JP4990486B2 - 負荷の下で基板を検査する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともチャック，チャックドライバ，制御電子機器，プローブ又はプローブカード保持手段から構成されたプローバー並びに熱的な、機械的な、電気的な若しくはその他の物理的な又は化学的な負荷を基板に与える負荷手段を有する、負荷の下で基板を検査する装置に関する。

さらに本発明は、基板が熱的な，機械的な，電気的な若しくはその他の物理的な又は化学的な負荷にさらされ、この基板の特性がプローバーの手段によって測定される、負荷の下で基板を検査する方法に関する。

半導体ウェハー，集積回路，多重チップモジュール，プリント基板，フラットディスプレイ等のような電気的又は電気機械的特性を有する検査基板を生産中に検査することが必要である。この目的のため、プローブを通じて基板に接触する種類の検査装置が使用される。これらのプローブは、検査信号を基板に送るため及び／又は検査信号に対する基板の応答を測定するために使用される。

特にこのような種類の装置は、半導体生産の分野で基板を検査するために使用される。ここでは、用語「プローバー」が使用される。この場合、公知のように、一般に組み込まれた半導体チップが、半導体ウェハー上で半導体チップの組み立て中に検査される。ウェハーは、シリコン，ＧａＡｓ，ＩｎＰｈ等の材料のような様々な材料から構成され、特に２″〜12″の直径及び90〜500 μm のオーダーの厚さを有する。ウェハーの体系化後に、こうして生産された半導体チップが検査される。次いで、これらの半導体チップが、分離され、最終的に搭載されて完成した構成要素になる。

完成した集積回路の品質を確保するため、これらの集積回路を適切なプログラムによって個別に検査する必要がある。検査信号に対する過程で測定された応答が、先に規定した基準と比較することによって個々の回路の特性に関する情報を供給する。

それ故に、個々のチップは、分離後は検査のために取り扱うことが困難であり、最後の取り付け後にしか適切に検査が実施できないので、分離前のウェハーの組み立て中の検査が好ましい。しかしながらこのことは、要求される品質に見合わない少なからずの数のチップが最終的に搭載されうることを意味する。

一般に半導体ウェハーは、ウェハーマガジン内に搭載され搬送される。この場合、一般に最大で25枚の半導体ウェハーが、互いに垂直方向にウェハーマガジン内に保持される。

半導体ウェハーは、亀裂及びあらゆる不純物に対して敏感であるので、人の手が触れることは禁じられている。そのため、ハンドリングロボットが一般に使用される。これらのハンドリングロボットは、半導体ウェハーを１つの処理ステーションから別の処理ステーションへ搬送するか又は半導体ウェハーをウェハーマガジンの中若しくは外に搬送する。

このようなハンドリングロボットは、ロボットドライブに連結されているロボットアームから構成され、垂直な自由度（ｚ）及び２つの水平な自由度（ｘ，ｙ）方向に移動し、垂直軸線の周りを回転する。ウェハーホルダーが、ロボットアームの自由な前面に配置されている。このウェハーホルダーは、掴みアームを有する。これらの掴みアームは、真空吸引ホルダーと共に回転する。これらの掴みアームは、半導体ウェハーを掴むことができ、この半導体ウェハーを処理ステーション又はウェハーマガジンの中又は外に移し、ロボットアームによってこのロボットアームのウェハーホルダーを半導体ウェハーの下面又は背面の真下に位置決めし、ロボットドライブによってこのウェハーホルダーを接触させる。その後にこれらの掴みアームは、半導体ウェハーを吸引する。その結果、半導体ウェハーは、ウェハーホルダーの上面の真空開口部上で保持され、１つの位置から別の位置へ搬送され得る。

全自動検査システムは、オペレータ又は技術者が初期の１回のセッティングで幾つかのウェハーマガジンを設置し、全ての半導体ウェハーが検査されるまで操作することを可能にする。この種類の全自動検査システムは、主にチャック，チャックドライバ，制御電子機器，プローブ又はプローブボード及び適切な掴み手段及び連結手段から構成された実際の検査装置に加えてウェハー自律調整用のパターン認識システム，ＣＣＤカメラ，検査基板観察用の顕微鏡，モニター，ハンドリングシステム，ウェハーマガジンステーションや整合ステーションを有する。

プローバーは、負荷状態の下で基板を検査するためにも使用される。この目的のため、例えば、高温又は低温の範囲内で基板、特に半導体ウェハーの挙動を測定するため、チャックを熱し又は冷却することが周知である。

