(57)【要約】【課題】高温又は低温などで検査を行う場合にも、スループットが低下せず、高い位置決め精度が維持できるプローバの実現。【解決手段】ウエハW上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を半導体装置の電極に接続するプローバであって、筐体11,20,21,22と、筐体に収容され、ウエハステージ18を移動及び回転するステージ機構12-17と、カバー27,28と、供給する気体の温度を調整可能な気体供給源41と、カバーで覆われた空間に気体供給源からの気体を送風する送風機42と、ウエハステージ以外の少なくとも一箇所の温度を検出する温度センサ45,46と、気体供給源から供給する気体の温度を調整して、温度センサの検出した温度が変化しないように気体供給源を制御する制御部47とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
筐体と、
前記筐体に収容され、前記ウエハを保持するウエハステージを移動及び回転するステージ機構と、
前記筐体で形成される空間を覆うカバーと、
供給する気体の温度を調整可能な気体供給源と、
前記カバーで覆われた空間に前記気体供給源からの気体を送風する送風機と、
前記筐体及び前記筐体に収容された部材のうちの、前記ウエハステージ以外の少なくとも一箇所の温度を検出する温度センサと、
前記気体供給源から供給する気体の温度を調整して、前記温度センサの検出した温度が変化しないように前記気体供給源を制御する制御部とを備えることを特徴とするプローバ。
【請求項２】
前記カバーで覆われた空間から排出される気体を、前記気体供給源に戻す排気経路を更に備える請求項１に記載のプローバ。
【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半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うために、テスタの端子を半導体チップの電極パッドに接続するプローバに関する。
【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、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップ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、プローバとテスタを組み合わせたウエハテストシステムで行われる。プローバは、ウエハをステージに固定し、各チップの電極パッド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、チップ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】
図１は、ウエハテストシステムの概略構成を示す図である。ウエハテストシステムは、プローバ１０とテスタ３０とで構成される。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、ウエハステージ１８と、プローブの位置を検出する針位置検出カメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、支柱２１に設けられたウエハアライメントカメラ２３と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２４と、カードホルダ２４に取り付けられるプローブカード２５と、プローバの周囲を覆うカバー２７、２８と、を有する。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、ウエハステージ１８を３軸方向及びＺ軸の回りに回転する移動・回転機構を構成する。なお、Ｚ軸移動部１５とθ回転部１７を共通化してＺθ移動ユニットとし、Ｚθ移動ユニットがウエハステージ１８を支持し、針位置検出カメラ１９をＸ軸移動台１４に設ける場合もある。この時には、針位置検出カメラ１９はオートフォーカス機能を有するようにする。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２５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２６を有し、検査するデバイスに応じて交換される。針位置検出カメラ１９はプローブの配置及び高さ位置を検出し、ウエハアライメントカメラ２３はウエハ上の半導体チップ（ダイ）の電極パッドの位置を検出する。
【０００４】
テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体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２５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。テスタ本体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。
【０００５】
検査を行う場合には、針位置検出カメラ１９がプローブ２６の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、針位置検出カメラ１９でプローブ２６の先端位置を検出する。プローブ２６の先端の水平面内の位置（Ｘ及びＹ座標）はカメラの座標により検出され、垂直方向の位置はカメラの焦点位置で検出される。このプローブ２６の先端位置の検出は、プローブカードを交換した時にはかならず行う必要があり、プローブカードを交換しない時でも所定個数のチップを測定するごとに適宜行われる。なお、プローブカード２５には、通常７００本以上ものプローブ２６が設けられており、すべてのプローブ２６の先端位置を検出せずに、通常は特定のプローブの先端位置を検出する。
【０００６】
