JP6655514B2

JP6655514B2 - 基板検査方法及び基板検査装置

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Publication number: JP6655514B2
Application number: JP2016184258A
Authority: JP
Inventors: 浩史山田; 潤藤原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: US20190271738A1; KR20190039248A; US10901028B2; WO2018056022A1; TW201824418A; JP2018049929A; CN109791895A; TWI729210B; CN109791895B; KR102205376B1

Description

本発明は基板検査方法及び基板検査装置に関する。

多数の半導体デバイスが形成されたウエハの検査を行うために、検査装置としてプローバが用いられている。プローバはウエハと対向するプローブカードを備え、プローブカードは板状の基部と、基部においてウエハの半導体デバイスにおける各電極パッドや各半田バンプと対向するように配置される複数の柱状接触端子であるコンタクトプローブ（プローブ針）とを備える（例えば、特許文献１参照。）。

プローバでは、ウエハを載置するステージを用いてプローブカードへウエハを押圧させることにより、プローブカードの各コンタクトプローブを半導体デバイスにおける電極パッドや半田バンプと接触させ、各コンタクトプローブから各電極パッドや各半田バンプに接続された半導体デバイスの電気回路へ電気を流すことによって該電気回路の導通状態等の電気的特性を検査する。

また、ステージを用いてウエハをプローブカードへ押圧させる場合、ステージの押圧荷重に対抗するためにステージ及びプローブカードの両方とも高剛性化が必要であり、高剛性化に伴ってコストが上昇する。そこで、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷを板状部材からなるチャック７０に載置し、チャック７０とプローブカード７１の間をシール部材７２で囲んで密閉空間Ｓを形成して当該密閉空間Ｓを減圧することにより、密閉空間Ｓを収縮させてウエハＷをチャック７０ごとプローブカード７１へ引き寄せ（図７（Ｂ））、ウエハＷをプローブカード７１へ接触させる基板検査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この基板検査装置では、ステージを用いてウエハＷをプローブカード７１へ押圧させる必要が無いため、プローブカード７１やチャック７０をステージの押圧荷重に対抗させるための高剛性化を行う必要を無くすことができる。

特開２００２−２２７６８号公報国際公開第２０１２／０２６０３６号

しかしながら、ウエハＷにおいて検査対象となる半導体デバイスが当該ウエハＷの中心からオフセットした位置に形成される場合がある。通常、ウエハＷはその中心がチャック７０の中心と一致するようにチャック７０に載置されるため、この場合、チャック７０中心からオフセットした位置にプローブカード７１の各コンタクトプローブ７３からの反力が作用する。その結果、チャック７０にモーメントが作用して傾くことがある（図７（Ｃ））。また、各コンタクトプローブ７３がカンチレバータイプの場合、各コンタクトプローブ７３からの反力はウエハＷへ斜めに付加されるため、チャック７０を押し下げるだけでなくチャック７０を横へ移動させることがある（図７（Ｄ）中の破線参照）。

その結果、各コンタクトプローブ７３は各電極パッドや各半田バンプと適切に接触することができず、半導体デバイスの電気的特性を正確に検査することができないおそれがある。

本発明の目的は、検査を正確に行うことができる基板検査方法及び基板検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の基板検査方法は、デバイスが形成された基板を載置する板状部材と、該板状部材の上方において前記板状部材へ対向するように配置されるプローブカードとを備え、前記プローブカードは前記基板へ向けて突出する複数の針状のコンタクトプローブを有する基板検査装置において、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させて各前記コンタクトプローブを前記デバイスへ接触させる基板検査方法であって、各前記コンタクトプローブを囲むように垂下する筒状の伸縮自在なベローズを配置し、前記ベローズに向けて開口する断面コの字状を呈するリップシールを、前記基板を囲むように前記板状部材へ配置し、前記リップシールの内部にストッパを配置し、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させる際、各前記コンタクトプローブが前記デバイスへ接触する前に前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の基板検査装置は、デバイスが形成された基板を載置する板状部材と、該板状部材の上方において前記板状部材へ対向するように配置されるプローブカードとを備え、前記プローブカードは前記基板へ向けて突出する複数の針状のコンタクトプローブを有し、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させて各前記コンタクトプローブを前記デバイスへ接触させる基板検査装置において、各前記コンタクトプローブを囲むように垂下する筒状の伸縮自在なベローズと、前記基板を囲むように前記板状部材へ配置されたリップシールとを備え、前記リップシールは前記ベローズに向けて開口する断面コの字状を呈し、前記リップシールの内部にはストッパが配置され、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させる際、各前記コンタクトプローブが前記デバイスへ接触する前に前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする。