負荷のかかる時間周期にわたる負荷の効果を考慮しようとする負荷時測定が要求される場合、プローバーは、このような負荷時測定の間のそれ以外の動作に対して停止される。したがって、このようなプローバーの生産性が低下する。負荷のかかる周期にわたる負荷時測定によるこの低下した生産性を保証する１つの可能性は、多数のプローバーを使用することである。しかしこのことは、ファブ(fabs)内の空間に必要なコスト及び多数の装置のコスト的な不都合を伴う。

負荷の下で基板を検査する装置及びこれに対応する方法を提供することにある。１台のプローバーの生産性が、これによって十分に活用され得る。

この課題は、装置に関しては、負荷手段が、プローバーから独立した別のサブアセンブリとして配置され、ハンドリングシステムを介してこのプローバーに接合されていることによって解決される。したがってこの負荷手段では、基板が特別な物理的な状態又は化学的な状態にさらされ得、基板の検査が負荷動作後の適切な時間で実施され得る。したがってこのプローバーは、負荷のかかる間に停止されない。この場合、ハンドリングシステムが、基板を負荷手段からプローバーへ搬送する。つまり、ハンドリングシステムが、基板を負荷手段から取り出し、この基板をプローバーのチャック上に設置し、検査操作後にこの基板をプローバーから再び取り出して、再び負荷手段内に設置するか又はこの基板を装置から取り出す。

非常に多くの場合、基板が、チャック上に目的の位置に精確に整合される。チャックがｘ，ｙ及びθ方向にずれる可能性があるものの、誤差のある位置が校正でき、第一に起こりうるずれが制限され、第二に誤差の校正には時間がかかる。その結果、本発明の装置の有益な改良では、装置は、基板を特定に整合させる整合ステーションを有する。

負荷手段とプローバーとの間の操作はほとんど自動的に実施され得るので、さらなる改良が装置に基板マガジンステーションを提供する。このとき、基板の出し入れに使用される基板マガジンが、この基板マガジンステーション内に挿入され得る。この場合、ハンドリングシステムが、基板を基板マガジンから取り出し、この基板を負荷手段又はプローバーに提供し、検査操作の終了時にこの基板を基板マガジンに再び提供する。

本発明の改良では、負荷手段が、温度制御ステーションとして構成されている。この温度制御ステーションでは、基板が室温の上昇と共に加熱されるか又は冷却される。この場合、例えば基板を長時間高温にさらすため、基板は負荷時間中に温度制御ステーション内に存在する。この場合、例えば、負荷時の温度変化をシミュレートするため、温度を検査プログラムによって制御することも可能である。このとき、基板は、負荷のかかる間にプローバー上で規則的な間隔で検査され得る。したがってプローバーは、これらの検査時間の間だけ占有され、全ての負荷時間の間占有されない。

例えば、チャックの温度が制御できるように、公知の方法でチャックが設計されている場合、基板に温度負荷をかけることが、検査中にプローバー上で同様に可能である。

温度制御ステーションが温度制御室から成ると有益である。複数の基板用の保持手段が、この温度制御室内に設けられている。したがって、比較的多数の基板が、負荷にさらされ得る。その結果、多大な余計な負荷を装置にかけることなしに、負荷が長時間かけられる。

特に基板い高温で負荷をかけるため、温度制御室が実質的に気密に密閉され得かつ不活性ガス源に連結され得ることが有益です。したがって、不活性ガス雰囲気が温度制御室内部で作られ得る。この温度制御室は、基板がその周囲と熱反応することを阻止して、例えば酸化過程を回避できる。

本発明のさらなる改良では、プローバー及び負荷手段がモジュール内に互いに配置される。このようなモジュール構造の結果として、さらなるモジュールを直線状に拡張位置すること、例えば複数の負荷手段を挿入することが可能である。

個々のモジュールを一区画内に配置してもよい。この一区画は、本発明の実施の形態を容易にする。この実施の形態では、各モジュールが、同じ基準格子寸法を有する。各モジュールは、その他のモジュールに接合され得る。

１つのモジュールが可動に設計され、その設置位置に固定されることによって、一区画の構成を使用条件に簡単に合わせられる。

好ましくは、本発明の装置は、負荷手段及び／又はプローバーによって構成されている。この負荷手段及び／又はプローバーは、繰り返し配置され、１つの同じハンドリングシステムを介して操作可能に互いに接合されている。例えば極端な温度変化をシミュレートするため、又は物理的な環境パラメータ及び化学的な環境パラメータの影響を検査するため、このことは、第一に１つのプローバー又は複数のプローバーを長い負荷時間の間に有効利用する目的で使用され得、第二に互いに異なる種類の負荷を有する負荷ステーションも可能にする。

