JP3648699B2

JP3648699B2 - Wafer batch inspection apparatus and wafer batch inspection method

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Publication number: JP3648699B2
Application number: JP03436897A
Authority: JP
Inventors: 伸治飯野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2017-02-03
Also published as: JPH10223704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）とコンタクタとを一括して接触させてウエハの電気的特性検査を行うウエハの一括検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの電気的検査を行う検査装置として例えばプローブ装置が広く知られている。このプローブ装置は、一般に、ウエハを１枚ずつ搬送するウエハ搬送機構と、このウエハ搬送機構で搬送する間に例えばオリエンテーションフラットを基準にしてウエハのプリアライメントを行うサブチャックと、このサブチャック上でプリアライメントされたウエハを搬送機構を介して受け取るＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能なメインチャックと、このメインチャック上方に配置されたプローブカードと、このプローブカードとテスタとの電気的接続を図る接続リング及びテストヘッドと備えて構成されている。
【０００３】
そして、ウエハの電気的特性検査を行う場合に、図７に示すように、ウエハＷを載せたメインチャック１をＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動させてウエハの電極パッドとプローブカード２のプローブ針３との位置合わせを行った後、メインチャックをＺ方向に移動させてウエハの電極とプローブ針３とを電気的に接触させてウエハの電気的特性検査を行うようにしてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、ウエハが大口径化し、例えば１２インチウエハになると、従来の６インチあるいは８インチウエハと比較してメインチャック自体が大型化するばかりでなく、メインチャックのＸ、Ｙ方向の移動領域が格段に広くなり、検査装置が大型化するという課題があった。また、１２インチのウエハは６インチあるいは８インチのウエハと比較して１枚のウエハに形成されるチップの数が激増し、１チップ毎あるいは複数個のチップ毎にメインチャックを繰り返し移動させて電極パッドとプローブ針と接触させていたのではウエハの検査に多大に時間を要するという課題があった。また、ウエハ内の高低温条件の均熱化及び昇降温の迅速化が求められている。
【０００５】
尚、検査時間を短縮する技術として例えば特開昭６１−７８１３６号公報や特開昭６４−３９５５９号公報においてウエハの全ての電極パッドに対して一括して接触するプローブカードが提案されているが、各プローブカードを適用した一括接触させる検査装置については提案されていない。一方、例えば特開平３−１７１７４９号公報には一括して接触させるプローブカードを用いたバーイン用の試験装置が提案されているが、この検査装置の場合にはウエハを載せる載置台や、プローブカードを取り付けるステージ及びその駆動機構を有し、ウエハとプローブカードとを接触させる方式等は依然として従来の方式のままであり、装置の小型化という面では十分なものではない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体ウエハの全電極とコンタクタの全端子とを短時間で一括して接触させて検査時間を短縮すると共に、半導体ウエハの載置台を省略して装置の小型化を実現することができるウエハの一括検査装置及びウエハの一括検査方法を提供することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のウエハの一括検査装置は、リング状部材と、このリング状部材の内周縁に位置し且つ半導体ウエハの全ての電極に一括して電気的に接触する端子を有するコンタクタと、上記リング状部材上に設けられ且つ上記半導体ウエハを支持するリング状の弾性部材と、この弾性部材、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタで囲まれた空間内の圧力を減圧する排気手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載のウエハの一括検査装置は、半導体ウエハと対向するように