(57)【要約】【課題】この発明は、接触子を保持する基板を温度による歪や膨張を発生させなくして高温や低温の試験を行える半導体検査装置を提供する。【解決手段】この発明は、ウエハ基板２の各端子部に接触する各接触子１５０により信号の授受を行う半導体検査装置において、接触子１５０を保持するプローブ基板１００と、基板１００のウエハ基板２と対向する面に設けられた基板１００を冷却又は加熱する温度制御部材１１０と、基板１００の温度を測定する温度検出素子１２０と、温度検出素子１２０の検出出力に基づいて温度制御部材１１０の冷却動作又は加熱動作を制御する温度制御装置１４０と、を備える。温度制御装置１４０は、温度検出素子１２０の検出温度が基板１００に接触子１５０の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の温度になるように温度制御部材１１０の駆動を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の各端子部に接触する各接触子により信号の授受を行う半導体検査装置において、前記接触子を保持する基板と、前記基板の被測定物と対向する面に設けられた前記基板を冷却又は加熱する温度制御部材と、前記基板の温度を測定する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出出力に基づいて前記温度制御部材の冷却動作又は加熱動作を制御する温度制御装置と、を備え、前記温度制御装置は、前記温度検出素子の検出温度が前記基板に前記接触子の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の温度になるように前記温度制御部材の駆動を制御することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
複数の前記温度制御部材が前記基板に設けられ、前記温度制御装置は各温度制御部材を独立して制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
【請求項３】
前記基板の被測定物と対向すべき対向面の裏面側の温度を検出する第２の温度検出素子と、前記基板の裏面を冷却又は加熱する第２の温度制御部材と、を備え、前記温度制御装置は、前記第２の温度検出素子の検出温度が、前記基板に前記接触子の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の温度になるように前記第２の温度制御部材の駆動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体検査装置に係り、複数の接触子を半導体装置のＩＣ端子部に接触させて検査を行う半導体検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のウエハ試験は、各チップのＩＣ端子部（パッド）に、例えば、針状やポゴピン状の接触子を当て、電気的に制御することによって行われる。前記接触子はプローブカードと呼ばれる基板に固定されている。
【０００３】
高温や低温条件でのウエハテストを行う場合には、熱膨張や収縮により、プローブカードの基板に反り、歪或いは膨張などが発生する。この反り等により、接触子の位置ずれが生じることがある。
【０００４】
この接触子の位置ずれにより、接触子が均一にパッドと接触しなかったり、パッドからはみ出てしまい検査を行えないなどの問題が発生する。
【０００５】
ところで、プローブカードの基板に取り付ける接触子の位置調整は、通常、常温（例えば、２３℃）で行われている。この結果、温度変化による安定後も、熱膨張或いは収縮等の歪による位置ずれをなくすことはできない。そのため、接触子の調整を使用温度にあわせて調整する場合もあるが、複数の温度域で共用させることは難しい。
【０００６】
また、半導体の微細集積化によりパッドのピッチは５０μｍ以下、接触可能部の１辺は２０μｍ程度のものもあり、ますます微細化する方向にあることが、調整位置を複数の温度帯で共用できない原因にもなっている。
【０００７】
他方、テストの効率を上げるために多数のチップを同時に測定することにより、接触子が固定される範囲は広がり、プローブカードの基板の面積も拡大している。このため、膨張や歪の影響を受けやすくなっている。
【０００８】
一方、ウエハテストではパッドと接触子の確実な接触が要求されるため、基板の温度が均一になり、歪が安定するまでの時間（３０分〜1時間）を待ち時間とし、歪が安定した後に、数μｍ単位の位置合わせを行っている。そして、各種製品の電子化が進むことにより半導体製品の温度に対する要求の範囲も広がっている。
【０００９】
上記したいずれの条件もプローブカードの基板に対する歪の影響を大きくする方向にむかっている。
【００１０】
従来、プローブカードの基板内の温度勾配による基板の撓みの発生を防ぐために、プローブカードの被測定物と反対面に温度制御装置を取り付け、基板の両面の温度を被測定物と同じにすることで撓みの発生をなくしたプローブカードが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５０９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記した特許文献１に記載のものにおいては、プローブカードの被測定物と反対面に設けた温度制御装置により、基板を加熱又は冷却して、基板の両面の温度を被測定物と同じにしてプローブカードの撓みを無くすものである。このため、プローブカードの基板に取り付ける接触子の位置調整時の温度とは異なる温度にプローブカード基板が加熱又は冷却されることになる。この結果、接触子の位置調整の時とは異なる温度となり、接触子の位置調整時に比べて、プローブカードが膨張又収縮し、接触子の位置ずれが発生するという問題があった。
