体とのコンタクト荷重を安定させて信頼性の高い検査を行なうことができ、しかもスループットを高める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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプローブ装置は、被検査体を載置する被検査体の温度調整可能な載置台と、この載置台をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させる駆動装置と、この駆動装置を介して移動する載置台の上方に配置されたプローブカードとを備えたプローブ装置において、上記プローブカードの高さを測定するセンサを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記センサを上記駆動装置に設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記センサを上記プローブカードの固定部に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載のプローブ装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記センサとしてレーザ変位センサまたは静電容量センサを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１〜図４では同一部分また相当部分には同一符号を附して本発明を説明する。
本実施形態のプローブ装置１０は、図１に示すように従来と同様に、プローバ室１１内に配設され且つＺ方向に上下動させる昇降機構を内蔵するメインチャック１２と、このメインチャック１２をＸ及びＹ方向へ移動させるＸＹテーブル１３と、これらの上方に配置されたプローブカード１４と、このプローブカード１４とメインチャック１２上のウエハＷと位置合わせするアライメント機構（図示せず）と、これらの駆動機構を制御する制御装置１５とを備えている。また、プローブカード１４はプローバ室１１のヘッドプレート１１Ａの開口部１１Ｂに固定されている。そして、ウエハの検査時にはアライメント機構（図示せず）とＸＹテーブル１３が協働してメインチャック１２上のウエハＷとプローブカード１４のプローブピン１４Ａとをアライメントする。その後、ＸＹテーブル１３を介してウエハＷをインデックス送りした後、メインチャック１２がＺ方向に上昇し、ウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａとが電気的に接触し、ウエハの電気的特性検査を行なう。
【００１４】
而して、ＸＹテーブル１３上にはレーザ変位センサ１６が設けられ、このレーザ変位センサ１６からプローブカード１４にレーザ光を照射してその高さを検出する。レーザ変位センサ１６はＸＹテーブル１３の移動する度にプローブカード１４の高さを検出し、延いてはプローブカード１４全面の高さを検出することができる。このレーザ変位センサ１６は制御装置１５に接続され、制御装置１５の制御下で作動し、検出高さを制御装置１５において記憶することができる。
【００１５】
そこで、プローブカード１４が熱変形していない常温下で、ウエハＷを検査する範囲でＸＹテーブル１３を介してメインチャック１２のインデックス送りを行い、インデックス送りの度にレーザ変位センサ１６を用いてプローブカード１４高さをＺ座標として検出する。そして、この時のＺ座標と、このＺ座標に対応するレーザ変位センサ１６のＸ、Ｙ座標とを制御装置１５に参照用の高さとして記憶させる。更に、ＸＹ座標とＺ座標の関係を図２に一点差線▲１▼で示すグラフを参照用として作成する。そして、この参照用の高さを基準にして高温検査時のプローブカード１４の熱変形による高さの変位量を制御装置１５において求める。
【００１６】
例えば１００℃の高温下でウエハＷの検査を実施する場合には、メインチャック１２上のウエハＷを１００℃に加熱した状態でＸＹテーブル１３を介してウエハＷのインデックス送りを行いながらレーザ変位センサ１６を用いてプローブカード１４の高さを検出し、これと同一ＸＹ座標位置での参照用の高さを比較し、両者が一致すればプローブカード１４が熱的に変形していないことになる。しかし、高温検査時にはプローブカード１４は例えば図１に一点鎖線で示すように熱膨張して変形しているため、この時点での高さと参照用の高さは一致していない。制御装置１５では検査時の検出高さと参照用の高さとの差を求め、この差に基づいてメインチャック１２の上昇距離を補正し、ウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａとを一定の針圧で電気的に接触させて安定し、信頼性の高い電気的特性検査を行なうことができる。
【００１７】
次に、動作について説明する。図示しない搬送機構を介して制御装置１５の制御下でメインチャック１２上のウエハＷを加熱しながらローダ室からプローバ室１１内のメインチャック１２へウエハＷを搬送する。その後、制御装置１５の制御下でアライメント機構とＸＹテーブル１３が協働してメインチャック１２上のウエハＷの電極パッドとプローブカード１４のプローブピン１４Ａとのアライメントを行う。
【００１８】