設けられ且つ上記半導体ウエハの電極と接触する突起端子を有するコンタクタと、上記半導体ウエハと接触して上記半導体ウエハと上記コンタクタとの間を密閉空間として形成するリング状の弾性部材と、上記密閉空間と連通するように設けられ且つ上記密閉空間内の圧力を減圧して上記半導体ウエハの各電極と上記コンタクタの各突起端子とを電気的に接続させるための排気路とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載のウエハの一括検査装置は、半導体ウエハを吸着保持して搬送するアームと、このアームを介して半導体ウエハを搬出入する搬出入口を有し且つ密閉及び移動可能なチャンバーと、このチャンバーの下部に設けられたリング状の位置調整機構と、この位置調整機構によってＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能に保持され且つ上記半導体ウエハの全ての電極に一括して電気的に接触する突起端子を内面に有するコンタクタと、このコンタクタの外周に沿って上記位置調整機構上に設けられ且つ上記半導体ウエハを支持するリング状の弾性部材と、この弾性部材、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタで囲まれた空間内の圧力を減圧する排気手段と、この排気手段により減圧されて上記各電極と上記各突起端子とが一括接触した状態で上記コンタクタ外面の接続端子と電気的に導通するテストヘッドとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載のウエハの一括検査装置は、請求項３に記載の発明において、上記チャンバーは上記半導体ウエハを検査温度に調整するためのガスを給排するガス給排部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項５に記載のウエハの一括検査装置は、請求項３または請求項４に記載の発明において、上記位置調整機構は上記コンタクタをＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へそれぞれ独立して移動させる圧電素子を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項６に記載のウエハの一括検査装置は、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記テストヘッド上に接続リングを設け、この接続リングを介して上記コンタクタと上記テストヘッドとを電気的に接続することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項７に記載のウエハの一括検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記接続リングはマルチプレクサを内蔵することを特徴とするのである。
【００１２】
また、本発明の請求項８に記載のウエハの一括検査方法は、コンタクタ表面に半導体ウエハの多数の電極に対応して形成された各突起端子を上記半導体ウエハの各電極に一括して電気的に接触させて上記半導体ウエハの電気的特性検査を行う方法において、上記半導体ウエハをアームを介して保持した状態で上記コンタクタを下端部に有するチャンバー内に搬入し、上記半導体ウエハと上記コンタクタ間に弾性部材を介して密閉空間を作り、上記半導体ウエハの各電極と上記コンタクタの各突起端子を位置合わせした後、この密閉空間内の圧力を減圧することにより上記弾性部材を圧縮変形させて上記各電極と上記各突起端子とを接触させ、次いで、上記チャンバーをテストヘッド上へ移動させて上記コンタクタと上記テストヘッドとを導通可能にすることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態の検査装置１０は、例えば図１に示すように、表面全面に多数個のＩＣチップが形成されたウエハＷを真空吸着して搬送する多関節型の搬送ロボット（図示せず）のアーム１１と、このアーム１１がウエハＷを保持した状態で侵入できるチャンバー１２とを備えている。このチャンバー１２は、下端が開口し、上端が閉止したほぼ円筒状に形成され、しかも後述するテストヘッドに対して昇降可能になっている。そして、チャンバー１２の周壁の一部にはウエハＷをアーム１１を介して搬出入する搬出入口１２Ａが形成され、搬出入口１２Ａはゲートバルブ１２Ｂによって開閉可能になっている。このゲートバルブ１２Ｂは図１に示すようにアーム１１がチャンバー１２内に侵入した状態で搬出入口１２Ａを閉じ、チャンバー１２内の気密を保持できるようにしてある。また、チャンバー１２の上壁にはガス供給管が接続されたガス供給口１２Ｃと、ガス排出管が接続されたガス排出口１２Ｄが形成され、ガス供給口１２Ｃを介してウエハＷの温度を調節する冷却用または加熱用のガスをチャンバー１２内へ供給してチャンバー１２内の温度を制御し、冷却後あるいは加熱後のガスをガス排出口１２Ｄから排出するようにしてある。また、チャンバー１２の下端には径方向内方へ延びるフランジ１２Ｅが形成されている。