【００１２】
この発明は、上述した問題点を解消するためになされたものにして、接触子を保持する基板を温度による歪や膨張を発生させなくして高温や低温の試験を行える半導体検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、被測定物の各端子部に接触する各接触子により信号の授受を行う半導体検査装置において、前記接触子を保持する基板と、前記基板の被測定物と対向する面に設けられた前記基板を冷却又は加熱する温度制御部材と、前記基板の温度を測定する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出出力に基づいて前記温度制御部材の冷却動作又は加熱動作を制御する温度制御装置と、を備え、前記温度制御装置は、前記温度検出素子の検出温度が前記基板に前記接触子の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の温度になるように前記温度制御部材の駆動を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明は、上記の構成に加え、複数の前記温度制御部材が前記基板に設けられ、前記温度制御装置は各温度制御部材を独立して制御を行うように構成すると良い。
【００１５】
更に、この発明は、上記の構成に加え、前記基板の被測定物と対向すべき対向面の裏面側の温度を検出する第２の温度検出素子と、前記基板の裏面を冷却又は加熱する第２の温度制御部材と、を備え、前記温度制御装置は、前記第２の温度検出素子の検出温度が、前記基板に前記接触子の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の温度になるように前記第２の温度制御部材の駆動を制御するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、被測定物と基板との間に、温度制御部材を取り付けることにより、被測定物からの熱を遮りながら、基板に前記接触子の取り付け調整を行った温度又はその温度の近傍の常温となるよう適切な温度を与えることができる。そして、基板を上記温度に保たれることにより、基板の熱による歪や膨張がなくなり、接触子は位置ずれを起こすことなく、被測定物の端子部と接触できる。
【００１７】
更に、複数の前記温度制御部材が前記基板に設けられ、前記温度制御装置は各温度制御部材を独立して制御を行うように構成することで、基板内で温度ばらつきが起こった場合においても歪がおきないよう温度制御が行える。
【００１８】
また、基板の対向面の裏面側に、前記第２の温度検出素子と、第２の温度制御部材を更に設けることで、基板表裏間の温度差も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
【００２０】
図１は、この発明の第１の実施に形態にかかる半導体検査装置の構成を示す模式図、図２は、この発明の第１の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
図１に示すように、複数の接触子１５０を保持させたプローブカード基板１００が半導体検査装置のヘッド１３０に取り付けられている。そして、このプローブカード基板１００の被測定物であるウエハ基板２と対向する面には、この発明の特徴とする温度制御部材１１０が取り付けられている。
【００２２】
ウエハ基板２は、ＸＹＺ方向に移動可能なチャック台１に固定されている。このチャック台１には、図示しないが高温試験のためにウエハ基板２を加熱するためのヒータ等からなる加熱制御部が設けられている。このチャック台１の移動により、ウエハ基板２がプローブカード１００に向かって移動される。
【００２３】
被測定物としてのウエハ基板２には、図４で示すように、多数のチップが形成されており、プローブカード１００は、これらのチップを１チップ毎ないしは複数チップ毎に順番にそれぞれのパッドに接触子１５０を電気的に接続させてプロービングする。
【００２４】
前述したように、プローブカード基板１００に取り付ける接触子１５０の位置調整は、通常、常温（例えば２３℃）で行われている。そして、高温テストなどを行うために、ウエハ基板２が加熱されると、その熱により、プローブカード基板１００のウエハ基板２と対向する面が加熱されることになる。この加熱により、プローブカード基板１００が熱膨張し、接触子１５０の調整位置に歪みが発生することになる。
【００２５】
