(57)【要約】      （修正有）【課題】高温又は低温でウエハのプロービングテストを行う場合に、スループットを低下させること無しに、プローブと電極の接触位置の誤差を低減する方法の提供。【解決手段】ウエハW上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、プローブ２５をデバイスの電極に接続するプローバであって、ウエハチャック１８と、移動機構と、ウエハチャック１８の温度調整機構と、ウエハの電極とプローブとの位置関係を測定するアライメント顕微鏡１９と、位置関係に基づいて移動量を算出して制御する移動制御部４３と、を備えるプローバにおいて、保持前のウエハ温度を検出するウエハ温度センサを更に備え、移動制御部４３は、保持後のウエハＷの温度変化に関するデータを予め記憶した温度変化データ記憶部と、ウエハＷの温度及び温度変化データから予測した温度変化に応じて算出した移動量を補正する移動量補正手段とを備える。【選択図】図１
2008028082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子に接続されるプローブを前記デバイスの電極に接続するプローバであって、
ウエハを保持するウエハチャックと、
前記ウエハチャックを移動する移動機構と、
前記ウエハチャックの温度を調整して、保持したウエハを所定の温度にする温度調整機構と、
前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記プローブとの位置関係を測定するアライメント手段と、
前記アライメント手段の測定した前記電極と前記プローブとの位置関係に基づいて、前記電極を前記プローブに接触させるための移動量を算出して、算出した移動量に基づいて前記移動機構を制御する移動制御部と、を備えるプローバにおいて、
前記ウエハチャックに保持する前の前記ウエハの温度を検出するウエハ温度センサを更に備え、
前記移動制御部は、各種の温度の前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の前記ウエハ温度変化及びその寸法変化に関するデータを予め記憶した温度変化データ記憶部と、
前記ウエハチャックの温度を高温又は低温の設定温度にして検査を行う時に、前記ウエハ温度センサの検出した前記ウエハの温度及び前記温度変化データ記憶部に記憶されたデータから、前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の温度変化を予測して、算出した移動量を予測した温度変化に応じて補正する移動量補正手段と、を備えることを特徴とするプローバ。
【請求項２】
プローバにおいて、ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子に接続されるプローブを前記デバイスの電極に接触する方法であって、
各種の温度の前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の前記ウエハ温度変化及びその寸法変化に関する温度変化データを予め記憶しておき、
前記ウエハチャックの温度を高温又は低温の設定温度にし、
前記ウエハチャックに保持する前の前記ウエハの温度を検出し、
前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記プローブとの位置関係を測定し、
測定した前記電極と前記プローブとの位置関係に基づいて、前記電極を前記プローブに接触させるための移動量を算出し、
検出した前記ウエハの温度及び前記温度変化データから、前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の温度変化を予測して、算出した移動量を予測した温度変化に応じて補正し、
補正した移動量に基づいて前記ウエハチャックを移動する、ことを特徴とするプローブ接触方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数のデバイス（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタの端子に接続されるプローブに接続するプローバ及びプローブを電極に接触させるプローブ接触方法に関し、特にウエハを高温又は低温に保持して検査するプローバ及びその場合のプローブ接触方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、複数のデバイス（ダイ）を形成する。各デバイスは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタで構成されるウエハテストシステムにより行われ、プロービングテストと称する。プローバは、ウエハをステージに保持し、各デバイスの電極にプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、デバイスの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。
【０００３】