【００１４】
上記チャンバー１２のフランジ１２Ｅにはリング状に形成された後述の位置調整機構１３が設けられている。この位置調整機構１３の内周上端には例えばポリイミド系樹脂等の透明樹脂によって形成されメンブレンカードからなるコンタクタ１４が保持され、このコンタクタ１４によってチャンバー１２の下端開口を閉塞している。コンタクタ１４の内面にはウエハＷの全ＩＣチップに形成された例えば２〜３万個の電極パッドにそれぞれ対応する突起端子１４Ａ（図１では上向きの矢印で示してある）が形成され、その外面には各突起端子に対応した接続端子が２〜３万個形成されている。また、位置調整機構１３上面にはＯリング１５が設けられ、このＯリング１５上にアーム１１で搬入したウエハＷの表面を接触させて電極パッドを下向きに載置するようにしてある。従って、アーム１１がウエハＷを保持した状態でチャンバー１２内に侵入し、ウエハＷの表面をＯリング１５に接触させると、Ｏリング１５を介してコンタクタ１４とウエハＷの間に密閉空間（図１では斜線で示してある）１６を形成するようにしてある。
【００１５】
また、上記検査装置１０は、図1に示すように、コンタクタ１４の外面に形成された２〜３万個の接続端子とそれぞれ電気的に接触する同数の接続端子例えばポゴピン（図１では３個の矢印で示してある）１７Ａを上面に有する接続リング１７と、この接続リング１７の下面にポゴピン１７Ａより少ない接続端子とそれぞれ電気的に接触する接続端子例えばポゴピン（図１では３個の三角突起として示してある）１８Ａを上面に有するテストヘッド１８とを備えている。そして、接続リング１７及びテストヘッド１８はチャンバー１２の真下にこれと同軸状態で配置されている。このテストヘッド１８はピンエレクトロニクスを内蔵していることからコンタクタ１４の２〜３万個の接続端子に対して同時に接続をとることができないため(全電極パッドとの接続をとるためには極めて多くの電子部品が必要となり、それ故、テストヘッドが極めて大きく、しかも重量的にも極めて重くなって現実的でない)、テストヘッド１８のポゴピン１８Ａの本数は例えば接続リング１７のポゴピン１７Ａの本数の十分の一程度に過ぎない。そのため、接続リング１７内にはマルチプレクサが内蔵され、このマルチプレクサによりコンタクタ１４とテストヘッド１８との接続を逐次切り替えるようにしてある。従って、検査時には、チャンバー１２が下降してコンタクタ１４と接続リング１７とが電気的に接続され、テストヘッド１８を介してウエハＷと図示しないテスタとの間で測定用信号を遣取りするようにしてある。
【００１６】
また、図２に示すように位置調整機構１３の一部に排気路１９が形成され、この排気路１９の一端はＯリング１５の内側で開口し、他端がＯリング１５の外側で開口している。また、チャンバー１２の側壁には排気路１９の近傍に位置させた排気路１９Ａが形成され、これらの両排気路１９、１９Ａは例えばフレキシブル配管２０を介して連通している。更に、チャンバー１２を貫通する排気路１９Ａには図示しない配管を介して排気手段としての真空ポンプが接続され、真空ポンプにより密閉空間１６の圧力を減圧し、この時のＯリング１５の圧縮変形でウエハＷの全電極パッドとこれらに対応するコンタクタ１４の全突起端子とが一括して電気的に接触するようにしてある。
【００１７】
ところで、上記位置調整機構１３は、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、上下３段の第１、第２、第３リング１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと、第１、第２リング１３Ａ、１３Ｂ間、第２、第３リング１３Ｂ、１３Ｃ間及び第３リング１３Ｃ、フランジ１２Ｅ間にそれぞれ介装されたＸ方向、Ｙ方向、θ方向のガイドレール１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆと、これらのガイドレール１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆに従って上記各リング１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを僅かな距離だけ往復移動させる第１、第２、第３圧電素子１３Ｇ、１３Ｈ、１３Ｉとを備えている。即ち、第１リング１３Ａには第１圧電素子１３Ｇが固定され、この第１圧電素子１３Ｇに電圧が印加されると僅かな歪を生じ、この歪により第１リング１３ＡがＸ方向ガイドレール１３Ｄを介して例えば０．１〜０．２ｍｍ移動し、コンタクタ１４のＸ方向の位置調整を行うようにしてある。また、第２リング１３Ｂには第２圧電素子１３Ｈが固定され、この第２圧電素子１３Ｈを駆動源として第２リング１３ＢがＹ方向ガイドレール１３Ｅに従って０．１〜０．２ｍｍ移動してコンタクタ１４のＹ方向の位置調整を行い、第３リング１３Ｃには第３圧電素子１３Ｉが固定され、この第３圧電素子１３Ｉを駆動源として第３リング１３Ｃがθ方向ガイドレール１３Ｆに従って０．０３°程度正逆方向へ回転移動してコンタクタ１４のθ方向の位置調整を行うようにしてある。