そこで、この第１の実施形態においては、プローブカード基板１００のウエハ基板２と対向する面に基板の対向面を冷却又は加熱する複数の温度制御部材１１０を設け、接触子１５０の位置調整の時とは異なる温度におけるテストにおいてもプローブカード基板１００の温度を位置調整時の温度又はその近傍になるように制御する。このため、プローブカード基板１００の対向面の温度を測定する温度検出素子１２０を設け、この検出出力をマイクロコンピュータで構成される温度制御装置１４０に与える。温度制御装置１４０は、温度検出素子１２０の出力に基づき、温度制御部材１１０の冷却駆動動作又は加熱駆動動作を制御し、プローブカード基板１００の温度を接触子１５０の位置調整の時の温度である常温、この実施形態では２３℃前後に制御する。
【００２６】
図２及び図３に従いこの発明の第１の実施形態につき更に説明する。この第１の実施形態では、８つの矩形の温度制御部材１１０をプローブカード基板１００の対向面（ウエハ面）側に配置している。温度制御部材１１０は、例えば、セラミックヒータなどが考えられるが、プローブカード基板１００のウエハ側に取り付けるためには、厚みが薄いものが好ましく、ペルチェ素子（数ｍｍ）を金属板にて挟み込んだものを用いている。
【００２７】
図３の断面図に示すように、この第１の実施形態においては、２枚の熱伝導率の良好な円盤状の金属板１０１、１０２の間に、等間隔で８つのペルチェ素子からなる温度制御部材１１０を配置して、両金属板１０１、１０２で挟み込んで固定している。ペルチェ素子の利点は温度変化が早いことと電流の向きにより加熱、吸熱ができることがあげられる。
【００２８】
プローブカード基板１００の温度は、個々の温度制御部材１１０付近に温度検出素子１２０である熱電対をプローブカード基板１００の対向面側に取付けて検出する。温度検出素子１２０からの検出出力が温度制御装置１４０に与えられる。温度制御装置１４０は、各温度検出素子１２０からの出力に基づき、対応する個々の温度制御部材１１０に与える電流を制御する。
【００２９】
温度制御部材１１０のプローブカード基板１００への取り付けは、金属板１０２とプローブカード基板１００との間に不導体で構成される接着シート１０３を設けて両者を接着して行われる。プローブカード基板１００と金属板１０２の接面はプローブカード基板１００上のパターンと導通しないように不導体が用いられ、例えば、セラミックや試験温度範囲内で変形を起こさない樹脂（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）をシート状にしたものが用いられる。
【００３０】
プローブカード基板１００上の部品で基板面が均一でない場合は、この接着シート１０３の厚みや掘り込みを形成するなどの形状を工夫して対応すればよい。接着シート１０３の材質や厚みが増すと温度検出素子１２０へのプローブカード基板１００からの温度の伝達に差がでるため、プローブカード基板１００の温度と温度検出素子１２０が検知する温度との相関を予め算出しておき、その相関値に従い制御すればよい。
【００３１】
各温度検出素子１２０により、プローブカード基板１００の温度を検出し、その検出結果が温度制御装置１４０に与えられる。温度制御装置１４０は、プローブカード１００が歪や膨張を起こさないように、常温の範囲を超えた温度に対応する出力を行っている温度検出素子１２０に対応する温度制御部材１１０を駆動させて、プローブカード１００が常温（接触子１５０の位置調整の時の温度）になるように制御する。
【００３２】
この制御は、接触子１５０の位置調整の時の温度が、例えば２３℃であるとすると、２３℃を中心として２℃から３℃程度の幅を持たせて制御するように構成しても良い。例えば、２０℃より、プローブカード基板１００の度が低くなると、温度制御部材１１０を加熱し、プローブカード基板１００が２３℃になると温度制御部材１１０の駆動を停止するように制御する。逆に、プローブカード基板１００の温度が２５℃より高くなると、温度制御部材１１０を冷却し、プローブカード基板１００が２３℃になると温度制御部材１１０の駆動を停止するように制御する。このように制御することで、プローブカード１００の基板温度を、常温（２３℃）近傍に保つことができる。
【００３３】
上記のように、この発明の第１の実施形態においては、被測定物であるウエハ基板２とプローブカード基板１００との間に、温度制御部材１１０を取り付けることにより、ウエハ基板２からの熱を遮りながら、プローブカード基板１００が常温となるよう適切な温度を与えることができる。そして、プローブカード１００が常温に保たれることにより、プローブカード１００の基板の熱による歪や膨張がなくなり、接触子１５０は位置ずれを起こすことなく、ウエハ２のパッドと接触できる。また、プローブカード１００が試験温度になるまで待つ必要がないため、処理時間を短縮することができる。
【００３４】
ウエハ基板２はウエハ基板２を保持しているチャック台（ステージ）１から温度を印加されており、ウエハ基板２は、ここのチップをプローブカード基板１００に保持させた接触子１５０と接触させる必要があるため、チャック台１ごと移動しながらプローブカード基板１００の下を移動する。また、プローブカード基板１００の接触子１５０の針先に、被測定物の端子を削ったカス（アルミニウム（Ａｌ）など）が付着した際には、チャック台１とは別の位置に設けられた研磨台まで移動し、その位置で研磨を行う必要がある。研磨台は、温度コントロールされていない。このように、試験中に温度印加されている被測定物とプローブカード基板１００の位置関係は刻々と変わる。プローブカード基板１００と被測定物であるウエハ基板２が全面で重なり合うように、上下に数ｍｍ離れて配置されるときもあれば、プローブカード基板１００の面積の半分以上ずれて配置されていることもある。