本発明によれば、板状部材をプローブカードへ接近させる際、各コンタクトプローブがデバイスへ接触する前に、各コンタクトプローブを囲むようにプローブカード側から垂下する筒状のベローズがリップシールへ吸着するので、各コンタクトプローブがデバイスへ接触する前からベローズを板状部材と剛性的に一体化することでき、各コンタクトプローブがデバイスへ接触した後に各コンタクトプローブからの反力がデバイスを経由して板状部材へ作用しても、当該反力への対抗にベローズの剛性を寄与させることができる。これにより、反力によって板状部材が傾き、若しくは、横へ移動するのを防止することができ、もって、各コンタクトプローブをデバイスの各電極パッドや各半田バンプと適切に接触させることができる。その結果、デバイスの検査を正確に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る基板検査装置としてのウエハ検査装置の構成を概略的に示す水平断面図である。図１における線II−IIに沿う縦断面図である。図１のウエハ検査装置におけるテスタ下部の拡大部分断面図である。本発明の実施の形態に係る基板検査方法におけるチャックトップ等の動作を説明するための工程図である。図３のウエハ検査装置の変形例におけるテスタ下部の拡大部分断面図である。本発明が適用される他のウエハ検査装置の構成を概略的に示す断面図である。従来のウエハ検査装置におけるチャックトップ等の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態に係る基板検査装置としてのウエハ検査装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板検査装置としてのウエハ検査装置の構成を概略的に示す水平断面図であり、図２は、図１における線II−IIに沿う縦断面図である。

図１及び図２において、ウエハ検査装置１０は検査室１１を備え、該検査室１１は、ウエハＷの半導体デバイスの電気的特性の検査を行う検査領域１２と、検査室１１に対するウエハＷの搬出入を行う搬出入領域１３と、検査領域１２及び搬出入領域１３の間に設けられた搬送領域１４とを有する。検査領域１２にはウエハ検査用インターフェースとしての複数のテスタ１５が配置され、テスタ１５の各々の下部にはプローブカード１８が装着される。

搬出入領域１３は複数の収容空間１６に区画され、各収容空間１６には複数のウエハＷを収容する容器、例えば、ＦＯＵＰ１７を受け入れるポート１６ａ、プローブカード１８が搬入され且つ搬出されるローダ１６ｃやウエハ検査装置１０の各構成要素の動作を制御するコントローラ１６ｄが配置される。

検査領域１２では、各テスタ１５に対応して、プローブカード１８に対向するように、ウエハＷを載置して吸着する板状部材からなるチャックトップ２０が配置される。チャックトップ２０はアライナー２１に支持され、アライナー２１はチャックトップ２０を上下左右に移動させ、チャックトップ２０に載置されたウエハＷをプローブカード１８へ正対させる。

搬送領域１４には移動自在な搬送ロボット１９が配置される。搬送ロボット１９は、搬出入領域１３のポート１６ａからウエハＷを受け取って各テスタ１５に対応するチャックトップ２０へ搬送し、また、半導体デバイスの電気的特性の検査が終了したウエハＷを各テスタ１５に対応するチャックトップ２０からポート１６ａへ搬送する。さらに、搬送ロボット１９は各テスタ１５からメンテナンスを必要とするプローブカード１８を搬出入領域１３のローダ１６ｃへ搬送し、また、新規やメンテナンス済みのプローブカード１８をローダ１６ｃから各テスタ１５へ搬送する。

このウエハ検査装置１０では、各テスタ１５が搬送されたウエハの半導体デバイスの電気的特性の検査を行うが、搬送ロボット１９が一のテスタ１５へ向けてウエハを搬送している間に、他のテスタ１５は他のウエハの半導体デバイスの電気的特性の検査を行うことができるので、ウエハの検査効率を向上することができる。

図３は、図１のウエハ検査装置におけるテスタ下部の拡大部分断面図である。

図３において、テスタ１５はマザーボード２２を内蔵する。マザーボード２２は電気的特性が検査される半導体デバイスが搭載されるパソコン等のマザーボードを模した構造を有する。テスタ１５はマザーボード２２を用い、半導体デバイスがパソコン等のマザーボードに搭載された状態に近い状態を再現して半導体デバイスの電気的特性の検査を行う。