【００１８】
更に、上記位置調整機構１３を用いてコンタクタ１４の突起端子１４ＡとウエハＷの電極パッドの位置合わせを行う時には例えば図４に示すようにＣＣＤカメラ等からなるアライメント機構２１が用いられる。このアライメント機構２１により透明なコンタクタ１４を通して突出端子１４ＡとウエハＷの電極パッドのＸ、Ｙ座標値を読み取り、両者間の位置ずれ量に基づいて位置調整機構１３の第１、第２、第３圧電素子１３Ｇ、１３Ｈ、１３Ｉに対する印加電圧を調節し、両者をアライメントを行うようにしてある。このアライメントは図４に示すようにチャンバー１２がテストヘッド１８の上方に離隔した位置で行うようにしてある。また、電極パッドＰに図５に示すように窪みＲが設けられたウエハＷであれば、位置調整機構を不要とするか、あるいはアライメント機構２１及び位置調整機構１３を用いた位置合わせが多少粗くてもコンタクタ１４の突出突起１４Ａが窪みＲに案内されて確実な位置合わせを行うことができる。
【００１９】
次に、上記検査装置１０を用いた本発明のウエハの一括検査方法の一実施態様について説明する。まず、アーム１１でウエハＷを真空吸着した後、アーム１１を伸ばしてチャンバー１２内にウエハＷを水平に搬入し、ウエハＷの中心とコンタクタ１４の中心が一致する位置でアーム１１が停止してウエハＷ、コンタクタ１４及び０リング１５とで密閉空間を作る。次いで、アーム１１が下がりウエハＷがＯリング１５と接触した位置で停止し、ゲートバルブ１２Ｂを閉じてチャンバー１２を密閉する。チャンバー１２を密閉した状態でチャンバー１２内に冷却用または加熱用のガスをガス供給口１２Ｃから供給すると共にガス排出口１２Ｄから冷却用または加熱用のガスを排出しながらウエハＷを所定の冷却温度または加熱温度に設定する。尚、アーム１１でウエハＷをチャンバー１２内に搬入する前に、ウエハＷの向きを予め設定しておく。
【００２０】
次いで、アライメント機構２１によってウエハＷの電極パッド及びこれに対応するコンタクタ１４の突出端子１４ＡのＸ、Ｙ座標を読み取り、両者間の位置ずれ量を図示しない中央演算処理装置により求め、この位置ずれ量に基づいて位置調整機構１３の第１、第２、第３圧電素子１３Ｇ、１３Ｈ、１３Ｉに電圧を印加し、コンタクタ１４がＸ、Ｙ、及びθ方向に移動してコンタクタ１４の突出端子１４ＡとウエハＷの対応する電極パッドとの位置合わせを行う。その後、図示しない真空ポンプが駆動すると、位置調整機構１３の排気路１９、フレキシブル配管２０及びチャンバー１２の排気路１９Ａを介して密閉空間１６内の空気が排気されて減圧状態になってＯリング１５が圧縮変形し、ウエハＷとコンタクタ１４が互いに接近し、ウエハＷの全電極パッドとコンタクタ１４の全突出端子１４Ａとが接触し両者間で導通可能になる。
【００２１】
次いで、チャンバー１２が下降し、コンタクタ１４の全接続端子と接続リング１７の全ポゴピン１７Ａとが接触し、接続リング１７及びテストヘッド１８を介して図示しないテスタとコンタクタ１４、ひいてはウエハＷとの間で導通可能な状態になる。この状態でテスタから測定用信号を送信すると、ウエハＷの電気的特性検査を行うことができる。測定用信号を送信する時には、接続リング１７のマルチプレクサによりウエハＷの検査領域毎に接続を複数回切り替えてウエハＷの電気的特性検査を行う。検査終了後、チャンバー１２が上昇して接続リング１７から切り離され、チャンバー１２が上昇端位置で停止すると、ゲートバルブ１２Ｂが開き、アーム１１がチャンバー１２内から退出しウエハＷを搬出する。その後、同様の手順で他のウエハＷについて検査を行う。
【００２２】
以上説明したように本実施形態によれば、アーム１１を介してチャンバー１２内にウエハＷを搬入し、このウエハＷとコンタクタ１４とがＯリング１５を介して接触した後、両者間の密閉空間１６内を減圧状態にすると、ウエハＷとコンタクタ１４とが一括して電気的に接触するため、検査時間を格段に短縮することができ、しかもウエハＷ用のメインチャックが不要になると共にメインチャックの水平移動領域が不要になり、装置本体の設置スペースを格段に削減することができる。
【００２３】