半導体装置は広い用途に使用されており、低温環境又は高温環境でも使用されるデバイスもあり、プローバにはこのような環境での検査が行えることが要求される。そこで、プローバにおいてウエハを保持するウエハチャックのウエハ載置面の下に、例えば、ヒータ機構、チラー機構などのウエハチャックの表面の温度を変えるウエハ温度調整機構を設けて、ウエハチャックの上に保持されたウエハを加熱又は冷却することが行われる。
【０００４】
図１は、ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハチャック１８と、アライメント顕微鏡１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハチャック１８を３軸方向及びＺ軸を中心として回転する移動・回転機構を構成する。移動制御部４３は、移動・回転機構の制御を行う。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２４は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するデバイスに応じて交換される。なお、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ１９や、プローブをクリーニングするクリーニング機構などが設けられているが、ここでは省略している。
【０００５】
テスタ３０は、テストヘッド３１と、テストヘッド３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２４には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テストヘッド３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。プローバ１０は、ウエハテストにおいてテスタ３０と連携して測定を行うが、その電源系や機構部分はテスタ本体及びテストヘッドとは独立した装置である。
【０００６】
検査を行う場合には、図示していない針位置合わせカメラでプローブ２５の先端位置を検出する。次に、ウエハチャック１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがアライメント顕微鏡１９の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウエハＷ上のデバイスの電極の位置を検出する。
【０００７】
図２は、ウエハＷ上に形成されたデバイス１の配列例を示す図である。実際には、非常に多数のデバイス１が形成される。図２の下部に示すように、各デバイス１は外部からの電源供給や外部との信号の入出力のための電極２を有する。プローバでは、各デバイス１の電極２をプローブ２５に接触させる。
【０００８】
デバイスの電極の位置を検出する場合、１デバイスのすべての電極の位置を検出する必要はなく、いくつかの電極の位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのデバイスの電極を検出する必要はなく、いくつかのデバイスの電極の位置を検出すればよい。以上のような、ウエハ上の電極位置の検出動作をウエハアライメント動作と称している。
【０００９】
なお、針位置合わせカメラの検出する位置とアライメント顕微鏡１９の検出する位置との関係は、例えば、針位置合わせカメラで先端位置を検出したプローブ２５をウエハの表面に接触させ、アライメント顕微鏡１９でウエハ上のプローブ接触痕を検出することにより、あらかじめ求められているものとする。
【００１０】
プローブ２５の位置及びウエハＷの電極の位置を検出した後、デバイスの電極の配列方向がプローブ２５の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウエハチャック１８を回転する。そして、ウエハＷの検査するデバイスの電極がプローブ２５の下に位置するように移動した後、ウエハチャック１８を上昇させて、電極をプローブ２５に接触させる。これらの移動動作は、移動制御部４３により制御される。そして、テストヘッド３１から、コンタクトリング３２を介して電極に電源及びテスト信号を供給し、電極に出力される信号を検出して正常に動作するかを確認する。
【００１１】
以上が、ウエハテストシステムの概略構成であるが、ウエハチャックを加熱又は冷却し、保持したウエハＷを高温又は低温にして検査できるプローバでは、ウエハチャック１８内に、ヒータ２６及びチャック冷却液経路２７が設けられる。チャック冷却液経路２７には冷却液源２８から供給経路２９Ａを介して冷却液が流され、ウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を冷却する。チャック冷却液経路２７を通過した冷却液は、回収経路２９Ｂを介して冷却液源２８に回収される。ここでは、チャック冷却液経路２７、冷却液源２８、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂで構成される部分をチラーシステムと称する。また、ヒータ２６は発熱してウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を加熱する。更に、ウエハチャック１８の表面近傍に温度センサ４１が設けられ、冷却液源２８の制御部４２は、温度センサ４１の検出したウエハチャック１８の表面温度に応じて冷却液源２８から供給する冷却液源の温度を制御する。