マザーボード２２の下方にはポゴフレーム２３が配置され、マザーボード２２及びポゴフレーム２３の間の空間が減圧されてマザーボード２２はポゴフレーム２３を真空吸着する。また、ポゴフレーム２３の下方にはプローブカード１８が配置され、ポゴフレーム２３及びプローブカード１８の間の空間が減圧されてポゴフレーム２３はプローブカード１８を真空吸着する。

ポゴフレーム２３の中央部には枠状のポゴブロック２４が配置され、ポゴブロック２４はプローブカード１８及びマザーボード２２を電気的に接続する多数のポゴピン２５を保持する。プローブカード１８の下方にはチャックトップ２０が配置され、プローブカード１８はチャックトップ２０と対向するように下面に配置された多数のコンタクトプローブ２８を有する。ポゴフレーム２３には各コンタクトプローブ２８を囲むようにチャックトップ２０へ向けて垂下する円筒形蛇腹部材であるベローズ２６が配置される。なお、ベローズ２６はプローブカード１８から垂下するように構成されてもよい。

チャックトップ２０には、載置されたウエハＷを囲み、且つベローズ２６へ対向するように、エラストマー部材からなるリップシール２７（シール部材）が配置される。また、ベローズ２６の上下端にはそれぞれリング状の当接部２６ａ、２６ｂが設けられ、リング状の当接部２６ａはポゴフレーム２３と当接し、リング状の当接部２６ｂはリップシール２７に当接する。リップシール２７は上方に向けて開口する断面コの字状を呈し、当接部２６ｂと当接する際、当接部２６ｂ及びリップシール２７によって囲まれる封止空間Ｐを形成する。封止空間Ｐは、当該封止空間Ｐと外部に設けられた第１の減圧ユニット（図示しない）とを連通する減圧経路２９によって減圧される。これにより、リップシール２７は当接部２６ｂを介してベローズ２６へ吸着する。なお、リップシール２７の内部には所定の高さを有する硬質部材、例えば、樹脂部材からなるストッパ３０が配置され、リップシール２７が当接部２６ｂへ吸着される際、所定の高さ未満となるまで潰れるのを防止する。これにより、リップシール２７の復元性が過圧縮によって低下するのを防止することができる。

また、ベローズ２６は図中上下方向に伸縮自在であり、当接部２６ｂを介してリップシール２７を吸着することにより、ポゴフレーム２３、ベローズ２６、リップシール２７及びチャックトップ２０で囲まれる密閉空間Ｓを形成する。ウエハ検査装置１０では、ポゴフレーム２３に設けられ、密閉空間Ｓと外部に設けられた第２の減圧ユニット（図示しない）とを連通する吸気経路３１により、密閉空間Ｓが減圧されて密閉空間Ｓが収縮する。これにより、チャックトップ２０がポゴフレーム２３へ引きつけられてポゴフレーム２３の下方に配置されたプローブカード１８の各コンタクトプローブ２８が、チャックトップ２０に載置されたウエハＷの半導体デバイスにおける電極パッドや半田バンプと接触する。このとき、各コンタクトプローブ２８から各電極パッドや各半田バンプに接続された半導体デバイスの電気回路へ電気を流すことによって該電気回路の導通状態等の電気的特性の検査が行われる。

図４は、本実施の形態に係る基板検査方法におけるチャックトップ等の動作を説明するための工程図である。

図４において、まず、搬送ロボット１９からウエハＷを受け取ったチャックトップ２０をアライナー２１が移動させ、チャックトップ２０に載置されたウエハＷをプローブカード１８へ正対させる（図４（Ａ））。その後、アライナー２１が上昇してチャックトップ２０をポゴフレーム２３（テスタ１５）へ接近させると、ベローズ２６の当接部２６ｂがリップシール２７と当接し、当接部２６ｂ及びリップシール２７の間に封止空間Ｐが形成されるとともに、ポゴフレーム２３（テスタ１５）、ベローズ２６、リップシール２７及びチャックトップ２０で囲まれる密閉空間Ｓが形成される（図４（Ｂ））。このときは、封止空間Ｐ及び密閉空間Ｓのいずれも減圧されない。

次いで、アライナー２１が上昇を継続し、ポゴフレーム２３の下方に配置されたプローブカード１８の各コンタクトプローブ２８がチャックトップ２０に載置されたウエハＷの半導体デバイスへ接触する前であって、各コンタクトプローブ２８の下端及び半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプの間の距離Ｌが、例えば、３０μｍ以下となった後に、第１の減圧ユニットによって封止空間Ｐが減圧されてベローズ２６がリップシール２７を介してチャックトップ２０へ吸着され、ベローズ２６がチャックトップ２０と剛性的に一体化される（図４（Ｃ））。