次に、ウエハステージ１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ２３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上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。１チップのすべての電極パッドの位置を検出する必要はなく、いくつかの電極パッドの位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのチップの電極パッドを検出する必要はなく、いくつかのチップの電極パッドの位置が検出される。
【０００７】
プローバについては、特許文献１及び２などに記載されており、広く知られているので、これ以上の説明は省略する。
【０００８】
半導体装置は各種の環境条件で使用されるため、電気的検査もそれに応じた条件で行う必要がある。そこで、プローバのウエハステージ１８のウエハＷの載置面の下に、ヒータ及びチラー機構を設け、ウエハＷを高温又は低温にした状態で検査が行えるようにしている。温度範囲は、例えば、−５０°Ｃから＋１５０°Ｃの範囲である。ウエハステージ１８のヒータ及びチラー機構が設けられる部分とその下の部分の間には断熱部材が設けられ、温度設定が効率よく行えるようにしている。
【０００９】
ウエハステージ１８を低温にするとウエハＷ及びウエハステージ１８の部分に結露が生じる。そこで、特許文献１は、ウエハステージ１８を低温にする時にはプローバ内に乾燥空気を導入して結露の発生を防止する構成を記載している。これに加えて、更に防塵のために、プローバ１０の周囲をカバー２７、２８で覆うのが一般的である。
【００１０】
ウエハステージ１８の温度を変化させる場合、上記のようにウエハステージ１８のヒータ及びチラー機構が設けられる部分とその下の部分の間には断熱部材が設けられており、ウエハＷは比較的短時間に所望の温度に設定できるが、ウエハステージ１８の部分の温度が周囲に伝わり、プローブカード２５や、ウエハステージ１８を支持する移動・回転機構などの温度が徐々に変化する。
【００１１】
図２は、ウエハステージ１８が１００°Ｃになるように加熱した後１００°Ｃを維持するようにヒータを制御した時の周囲の温度変化を示すグラフであり、ウエハステージ１８が１００°Ｃになった時からの変化を示し、ＡはＸ軸移動台１４の温度変化を、Ｂは移動ベース１２の温度変化を示す。
【００１２】
移動・回転機構の温度が変化すると、移動及び回転精度が劣化し、プローブカード２５の温度が変化すると膨張又は収縮によりプローブの配列ピッチが変化し、電極パッドとプローブの位置決め精度が低下して正確な接触が行えないという事態が生じる。検査中にこのような事態が生じるのを防止するため、ウエハステージ１８及びウエハＷが検査温度になった後も周囲がある程度温度平衡状態になるまで待機した後検査を開始していた。
【００１３】
特許文献２は、カバーにシャッタを設けると共に、プローバ内に温度センサを設け、低温の時にはシャッタを閉じ、高温の時にはシャッタを開いてプローバ内に気体を導入して温度変化を速めると共に、スケール部分が高温になるのを防止する構成を記載している。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−２９４６０６号公報（全体）
【特許文献２】特開２００４−１７２５５２号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、従来のプローバでは、検査中の温度変化による位置決め精度の低下を防止するために、ウエハステージ１８及びウエハＷが検査温度になった後も周囲がある程度温度平衡状態になるまで待機した後検査を開始していた。しかし、温度平衡状態になるまでには長時間を要するため、ウエハテストシステムのスループットが低下するという問題があった。
【００１６】
また、検査中には、移動・回転機構に設けられた複数のモータが動作して熱を発生し、周囲の温度を上昇させる。この熱の発生具合は、検査内容に応じて異なり、一定ではない。そのため、周囲がある程度温度平衡状態になった後検査を開始しても、プローバ内部の温度が変化して位置決め精度が低下するという問題が生じる。
【００１７】
本発明は、このような問題を解決するもので、高温又は低温などで検査を行う場合にも、スループットが低下せず、高い位置決め精度が維持できるプローバの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を実現するため、本発明のプローバでは、プローバに温度調整した気体を導入できるようにし、プローバ内のウエハステージ以外の部分の温度が変化しないように導入する気体の温度を制御する。
【００１９】
すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、筐体と、前記筐体に収容され、前記ウエハを保持するウエハステージを移動及び回転するステージ機構と、前記筐体で形成される空間を覆うカバーと、供給する気体の温度を調整可能な気体供給源と、前記カバーで覆われた空間に前記気体供給源からの気体を送風する送風機と、前記筐体及び前記筐体に収容された部材のうちの、前記ウエハステージ以外の少なくとも一箇所の温度を検出する温度センサと、前記気体供給源から供給する気体の温度を調整して、前記温度センサの検出した温度が変化しないように前記気体供給源を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、ウエハを保持するウエハステージ以外の部分の温度が変化しないので、位置決め精度の低下が低減される。
【００２１】
実際のプローバによる実験では、プローバ内のウエハステージ以外の部分は変化の大小はあるが同じ方向の変化を示す。一般に、ウエハステージに近接したＺ軸移動台は大きな変化を示し、Ｚ移動部１５やＸ軸移動台１４及びプローブカードやカードホルダもそれに次ぐ変化を示すが、Ｙ軸移動台、移動ベース及び基台１１などは温度変化が小さい。また、温度変化の大きな部分は、ウエハステージに近い部分であり、ウエハステージが移動するための空間に近く、プローブ内に温調した気体を導入するとその気体により温度変化しやすい部分である。本発明者はこの点に着目して、温度変化の大きな部分はプローブ内に導入した温調した気体により大きな変化を受け、温度変化の小さな部分は小さな変化を受けるので、代表的な部分、例えばＸ軸移動台の温度を検出してこの部分を減少させるように温調した気体を導入すると、ウエハステージ以外の大部分で温度変化が抑制されることを見出した。