【００３５】
この発明の第１実施形態においては、測定中に前述のように、ウエハ基板２とプローブカード基板１００が離れる時間が長くなり、プローブカード基板１００内で温度ばらつきが起こった場合においても歪がおきないように、複数の温度制御部材１１０を多数のブロックに分け、温度制御装置１４０が個々の温度制御部材１１０を制御することができるように構成している。
【００３６】
上記のように、いずれの場合もプローブカード基板１００を常温に保つことで、プローブカード基板１００上に実装する部品の温度特性を考慮する必要がなくなる。そして、従来は、プローブカード基板１００の素材や接触子１５０の固定用の材質も試験温度にあわせて変更する必要があった。しかし、この発明によれば、プローブカード基板１００が常温に保たれることにより、使用温度域は広いが加工が難しい材質などの考慮も不要となる。
【００３７】
次に、この発明の第２の実施形態につき、図５に従い説明する。図５は、この発明の第２の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す平面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにここでは、その説明を割愛する。
【００３８】
図５に示すように、第１の実施形態の温度制御部材１１０が矩形型に形成されているのに対して、この第２の実施形態においては、温度制御素子１１０ａが円形のプローブカード基板１００の平面形状に沿って、扇形形状に形成している。そして、扇形形状に形成した８個の温度制御部材１１０ａを等間隔にプローブカード基板１１０のウエハ基板２と対向する面に配置している。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３９】
このように扇形形状の温度制御部材１１０ａを用いることで、プローブカード基板１００のウエハ基板２との対向面側を大きく温度制御部材１１０ａで覆うことが可能となり、プローブカード１００の基板の温度制御ができる面積を拡大することができ、温度制御の応答性の向上が期待できる。
【００４０】
次に、この発明の第３の実施形態につき、図６に従い説明する。図６は、この発明の第３の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す模式的断面図である。なお、第１、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるために、ここでは、その説明を割愛する。
【００４１】
この第３の実施形態は、プローブカード１００の表裏の温度に差が生じた場合においても膨張、歪み等の発生を無くすために、プローブカード１００の対向面の裏面の温度を測定するための第２の温度検出素子１２５とこの第２の温度検出素子１２５の検出出力に応じて制御される第２の温度制御部材１１５を設けたものである。すなわち、プローブカード１００の対向面の裏面側の複数箇所に第２の温度検出素子１２５を取り付ける。そして、ヘッド１３０に設けた凹所１３０ａ内にペルチェ素子からなる第２の温度制御部材１１５を配置し、プローブカード１００の裏面側を加熱又は冷却できるように構成されている。尚、ウエハ基板２と対向するプローブカード基板１００には、第１の実施形態又は第２の実施形態で示す温度制御部材が配置されている。
【００４２】
温度制御装置１４０は、第１の検出素子１２０からの出力並びに第２の温度検出素子１２５からの出力を取り込み、プローブカード１００の表裏の基板温度が常温になるように温度制御部材１１０、１１５の駆動を制御する。プローブカード１００の表裏とともに常温になるように制御するように構成することで、基板が蓄熱され、表裏に温度差がでるような状態になっても表裏の温度制御部材１１０，１１５を効率よく制御することで、温度差を無くすように制御することができる。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、半導体装置のプロービング検査装置に適用でき、高温検査、低温検査を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１の実施に形態にかかる半導体検査装置の構成を示す模式図である。
【図２】この発明の第１の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】被測定物としてのウエハを示す模式的平面図である。
【００４６】
この発明の実施に形態にかかるである。
【図５】この発明の第２の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す平面図である。
【図６】この発明の第１の実施に形態にかかる半導体検査装置の温度制御部分の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  チャック台、２  ウエハ基板、１００  プローブ基板、１１０  温度制御部材、１２０  温度検出素子、１４０  温度制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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