また、チャンバー１２にガス給排口１２Ｃ、１２Ｄを設け、冷却用ガスまたは加熱用ガスを連続的にチャンバー１２内へ供給してウエハＷを所定の温度に設定することができるため、低温から高温に至る広い温度範囲でウエハＷの検査を行うことができる。また、位置調整機構１３がコンタクタ１４をＸ、Ｙ及びθ方向へ微移動させる第１、第２、第３圧電素子１３Ｇ、１３Ｈ、１３Ｉを有するため、位置調整機構１３を格段にコンパクト化することができる。更に、テストヘッド１８上に接続リング１７を設け、この接続リング１７を介してコンタクタ１４とテストヘッド１８とを電気的に接続するようにしたため、テストヘッド１８の支持機構を削減することができ、装置を更にコンパクト化することができる。また、接続リング１７はマルチプレクサを内蔵するため、ウエハＷとコンタクタ１４とを一括して接触させてもウエハＷを確実に且つ正確に検査することができる。
【００２４】
図６は他の実施形態の検査装置を示す図である。本実施形態の検査装置は上記実施形態のものに準じて構成されているため、各構成要素には上記実施形態の場合と同一の符号を附し、本実施形態の特徴のみについて説明する。本実施形態の検査装置１０Ａは、同図に示すように、チャンバー１２が回転移動すると共に昇降移動するように構成され、しかも接続リング１７の高さが低く形成されている。更に、アライメント機構２１がチャンバー１２の側方に設けられ、同図に示すようにチャンバー１２を接続リング１７から切り離し、ほぼ垂直に立てた状態でウエハＷとコンタクタ１４とを位置合わせするようにしてある。このように接続リング１７は高さが低く上記実施形態のものと比較して配線が短いため、ウエハＷを高速で検査することができる。また、チャンバー１２の側方に設けたため、アライメント機構２１の支持構造を簡素化することができる。その他、本実施形態では上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００２５】
上記各実施形態では、マルチプレックスを内蔵した接続リング１７を用いた場合について説明したが、ウエハＷの各ＩＣチップがセルフチャック回路を備えたものであれば、検査用の電極パッド数を格段に削減することができ、接続リングにマルチプレックスを設けることなく、ポゴピンの本数をテストヘッドのポゴピンの本数に合わせることができ、接続リングを簡素化することができる。
【００２６】
尚、上記各実施形態ではコンタクタ１４を透明樹脂からなるメンブレンによって形成したものについて説明したが、メンブレンに代えて透明なガラス基板等の剛性の高いものを用いることができる。コンタクタをガラス基板等によって形成することにより今後ウエハの口径が大きく、その厚みが薄くなった場合に、ウエハとコンタクタ間を減圧すると、ウエハがコンタクタに変形してなじみ、それぞれの電極パッドと突出端子の接触を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、半導体ウエハの全電極とコンタクタの全端子とを短時間で一括して接触させて検査時間を短縮すると共に、半導体ウエハの載置台を省略して装置の小型化を実現することができるウエハの一括検査装置及びウエハの一括検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査装置の一実施形態のチャンバー部分を破断して示す全体の側面図である。
【図２】図１に示す検査装置の排気手段を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）はコンタクタ及び位置調整機構の関係を示す上からの平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図４】図１に示す検査装置におけるウエハとコンタクタとのアライメント動作を示す図１に相当する図である。
【図５】ウエハの電極パッドとコンタクタの突出端子とが接触した状態を拡大して示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す図１に相当する全体側面図である。
【図７】従来の検査装置のウエハとコンタクタ（プローブカード）とのアライメント動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ウエハの一括検査装置
１１アーム
１２チャンバー
１２Ａ搬出入口
１２Ｂゲートバルブ
１２Ｃガス供給口（ガス供給部）
１２Ｄガス排出口（ガス排出部）
１３位置調整機構
１３Ｇ第１圧電素子
１３Ｈ第２圧電素子
１３Ｉ第３圧電素子
１４コンタクタ
１４Ａ突出端子
１５Ｏリング（弾性部材）
１６密閉空間
１７接続リング
１７Ａポゴピン
１８Ａポゴピン
１８テストヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer batch inspection apparatus for performing electrical property inspection of a wafer by bringing a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) and a contactor into contact with each other.