次いで、メインチャック１２が検査時の初期位置に達し、この位置でレーザ変位センサ１６によってプローブカード１４の高さを検出する。制御装置１５ではこの検出高さと予め求めておいた参照用の高さとを比較し、これら両者間の差を求めた後、この差に基づいてメインチャック１２の上昇距離を補正する。メインチャック１２は補正後の距離だけ上昇した後、オーバードライブすると、ウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａとが予め設定した針圧で電気的に接触してデバイスの電気的特性検査を行なう。検査後、メインチャック１２が下降し、ＸＹテーブル１３を介して次のデバイス位置までウエハＷのインデックス送りを行う。その後、上述した場合と同一の要領でレーザ変位センサ１６の検出高さに基づいてメインチャック１２の上昇距離を補正することにより常に安定した針圧でウエハＷの電気的特性検査を繰り返し行なうことができる。従って、電極パッドの下側に例えば有機系の絶縁膜があっても絶縁膜を損傷することなく、信頼性の高い検査を行なうことができる。尚、検査時プローブカード１４の高さを制御装置１５において逐次記憶し、これらの高さの変化を図２の実線▲２▼で示した。
【００１９】
以上説明したように本実施形態によれば、ＸＹテーブル１３上にレーザ変位センサ１６を設け、このレーザ変位センサ１６によってプローブカード１４の高さを検出するようにしたため、ウエハＷの高温検査を行なう際にメインチャック１２からの放熱及び検査時の発熱によりプローブカード１４が熱膨張して図１の一点鎖線で示すように変形しても、レーザ変位センサ１６を介して変形後のプローブカード１４の高さを検出し、予め求めた変形前の参照高さとの差に基づいてメインチャック１２の上昇距離を補正することにより、ウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａとを常に安定した針圧で電気的に接触させることができ、信頼性の高い検査を行なうことができる。しかも、プローブカード１４が熱的に安定するまで検査を待つ必要がないため、検査のスループットを高めることができる。
【００２０】
図３は本発明のプローブ装置の他の実施形態を示す図である。尚、図３では制御装置を省略して図示してある。本実施形態のプローブ装置１０は、レーザ変位センサ１６をメインチャック１２に取り付けた以外は、上記実施形態と同様に構成されている。本実施形態ではレーザ変位センサ１６をメインチャック１２に取り付けたため、ウエハＷの周縁部のデバイスの検査を行なう際に、メインチャック１２に対するコンタクト荷重の作用によりメインチャック１２に僅かな沈み込みや傾斜が生じても、プローブカード１４の熱変形による変位量と一緒にレーザ変位センサ１６によってプローブカード１４の変位量として検出することができるため、これらの変位量に基づいて上昇距離を補正することによりウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａ間の針圧をより安定化して信頼性の高い検査を行なうことができる。
【００２１】
図４は本発明のプローブ装置の更に他の実施形態を示す図である。尚、図３でも制御装置を省略して図示してある。本実施形態のプローブ装置１０は、レーザ変位センサ１６をヘッドプレート１１Ａに取り付けた以外は、上記実施形態と同様に構成されている。本実施形態ではレーザ変位センサ１６をヘッドプレート１１Ａに取り付けたため、プローブカード１４の上面からそのＺ方向の変位量を検出することができ、ウエハＷの電極パッドとプローブピン１４Ａ間の針圧を安定化して信頼性の高い検査を行なうことができる。
【００２２】
尚、上記各実施形態ではセンサとしてレーザ変位センサを例に挙げて説明したが、その他の変位センサ、例えば静電容量センサ等従来公知のセンサを用いることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、検査時のプローブカードのＺ方向の変位量を把握してプローブピンと被検査体とのコンタクト荷重を安定させ、信頼性の高い検査を行なうことができるプローブ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブ装置の一実施形態の要部の断面を示す概念図である。
【図２】図１に示すレーザ変位センサを用いて検出したプローブカードの高さを示すグラフである。
【図３】本発明のプローブ装置の他の実施形態の要部の断面を示す概念図である。
【図４】本発明のプローブ装置の更に他の実施形態の要部の断面を示す概念図である。
【図５】従来のプローブ装置の一例を示す図で、（ａ）はプローバ室の正面を破断して示す断面図、（ｂ）はプローブ装置の内部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０　　プローブ装置
１２　　メインチャック（載置台）
１３　　ＸＹテーブル（駆動装置）
１４　　プローブカード
１４Ａ　プローブピン
１６　　レーザ変位センサ（センサ）
Ｗ　　ウエハ（被検査体）

Claims

被検査体を載置する被検査体の温度調整可能な載置台と、この載置台をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させる駆動装置と、この駆動装置を介して移動する載置台の上方に配置されたプローブカードとを備えたプローブ装置において、上記プローブカードの高さを測定するセンサを設けたことを特徴とするプローブ装置。
上記センサを上記駆動装置に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記センサを上記プローブカードの固定部に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記センサとしてレーザ変位センサまたは静電容量センサを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブ装置。