さらに、アライナー２１は上昇を継続し、各コンタクトプローブ２８を半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプへ接触させる。その後も、アライナー２１はチャックトップ２０をポゴフレーム２３（テスタ１５）へ向けて押圧（オーバードライブ）して各コンタクトプローブ２８を各電極パッドや各半田バンプへ接触させ続けるが、このとき、第２の減圧ユニットによって密閉空間Ｓが減圧されてチャックトップ２０がポゴフレーム２３へ引きつけられる（図４（Ｄ））。

次いで、アライナー２１が下降するが、密閉空間Ｓが減圧されているため、チャックトップ２０はポゴフレーム２３（テスタ１５）へ引きつけられ続け、各コンタクトプローブ２８が半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプと接触し続ける（図４（Ｅ））。また、本実施の形態では、各コンタクトプローブ２８が各電極パッドや各半田バンプへ接触した後も、封止空間Ｐの減圧が継続され、ベローズ２６がチャックトップ２０へ吸着され続ける。これにより、密閉空間Ｓを確実に密閉し続けることができ、密閉空間Ｓが昇圧して各コンタクトプローブ２８と、各電極パッドや各半田バンプとの接触が中断するのを確実に防止することができる。

本実施の形態に係る基板検査方法によれば、チャックトップ２０をポゴフレーム２３へ接近させる際、各コンタクトプローブ２８がウエハＷの半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプへ接触する前に、各コンタクトプローブ２８を囲むようにポゴフレーム２３から垂下するベローズ２６がリップシール２７を介してチャックトップ２０へ吸着するので、各コンタクトプローブ２８が各電極パッドや各半田バンプへ接触する前からベローズ２６をチャックトップ２０と剛性的に一体化することできる。その結果、各コンタクトプローブ２８が各電極パッドや各半田バンプへ接触した後に各コンタクトプローブ２８からの反力が各電極パッドや各半田バンプを経由してチャックトップ２０へ作用しても、当該反力への対抗にベローズ２６の剛性を寄与させることができる。これにより、各コンタクトプローブ２８からの反力によってチャックトップ２０が傾き、若しくは、横へ移動するのを防止することができ、もって、各コンタクトプローブ２８を半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプと適切に接触させることができる。その結果、半導体デバイスの電気的特性を正確に行うことができる。

上述した本実施の形態に係る基板検査方法では、各コンタクトプローブ２８が各電極パッドや各半田バンプへ接触した後もベローズ２６をチャックトップ２０へ吸着させ続けるので、オーバードライブの間も、各コンタクトプローブ２８を半導体デバイスの各電極パッドや各半田バンプと適切に接触させ続けることができる。

また、各コンタクトプローブ２８が各電極パッドや各半田バンプへ接触するよりもかなり前からベローズ２６がチャックトップ２０に吸着すると、ベローズ２６の剛性がチャックトップ２０のポゴフレーム２３への接近を阻害し、場合によっては、各コンタクトプローブ２８を接触させるべき各電極パッドや各半田バンプからずれさせるおそれがあるが、上述した本実施の形態に係る基板検査方法では、各コンタクトプローブ２８の下端及び各電極パッドや各半田バンプの間の距離Ｌが３０μｍ以下となった後にベローズ２６をチャックトップ２０へ吸着させる。これにより、ベローズ２６の剛性がチャックトップ２０のポゴフレーム２３への接近を阻害するおそれがある時間を短縮することができ、各コンタクトプローブ２８を接触させるべき各電極パッドや各半田バンプへ確実に接触させることができる。

さらに、上述した本実施の形態に係る基板検査方法では、ベローズ２６をエラストマー部材からなるリップシール２７へ吸着させるので、ベローズ２６をチャックトップ２０へ直接吸着させるよりも、間接的ではあるものの、ベローズ２６をチャックトップ２０へ確実に吸着させることができる。また、当接部２６ｂ及びリップシール２７の間の封止空間Ｐを減圧するので、ベローズ２６をリップシール２７へ確実に吸着させることができる。