[0002]
[Prior art]
For example, a probe apparatus is widely known as an inspection apparatus for performing an electrical inspection of a semiconductor wafer. In general, the probe apparatus includes a wafer transfer mechanism that transfers wafers one by one, a sub chuck that performs pre-alignment of a wafer with reference to, for example, an orientation flat while the wafer transfer mechanism transfers the wafer, and a sub chuck on the sub chuck. A main chuck that can move in the X, Y, Z, and θ directions for receiving a pre-aligned wafer via a transfer mechanism, a probe card disposed above the main chuck, and an electrical connection between the probe card and a tester And a connecting ring and a test head.
[0003]
When the electrical characteristics inspection of the wafer is performed, the main chuck 1 on which the wafer W is mounted is moved in the X, Y, Z and θ directions as shown in FIG. After the alignment with the probe needle 3, the main chuck is moved in the Z direction, and the wafer electrode and the probe needle 3 are brought into electrical contact to inspect the electrical characteristics of the wafer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, recently, when the diameter of the wafer becomes larger, for example, a 12-inch wafer, not only the main chuck itself becomes larger than the conventional 6-inch or 8-inch wafer, but also the movement area of the main chuck in the X and Y directions. However, there has been a problem that the inspection apparatus is increased in size. In addition, the number of chips formed on one wafer is greatly increased in a 12-inch wafer as compared with a 6-inch or 8-inch wafer, and the main chuck is repeatedly moved for each chip or a plurality of chips. If the electrode pad and the probe needle are in contact with each other, there is a problem that it takes much time to inspect the wafer. Further, there is a demand for equalizing the temperature in the wafer at high and low temperatures and speeding up and down the temperature.
[0005]
As a technique for shortening the inspection time, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-78136 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-39559 propose a probe card that collectively contacts all electrode pads of a wafer. In addition, no inspection device that makes contact with each probe card is proposed. On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-171749 proposes a burn-in test apparatus using a probe card which is brought into contact in a lump. However, in the case of this inspection apparatus, a mounting table on which a wafer is placed, a probe card The method of contacting the wafer and the probe card, etc., is still a conventional method, and is not sufficient in terms of downsizing the apparatus.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and reduces the inspection time by bringing all the electrodes of the semiconductor wafer into contact with all the terminals of the contactor in a short time, and also provides a mounting table for the semiconductor wafer. It is possible to provide a wafer collective inspection apparatus and a wafer collective inspection method which can be omitted to realize downsizing of the apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A wafer batch inspection apparatus according to claim 1 of the present invention has a ring-shaped member and a terminal located on the inner peripheral edge of the ring-shaped member and collectively in contact with all the electrodes of the semiconductor wafer. A contactor; a ring-shaped elastic member provided on the ring-shaped member and supporting the semiconductor wafer; and an exhaust means for reducing pressure in a space surrounded by the elastic member, the semiconductor wafer and the contactor. It is characterized by having.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a batch inspection apparatus for a wafer, wherein the contactor is provided so as to face the semiconductor wafer and has a projecting terminal contacting the electrode of the semiconductor wafer; A ring-shaped elastic member that forms a sealed space between the semiconductor wafer and the contactor; and a pressure that is provided in communication with the sealed space and that reduces the pressure in the sealed space; An exhaust passage for electrically connecting the projecting terminals of the contactor is provided.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a batch inspection apparatus for wafers, comprising: an arm for sucking and holding a semiconductor wafer; and a loading / unloading port for loading and unloading a semiconductor wafer via the arm; A possible chamber, a ring-shaped position adjusting mechanism provided in the lower part of the chamber, and held by the position adjusting mechanism so as to be movable in the X, Y, Z and θ directions, and all the electrodes of the semiconductor wafer are collectively A contactor having a protruding terminal that is in electrical contact with the inner surface, a ring-shaped elastic member that is provided on the position adjusting mechanism along the outer periphery of the contactor and supports the semiconductor wafer, the elastic member, An evacuation unit for reducing the pressure in the space surrounded by the semiconductor wafer and the contactor, and the evacuation unit reduces the pressure so that the electrodes and the protruding terminals are integrated. It is characterized in that a test head for connection terminal electrically connected to the contactor exterior surface in contact state.