【００１２】
ウエハチャック１８内には、他にもウエハＷを真空吸着するための真空経路などが設けられ、ウエハチャック１８内におけるヒータ２６、チャック冷却液経路２７及び真空経路の配置については各種の変形例がある。
【００１３】
ウエハを所定の設定温度にしてプロービングテストを行う場合、ウエハチャック１８が所定の設定温度になるようにヒータ２６又はチラーシステムを動作させ、その上にウエハＷを保持してテスト温度になった状態で、プロービングテストを開始する。ウエハチャック１８は、アルミニューム、銅などの金属や、熱伝導性の良好なセラミックなどの材料で作られている。
【００１４】
プローバにおけるアライメント方法については、例えば特許文献１及び２などに、ウエハチャックの温度調整機構については、例えば特許文献３などに記載されている。
【００１５】
【特許文献１】特開平５−３４３４８５号公報（全体）
【特許文献２】特開平１１−２６５２０号公報（全体）
【特許文献３】特開２００１−２１０６８３号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、ウエハＷを高温又は低温でプロービングテストする場合、ウエハチャック１８を所定の温度にした状態でその上にウエハＷを搬送して保持するが、搬送されるウエハは室温に近いのでその影響でウエハチャック１８の表面の温度が変化する。温度センサ４１は、ウエハチャック１８の表面近くに配置されるが、若干離れているので、ウエハ１８を載置したことによるウエハチャック１８の表面温度の変化はタイムラグを持って温度センサ４１に伝わる。これに応じて制御部４２は、ウエハチャック１８の温度を所定の温度にするように制御する。
【００１７】
図３は、高温のウエハチャック１８に室温のウエハＷを保持した時のウエハＷの表面温度の変化を説明する図である。図においてＰで示す時に温度Ｔ２のウエハＷを温度Ｔ１のウエハチャック１８に保持すると、ウエハＷの表面温度は急激に上昇して温度Ｔ１に近づく。温度の上昇カーブは最初は急峻であるが、徐々に緩くなる。従って、ウエハＷの温度が温度Ｔ１になるには長時間を要する。
【００１８】
高温又は低温でのプロービングテストは、温度範囲が設定されている。そこで、例えば、ウエハチャック１８の設定温度Ｔ１を温度範囲の中間温度にして温度調整を行い、ウエハＷの温度が温度範囲の下限(Ｔ１−ΔＴ）以上になった時にプロービングテストを開始する。また、ウエハチャック１８の設定温度Ｔ１を温度範囲の上限に近い温度とすると、ウエハＷの温度が温度範囲の下限に達する時間はより短縮できる。
【００１９】
いずれにしろ、ウエハＷの温度が温度範囲の下限に達した時に直ちにプロービングテストを開始できるように、予めウエハアライメント動作を行っておくことが考えられる。しかし、ウエハアライメント動作を行った後もウエハＷの温度が徐々に変化するので、ウエハアライメント動作を行った時とプロービングテストを行う時で、ウエハＷの温度変化に起因する寸法誤差が生じ、プローブと電極の接触位置のずれとなって、検査に支障をきたすことがある。例えば、直径３００ｍｍのウエハの両端のダイは約３００ｍｍ離れており、シリコンウエハの線膨張率は１００℃付近では約３×１０-6／℃であり、２度温度が変化すると約１．８μｍのズレが生じることになる。
【００２０】
このような問題が発生しないようにするには、ウエハＷがより設定温度に近づく状態まで待機した後ウエハアライメント動作を行うことが考えられる。これであれば、ウエハアライメント動作を行った時とプロービングテストを行う時の温度変化が小さいので、ウエハＷの温度変化に起因する寸法誤差は小さくなる。しかし、このように長時間待機するのはプローバのスループットを低下させ、コストアップを招くことになる。
【００２１】
本発明は、このような問題を解決するもので、高温又は低温でウエハのプロービングテストを行う場合に、スループットを低下させること無しに、プローブと電極の接触位置の誤差を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を実現するため、本発明では、各種の温度のウエハをウエハチャックに保持した後のウエハ温度変化及びその寸法変化に関する温度変化データを予め記憶しておき、ウエハチャックに保持する前のウエハの温度を検出し、検出したウエハの温度及び温度変化データから、ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の温度変化を予測して、移動量を予測した温度変化に応じて補正する。
【００２３】
すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子に接続されるプローブを前記デバイスの電極に接続するプローバであって、ウエハを保持するウエハチャックと、前記ウエハチャックを移動する移動機構と、前記ウエハチャックの温度を調整して、保持したウエハを所定の温度にする温度調整機構と、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記プローブとの位置関係を測定するアライメント手段と、前記アライメント手段の測定した前記電極と前記プローブとの位置関係に基づいて、前記電極を前記プローブに接触させるための移動量を算出して、算出した移動量に基づいて前記移動機構を制御する移動制御部と、を備えるプローバにおいて、前記ウエハチャックに保持する前の前記ウエハの温度を検出するウエハ温度センサを更に備え、前記移動制御部は、各種の温度の前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の前記ウエハ温度変化及びその寸法変化に関するデータを予め記憶した温度変化データ記憶部と、前記ウエハチャックの温度を高温又は低温の設定温度にして検査を行う時に、前記ウエハ温度センサの検出した前記ウエハの温度及び前記温度変化データ記憶部に記憶されたデータから、前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の温度変化を予測して、算出した移動量を予測した温度変化に応じて補正する移動量補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のプローバにおいて、ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子に接続されるプローブを前記デバイスの電極に接触する方法は、各種の温度の前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の前記ウエハ温度変化及びその寸法変化に関する温度変化データを予め記憶しておき、前記ウエハチャックの温度を高温又は低温の設定温度にし、前記ウエハチャックに保持する前の前記ウエハの温度を検出し、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記プローブとの位置関係を測定し、測定した前記電極と前記プローブとの位置関係に基づいて、前記電極を前記プローブに接触させるための移動量を算出し、検出した前記ウエハの温度及び前記温度変化データから、前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の温度変化を予測して、算出した移動量を予測した温度変化に応じて補正し、補正した移動量に基づいて前記ウエハチャックを移動する、ことを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、ウエハチャックに保持した後のウエハの温度変化を予測して、ウエハの温度変化に応じたウエハの寸法変化を予測して移動量を補正するので、プローブと電極の接触位置の誤差を低減することができる。
【００２６】
ウエハは、薄い板状であり、裏面の表面状態なども比較的類似しているため、条件が同じであれば同じように変化する。そこで、ウエハの厚さ、直径及び材質などの条件ごとに、各種の温度の前記ウエハを前記ウエハチャックに保持した後の前記ウエハ温度変化及びその寸法変化に関する温度変化データを測定して予め記憶しておけば、ウエハの温度変化を正確に予測することが可能である。具体的には、ウエハの厚さ、直径及び材質などの条件で変化具合が異なるので、それらの条件と、ウエハの初期温度とウエハチャックの設定温度の組合せについて、予め温度変化データを測定して記憶しておく。なお、同一規格のシリコンウエハが使用されるのであれば、直径及び材質は同じであるので、ウエハの厚さを条件として予め温度変化データを測定して記憶しておき、実際の動作ではウエハの厚さ及び保持する前のウエハの温度を測定すればよく、ウエハチャックの温度は設定温度に正確に保持されるという前提である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高温又は低温でウエハのプロービングテストを行う場合に、スループットを低下させること無しに、プローブと電極の接触位置の誤差を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施例のプローバは、図１に示した従来例と同様の構成を有し、移動制御部４３の構成のみが異なる。図４は、本発明の実施例のプローバ移動制御部４３の構成を示すブロック図である。
【００２９】
プローバ移動制御部４３は、アライメント動作の結果に基づいて電極をプローブに接触させるための移動量を算出して、移動・回転機構を制御する従来の処理を行うと共に、図４に示すように、プローバ移動制御部４３は、移動量補正部４４と、温度変化データ記憶部４５と、を有し、従来の方法で算出した移動量を補正する。
【００３０】