本発明のさらなる改良では、１つの共通のハウジングが提供されている。１つのプローバー又は複数のプローバー，負荷手段，ハンドリングシステム，必要ならば基板マガジンステーション及び整合ステーションが、このハウジング内に組み込まれている。この種類のハウジングは、一区画の形態の構造を支持する。このことに有益に関係して、第一にハウジング内部の雰囲気が独立した条件にできる。例えば複数の温度制御ステーションが一区画内部で使用される場合、大量の廃棄熱が、特定の条件下で発生する。この廃棄熱は、ハウジング内で別々に放出され得る。特定の条件では、廃棄熱が、空調に多大な支出を必要とする。

他方で共通のハウジングは、個々のモジュールを簡単に固定するために使用され得る。

本発明のさらなる改良では、振動絶縁部、好ましくは位置制御プラットフォームが、各モジュールに対して配置されている。それ故に、振動が周囲からモジュールに伝わらないし、また振動がモジュール（例えば機械的な負荷モジュールの場合）から周囲に伝わらない。

個々のモジュールを互いに再分解するため、各モジュールがその他のモジュールから独立したプラットフォーム上に配置されることによって、この解決手段はさらに改良される。

ハンドリングシステムの移動距離を最適にするために使用されるハンドリングシステム用の移動空間を作るためには、全てのモジュールが配置されて平面内に中央自由空間を形成し、ハンドリングシステム及び／又は整合システムが中央自由空間内に配置されることが好ましい。

多くの場合、半導体ウェハーに負荷検査を課すことが必要である。この理由のため、本発明の装置は、基板としての半導体ウェハーを検査する設計によって構成され得る。つまり、この装置内の全ての要素が、半導体ウェハーの操作，整合又は保持に対して設計されている。

この課題は、方法に対しては、基板が、負荷手段に操作連結され、この負荷手段内で負荷にさらされ、次いでこの負荷手段から取り出され、その機能が検査されることによって解決される。測定中に基板に負荷をかける従来の技術とは対照的に、この方法は、第一に比較的長い時間周期にわたって多くの種類の負荷の影響を検査することを可能にする。第二に、負荷の適用の結果として、プローバーが停止されない。

特に精確な負荷検査の目的のため、実際の負荷状況をシミュレートするため、負荷プログラムが負荷をかける間に実行されることが好ましい。この負荷プログラムでは、負荷変数が、負荷時間周期の間に変化する。

本発明の別の実施の形態では、基板が、負荷手段から繰り返し取り出され、負荷時間周期による間隔で検査される。それ故に例えば、基板のパラメータを測定することが可能である。これらのパラメータは、負荷結果としての時間変化を有する。

以下に、本発明を実施の形態に基づいて詳しく説明する。

図１は、第１プローバー１及び第１温度制御ステーション２を示す。これらはそれぞれ、モジュール構造を成す。その結果、これらの外寸法は、同じ格子寸法であり、この実施の形態では互いに等しい。このことは、プローバー１のモジュール及び第１温度制御ステーション２のモジュールを互いに並べて近づけて互いにこれらを接合させることを可能にする。

ハンドリングシステム３が、第１プローバー１及び第１温度制御ステーション２の横に並んで配置されている。ハンドリングシステム３は、ロボットアーム４を有する。このロボットアーム４は、ロボットドライブ５に連結されている。ウェハーホルダー６が、ロボットアーム４の自由な前面上に配置されている。図示されていない半導体ウェハーの下面が、このウェハーホルダー６によって持ち上げられ真空によって吸引される。

ウェハーマガジンステーション７も設けられている。入力ウェハーマガジン８及び出力ウェハーマガジン９が、このウェハーマガジンステーション７に挿入され得る。

整合ステーション１０が、ウェハーマガジンステーション７とハンドリングステーション３との間に設けられている。

第１温度制御ステーションは、その前面１１にドア１２を有する。このドア１２は、温度制御室１３を気密に閉じる。図示されていない複数の区画が、温度制御室１３内に重なって設けられている。複数の半導体ウェハー１４が、これらの区画内に積み重ねられている。温度制御室１３は、不活性ガス連結部１５に連結されている。

装置の機能を説明する。半導体ウェハーが、ウェハーホルダー６によって入力ウェハーマガジン８から取り出され、ドア１２を開いて第１温度制御ステーション２に挿入される。こうして、温度制御ステーション２が充填され得る。

温度制御ステーション２が半導体ウェハー１４のスタックで充填されると、ドア１２が閉じて不活性ガスが不活性ガス連結部１５を通じて温度制御室内に流入する。これによって、半導体ウェハー１４に対する熱による酸化が回避され得る。この場合、別のガスを不活性ガス連結部１５を通じて流入させてもよい。これによって、化学的な負荷又は別の物理的な負荷が実施される。