【００２２】
例えば、ウエハを高温にするためにウエハステージ内のヒータを加熱し、ウエハステージの載置面の温度が検査温度になった時点で、針位置合わせカメラによりプローブ位置の検出及びウエハアライメントカメラによる電極パッドの位置の検出を行い、その時点のＸ軸移動台の温度を検出する。そして検査を開始すると共に、検出した温度が上昇する時には導入する気体の温度を低下させる。更に温度が上昇する時には気体の温度を更に徐々に低下させ、逆に温度が降下する時には気体の温度を若干上昇させる。このようなフィードバック制御を行い、Ｘ軸移動台の温度が変化しないようにする。
【００２３】
もちろん、プローバ内に導入する気体は乾燥した気体で、結露などが生じないようにし、ウエハへのコミの付着を防止するためにフィルタを通して清浄な気体を導入する。
【００２４】
更に、カバーで覆われた空間から排出される気体を気体供給源に戻す排気経路を設けることが望ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のプローバを使用してウエハの電気的動作を検査すると、ウエハを高温又は低温などで検査を行う場合にも、スループットが低下せず、高い位置決め精度で検査が行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図３は、本発明の実施例のウエハテストシステムの全体構成を示す図である。図示のように、本実施例のプローバ１０は、図１の従来のプローバに、温調気体供給源４１と、送風機４２と、プローバ内への気体の供給ダクト４３と、排気ダクト４４と、Ｘ軸移動台１４の温度を検出する温度センサ４５と、移動ベース１２の温度を検出する温度センサ４６と、温度センサ４５及び４６の検出した温度に基づいて温調気体供給源４１の温度を制御する制御部４７とを有する。温調気体供給源４１から供給する気体は乾燥空気であるが、他の気体を使用することも可能である。
【００２７】
温調気体供給源４１は、ヒータ及び冷却器を有し、任意の設定温度の気体を供給することができる。送風機４２は、温調気体供給源４１からの温度調整された気体を、供給ダクト４３を介してプローバ内に送風する。プローバ１０内に送風された気体は、プローバ１０内の空間を通過して、排気ダクト４４から再び温調気体供給源４１に戻る。図示のように、気体は、ウエハステージ１８を支持するＺ軸移動部１５、Ｚ軸移動台１６、θ回転部１７、針位置合わせカメラ１９及びウエハステージ１８が移動するための空間に導入されるので、その空間に直接近接しているＺ軸移動部１５、Ｚ軸移動台１６、θ回転部１７、針位置合わせカメラ１９及びプローブカード２５、カードホルダ２４などの温度に大きく影響する。
【００２８】
例えば、ウエハを高温にするためにウエハステージ１８内のヒータ（図示せず）を加熱し、ウエハステージの載置面の温度が検査温度になった時点で、針位置合わせカメラ１９によりプローブ２６の位置の検出及びウエハアライメントカメラ２３による電極パッドの位置の検出を行い、温度センサ４５及び４６でその時点のＸ軸移動台１４及び移動ベース１２の温度を検出する。そして、検査を開始すると同時に、温度センサ４５及び４６の検出した温度が上昇する時には導入する気体の温度を低下させる。更に温度が上昇する時には気体の温度を更に徐々に低下させ、逆に温度が降下する時には気体の温度を若干上昇させる。このようなフィードバック制御を行い、Ｘ軸移動台の温度が変化しないようにする。もし、Ｘ軸移動台１４及び移動ベース１２の温度が逆の変化を示す時には、その時点の温調気体供給源４１の温度を維持する。
【００２９】
図４は、本実施例において、図２の場合と同様に、ウエハステージ１８が１００°Ｃになるようにウエハステージ１８に内蔵されたヒータを加熱し、その後１００°Ｃを維持するようにヒータを制御した時の周囲の温度変化を示すグラフであり、ＡはＸ軸移動台の温度変化を、Ｂは移動ベース１２の温度変化を示す。図２と比べて明らかなように、温度変化が大幅に減少していることは分かる。これにより、例えば図２のような温度変化があった場合には位置誤差が最大２０μｍ増加したが、本実施例では最大２μｍの増加であった。
【００３０】
実施例では、Ｘ軸移動台１４及び移動ベース１２の温度を検出したが、１箇所でもよく、また他の箇所、例えばカードホルダやＺ軸移動台などの温度を検出することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、低温から高温まで各種の検査温度で検査が行えるプローバであれば、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの基本構成を示す図である。
【図２】従来のプローバにおいて、ウエハステージを高温した後の、ウエハステージ以外の部分の温度変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例のウエハテストシステムの構成を示す図である。
【図４】実施例のプローバにおいて、ウエハステージを高温した後の、ウエハステージ以外の部分の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１２    移動ベース
１４    Ｘ軸移動台
１６    Ｚ軸移動台
１８    ウエハステージ
１９    針位置検出カメラ
２３    ウエハアライメントカメラ
２５    プローブカード
２６    プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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