[0008]
Also, collective inspection device wafer according to claim 4 of the present invention is the invention according to claim 3, said chamber gas inlet to supply and discharge the gas to adjust the semiconductor wafer to the inspection temperature discharge portion It is characterized by having.
[0009]
The wafer batch inspection apparatus according to claim 5 of the present invention is the wafer inspection apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the position adjustment mechanism is configured so that the contactor is independent in the X, Y, Z, and θ directions. And a piezoelectric element to be moved.
[0010]
A wafer batch inspection apparatus according to claim 6 of the present invention is the wafer inspection apparatus according to any one of claims 3 to 5 , wherein a connection ring is provided on the test head. The contactor and the test head are electrically connected via each other.
[0011]
According to claim 7 of the present invention, in the wafer batch inspection apparatus according to claim 6 , the connection ring includes a multiplexer.
[0012]
In the wafer batch inspection method according to claim 8 of the present invention, the protruding terminals formed on the contactor surface corresponding to a number of electrodes of the semiconductor wafer are collectively and electrically connected to the electrodes of the semiconductor wafer. In the method of inspecting the electrical characteristics of the semiconductor wafer in contact with the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is carried into a chamber having a lower end portion while the semiconductor wafer is held via an arm, and the semiconductor wafer is placed between the semiconductor wafer and the contactor . A sealed space is formed through the elastic member, and after aligning each electrode of the semiconductor wafer and each protruding terminal of the contactor, the elastic member is compressed and deformed by reducing the pressure in the sealed space, thereby contacting the electrode and the respective projections terminals, then conduction between said contactor and the test head by moving the chamber onto the test head It is characterized in that the ability.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, for example, the inspection apparatus 10 of the present embodiment is an articulated transfer robot (not shown) that transfers a wafer W having a large number of IC chips formed on the entire surface by vacuum suction. An arm 11 and a chamber 12 into which the arm 11 can enter while holding the wafer W are provided. The chamber 12 is formed in a substantially cylindrical shape having an open lower end and a closed upper end, and is movable up and down with respect to a test head described later. A part of the peripheral wall of the chamber 12 is formed with a carry-in / out opening 12A for carrying the wafer W in / out via the arm 11, and the carry-in / out opening 12A can be opened and closed by a gate valve 12B. As shown in FIG. 1, the gate valve 12B closes the carry-in / out port 12A in a state in which the arm 11 has entered the chamber 12, so that the airtightness in the chamber 12 can be maintained. Further, a gas supply port 12C to which a gas supply pipe is connected and a gas discharge port 12D to which a gas discharge pipe is connected are formed on the upper wall of the chamber 12, and the temperature of the wafer W is adjusted via the gas supply port 12C. A cooling or heating gas to be supplied is supplied into the chamber 12 to control the temperature in the chamber 12, and the cooled or heated gas is discharged from the gas discharge port 12D. A flange 12E extending inward in the radial direction is formed at the lower end of the chamber 12.