このとき、温度制御室１３は、図示しなかった過熱要素を通じて半導体ウェハー１４の負荷を示す温度になる。同時に、時間に対する温度分布が、同様に図示しなかった制御装置によって維持される。

半導体ウェハー１４が加熱される負荷時間の後に検査する目的のため、半導体ウェハー１４が整合ステーション１０上に一時的に置かれる。この半導体ウェハーの位置が、この整合ステーション１０内で調整されて、この半導体ウェハーがプローバー１内に挿入され検査の間にプローバー１内に精確に調整される必要がある時に、この半導体ウェハーは正しい位置に指向される。次いでロボットアーム４及びロボットドライブの制御下で、半導体ウェハー１４は選択的に搬送される。中間的な検査だけが実施された場合、半導体ウェハー１４は第１温度制御ステーション２内に搬送される。負荷検査又は加熱が完了した場合、半導体ウェハー１４は出力ウェハーマガジン９内に収納される。この可能性は、制御プログラムによって選択される。

図２は、第２温度制御ステーション１６及び第３温度制御ステーション１７を示す。これらは、装置の中央に対して対称に配置されている。それ故に、ハンドリングステーション３，整合ステーション１０及びウェハーマガジンステーション７は、装置の平面の中央自由空間１８内にある。

図３は、第４温度制御ステーション１９及び第２プローバー２０を示す。この場合、ハンドリングシステム３及び整合ステーション１０が中央自由空間１８に確保されるように、全てのモジュール１，２，１６，１７，１９及び２０が配置されている。

この配置では、空間が拡張モジュール２１に対して設けられている。別の検査ステーション，別のモジュール、例えば一時貯蔵モジュール又は第２ウェハーマガジンステーションが、そこに配置され得る。

図４は、プローバー１，２０及び温度制御ステーション２，１６，１７，１９及び２０を有する装置を示す。装置全体が、共通のハウジング２２を有する。このハウジング２２は、ハウジングドア２３をウェハーマガジンステーション７の側面だけに有する。特に図４中に図示しなかったウェハーマガジン８，９が、このハウジングのドアを通じて操作され得る。オペレータの通路２４が、この操作のためだけに設けられている。その他の自由領域２５は必要でない。その結果、どんな場合でも狭い空間がさらに狭くできる。

用途及び使用領域に応じて、全てのプローバー１，１０が、検査，温度の影響，高速検査，高精度検査又は特別な環境条件下の検査のような同じ又は異なる機能を実施できる。温度制御ステーション２，１６，１７，１９及び２０は、同じ又は異なる負荷プログラムを実行できる。

１つのプローバー及び１つの温度制御ステーションを有し、半導体ウェハーを検査する本発明の装置の平面図である。 １つのプローバー及び３つの温度制御ステーションを有し、半導体ウェハーを検査する本発明の装置の平面図である。 ２つのプローバー及び４つの温度制御ステーションを有し、半導体ウェハーを検査する本発明の装置の平面図である。 生産環境で半導体ウェハーを検査する本発明の装置の平面図である。

１ 第１プローバー
２ 第１温度制御ステーション
３ ハンドリングシステム
４ ロボットアーム
５ ロボットドライブ
６ ウェハーホルダー
７ ウェハーマガジンステーション
８ 入力ウェハーマガジン
９ 出力ウェハーマガジン
１０ 整合ステーション
１１ 前面
１２ ドア
１３ 温度制御室
１４ 半導体ウェハー
１５ 不活性ガス連結部
１６ 第２温度制御ステーション
１７ 第３温度制御ステーション
１８ 中央自由空間
１９ 第４温度制御ステーション
２０ 第２プローバー
２１ 拡張モジュール
２２ ハウジング
２３ ハウジングドア
２４ オペレータ通路
２５ 自由領域

Claims (1)

1. 基板が熱的な，機械的な，電気的な若しくはその他の物理的な又は化学的な負荷にさらされ、この基板の特性がプローバーの手段によって測定される、負荷の下で基板を検査する方法において、この基板（１４）は、負荷手段（２）に操作連結され、この負荷手段（２；１６；１７；１９）内で負荷にさらされ、次いでこの負荷手段（２；１６；１７；１９）から取り出され、その機能が検査されること、負荷プログラムが、負荷をかける間に実行され、この負荷プログラムでは、負荷変数が、負荷時間周期の間に変化すること、および、基板は、負荷時間周期の間に負荷手段（２；１６；１７；１９）から繰り返し取り出され、負荷時間の間に時間間隔で検査されることを特徴とする方法。

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