以上、本発明について、上述した実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

例えば、封止空間Ｐは当接部２６ｂと、断面コの字状を呈するリップシール２７とによって形成されたが、リップシール２７の代わりにチャックトップ２０の周縁部へ２つのＯリング３２を設け（図５）、当該２つのＯリング３２及び当接部２６ｂによって封止空間Ｐを形成してもよい。

また、ベローズ２６の伸縮方向に沿うガイドレール３３と、該ガイドレール３３に遊合するガイド３４とを設け、ガイドレール３３の上端を当接部２６ａへ接合し、ガイド３４を当接部２６ｂに接合することにより、ベローズ２６の伸縮時における当接部２６ｂのずれ（特に水平方向に関するずれ）の発生を防止してもよい。この場合、ベローズ２６がチャックトップ２０に吸着した後にベローズ２６だけでなくガイドレール３３をチャックトップ２０と剛性的に一体化することができ、もって、チャックトップ２０が傾き、若しくは、横へ移動するのを確実に防止することができる。

さらに、本実施の形態では、複数枚のウエハの半導体デバイスの電気的特性の検査を同時に行うことができるウエハ検査装置へ本発明が適用される場合について説明したが、本発明は、１枚のみのウエハの半導体デバイスの電気的特性の検査を行うウエハ検査装置へも適用することができる。この場合、当該ウエハ検査装置３５は１つの検査室３６の内部に、例えば、テスタ１５（ポゴフレーム２３）、プローブカード１８、チャックトップ２０、ベローズ２６及びリップシール２７を備える（図６）。

Ｐ封止空間
Ｓ密閉空間
Ｗウエハ
１０，３５ウエハ検査装置
１８プローブカード
２０チャックトップ
２３ポゴフレーム
２６ベローズ
２６ｂ当接部
２７リップシール
３２Ｏリング
３３ガイドレール
３４ガイド

Claims

デバイスが形成された基板を載置する板状部材と、該板状部材の上方において前記板状部材へ対向するように配置されるプローブカードとを備え、前記プローブカードは前記基板へ向けて突出する複数の針状のコンタクトプローブを有する基板検査装置において、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させて各前記コンタクトプローブを前記デバイスへ接触させる基板検査方法であって、
各前記コンタクトプローブを囲むように垂下する筒状の伸縮自在なベローズを配置し、
前記ベローズに向けて開口する断面コの字状を呈するリップシールを、前記基板を囲むように前記板状部材へ配置し、
前記リップシールの内部にストッパを配置し、
前記板状部材を前記プローブカードへ接近させる際、各前記コンタクトプローブが前記デバイスへ接触する前に前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする基板検査方法。
各前記コンタクトプローブが前記デバイスへ接触した後も前記ベローズを前記リップシールへ吸着させ続けることを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
各前記コンタクトプローブ及び前記デバイスの間の距離が３０μｍ以下となった後に前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする請求項１又は２記載の基板検査方法。
前記ベローズ及び前記リップシールによって囲まれる封止空間を形成し、該封止空間を減圧することによって前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
前記ベローズを前記リップシールへ吸着させて少なくとも前記プローブカード、前記ベローズ、前記リップシール及び前記板状部材で囲まれる密閉空間を形成し、該密閉空間を減圧することによって前記板状部材を前記プローブカードへ引きつけ、各前記コンタクトプローブを前記デバイスへ接触させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板検査方法。
デバイスが形成された基板を載置する板状部材と、該板状部材の上方において前記板状部材へ対向するように配置されるプローブカードとを備え、前記プローブカードは前記基板へ向けて突出する複数の針状のコンタクトプローブを有し、前記板状部材を前記プローブカードへ接近させて各前記コンタクトプローブを前記デバイスへ接触させる基板検査装置において、
各前記コンタクトプローブを囲むように垂下する筒状の伸縮自在なベローズと、
前記基板を囲むように前記板状部材へ配置されたリップシールとを備え、
前記リップシールは前記ベローズに向けて開口する断面コの字状を呈し、
前記リップシールの内部にはストッパが配置され、
前記板状部材を前記プローブカードへ接近させる際、各前記コンタクトプローブが前記デバイスへ接触する前に前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする基板検査装置。
前記ベローズ及び前記リップシールによって囲まれる封止空間を形成し、該封止空間を減圧することによって前記ベローズを前記リップシールへ吸着させることを特徴とする請求項６記載の基板検査装置。
前記ベローズの伸縮方向に沿うガイドレールをさらに備え、
前記ベローズは伸縮時、前記ガイドレールによってガイドされることを特徴とする請求項６又は７記載の基板検査装置。