温度変化データ記憶部４５は、温度変化データを記憶する。温度変化データは、ウエハの厚さ、直径及び材質などの条件ごとに、色々な温度のウエハを色々な設定温度のウエハチャックに保持した後のウエハ温度変化及びそれに伴うウエハの寸法変化を実験的に求めて、テーブルの形で記憶される。ウエハは、薄い板状であり、裏面の表面状態なども比較的類似しているため、条件が同じであれば同じように変化すると考えられる。この変化具合に関係する条件としては、ウエハの厚さ、直径及び材質などが考えられるので、これらの条件について実験的にデータを求める。もし同一規格のシリコンウエハが使用されるのであれば、直径及び材質は同じであるので、ウエハの厚さについてのみ考えればよい。
【００３１】
ウエハの温度は、ウエハチャックの設定温度に収束するように変化し、ウエハの初期温度と設定温度が決まれば一意に決まると考えられる。そこで、上記の各種条件について、ウエハの初期温度とウエハチャックの設定温度の組合せについて、温度変化を実験的に求めて温度変化データとして記憶する。なお、ウエハの温度変化はその時点でのウエハの温度と設定温度との差に比例すると考えられるので、双曲線で表すことができると考えられるので、数式で表すことも可能である。
【００３２】
ウエハの厚さは、ウエハ毎に異なり、同一規格のウエハであっても厚さにバラツキがあるので、図示していないウエハ厚検出器で測定する。
【００３３】
ウエハをウエハチャックに保持する直前の初期温度は、直接ウエハの温度を測定して得ることも可能であるが、ここではウエハがウエハカセットに収容されて供給され、ウエハカセットに長時間収容されてウエハカセットと同じ温度になっているとの前提で、ウエハカセットの温度を検出して、ウエハの初期温度としている。
【００３４】
また、ウエハチャックの温度は設定温度に正確に保持されるように制御されるので、制御部４２による制御目標温度を設定温度とする。
【００３５】
移動量補正部４４は、ウエハ品種（ウエハの直径及び材質）、ウエハの厚さ、ウエハカセット温度、及び設定温度に関する情報を外部から受け取り、温度変化データ記憶部４５に記憶されたデータに基づいて、ウエハをウエハチャックに保持した後の温度変化を予測する。そして、従来と同様の方法で得たアライメントデータを補正し、補正したアライメントデータに基づいて、ウエハの電極をプローバに接触させるように移動・回転機構を制御する。
【００３６】
図５は、実施例のプローバにおける、温度補正動作を示すフローチャートである。
【００３７】
ステップ１０１では、上記のような温度変化データを実験的に求めて、温度変化データ記憶部４５に記憶する。
【００３８】
ステップ１０２では、ウエハカセットの温度を測定してウエハの初期温度として記憶する。
【００３９】
ステップ１０３では、ウエハカセットからウエハを取り出してウエハチャック上に搬送して保持する。この時点から経過時間の計時が行われる。
【００４０】
ステップ１０４では、ウエハチャックに保持されたウエハの厚さを測定して記憶する。なお、ステップ１０４はウエハをウエハチャックに保持する前に行うことも可能である。
【００４１】
ステップ１０５では。アライメント動作を行い、この時点のウエハの温度を予測して記憶する。
【００４２】
ステップ１０６では、ウエハの温度を予測し、予測した温度が検査温度の許容範囲内になったかを判定し、許容範囲内になるまで待機する。
【００４３】
ステップ１０７は、予測した温度が許容範囲内になった後行い、検査を行うダイを移動するプロービング位置を算出し、更にウエハの温度を予測する。そして、予測した温度とアライメント動作時の予測温度の差に基づいてウエハ上における電極の位置ずれを算出してプロービング位置の補正を行う。
【００４４】
ステップ１０８では、補正したプロービング位置に基づいて電極のプローブへの接触動作を行い、プロービング動作（テスト）を行う。
【００４５】
ステップ１０９では、すべてのダイの検査が終了したかを判定し、終了していなければステップ１０７に戻り、ステップ１０７から１０９を繰り返す。この繰り返しの間の時間経過に伴ってウエハの予測温度を算出して位置ずれの補正を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ウエハを高温又は低温に保持して検査するプローバ及びそのようなプローバを使用する場合であれば、適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。
【図２】ウエハ上に形成されたデバイス（ダイ）の配列例を示す図である。
【図３】高温のウエハチャックに室温のウエハを保持した後のウエハ表面の温度変化の例を示す図である。
【図４】本発明の実施例の移動制御部の構成を示す図である。
【図５】実施例のプローバにおける動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１８    ウエハチャック
１９    アライメント顕微鏡
２６    ヒータ
２７    チャック冷却液経路
２８    冷却液源
４２    制御部
４３    移動制御部
Ｗ    ウエハ
【図１】
2008028082.tif 000003
【図２】
2008028082.tif 000004
【図３】
2008028082.tif 000005
【図４】
2008028082.tif 000006
【図５】
2008028082.tif 000007