[0014]
The flange 12E of the chamber 12 is provided with a position adjusting mechanism 13 described later formed in a ring shape. A contactor 14 made of a transparent resin such as polyimide resin is held at the upper end of the inner periphery of the position adjusting mechanism 13 and made of a membrane card. The lower end opening of the chamber 12 is closed by the contactor 14. Protruding terminals 14A (indicated by upward arrows in FIG. 1) corresponding to, for example, 20,000 to 30,000 electrode pads formed on all IC chips of the wafer W are formed on the inner surface of the contactor 14, and the outer surface thereof. Are formed with 20,000 to 30,000 connection terminals corresponding to the protruding terminals. Further, an O-ring 15 is provided on the upper surface of the position adjusting mechanism 13, and the surface of the wafer W loaded by the arm 11 is brought into contact with the O-ring 15 to place the electrode pad downward. Therefore, when the arm 11 enters the chamber 12 while holding the wafer W and the surface of the wafer W is brought into contact with the O-ring 15, a sealed space (see FIG. 16 (shown by diagonal lines in FIG. 1).
[0015]
Further, as shown in FIG. 1, the inspection apparatus 10 has the same number of connection terminals that are in electrical contact with 20,000 to 30,000 connection terminals formed on the outer surface of the contactor 14, for example, pogo pins (three in FIG. 1). A connection ring 17 having an upper surface 17A (shown by an arrow), and a connection terminal, such as a pogo pin (three triangular protrusions in FIG. And a test head 18 having an upper surface 18A. The connecting ring 17 and the test head 18 are arranged coaxially with the connecting ring 17 and the test head 18 just below the chamber 12. Since this test head 18 incorporates pin electronics, it cannot simultaneously connect to 20,000 to 30,000 connection terminals of the contactor 14 (very many for connection with all electrode pads). Therefore, the number of pogo pins 18A of the test head 18 is sufficiently large, for example, the number of pogo pins 17A of the connection ring 17. It is only about one. Therefore, a multiplexer is built in the connection ring 17, and the connection between the contactor 14 and the test head 18 is sequentially switched by this multiplexer. Accordingly, at the time of inspection, the chamber 12 is lowered, the contactor 14 and the connection ring 17 are electrically connected, and a measurement signal is exchanged between the wafer W and a tester (not shown) via the test head 18. It is.
[0016]
As shown in FIG. 2, an exhaust passage 19 is formed in a part of the position adjusting mechanism 13, and one end of the exhaust passage 19 opens inside the O-ring 15 and the other end opens outside the O-ring 15. ing. Further, an exhaust passage 19A located in the vicinity of the exhaust passage 19 is formed on the side wall of the chamber 12, and both the exhaust passages 19 and 19A communicate with each other through, for example, a flexible pipe 20. Further, a vacuum pump as an exhaust means is connected to the exhaust passage 19A penetrating the chamber 12 through a pipe (not shown), and the pressure of the sealed space 16 is reduced by the vacuum pump, and the O-ring 15 is compressed and deformed at this time. All the electrode pads of the wafer W and all the projecting terminals of the contactors 14 corresponding thereto are collectively brought into electrical contact.
[0017]
By the way, as shown in FIGS. 3A and 3B, the position adjusting mechanism 13 includes first, second, and third rings 13A, 13B, and 13C in three stages, and first and second rings. 13A, 13B, between the second and third rings 13B, 13C, and between the third ring 13C, flange 12E, respectively , guide rails 13D, 13E, 13F in the X direction, Y direction, θ direction, and these First, second, and third piezoelectric elements 13G, 13H, and 13I that reciprocate the rings 13A, 13B, and 13C by a small distance according to the guide rails 13D, 13E, and 13F are provided. That is, the first ring 13A is fixed first piezoelectric element 13 G, when a voltage is applied to the first piezoelectric element 13 G caused a slight distortion, the first ring 13A is X-direction guide rails by the distortion For example, the contactor 14 is moved by 0.1 to 0.2 mm through 13D to adjust the position of the contactor 14 in the X direction. The second piezoelectric element 13H is fixed to the second ring 13B, and the second ring 13B is moved by 0.1 to 0.2 mm along the Y-direction guide rail 13E using the second piezoelectric element 13H as a driving source. performs alignment in the Y direction, the third ring 13C third piezoelectric element 13I is fixed, 0.03 ° according to the third third ring 13 C is θ direction guide rails 13F piezoelectric element 13I as a drive source The position of the contactor 14 in the θ direction is adjusted by rotating in the forward and reverse directions.
[0018]
Furthermore, when the position adjusting mechanism 13 is used to align the protruding terminals 14A of the contactor 14 and the electrode pads of the wafer W, for example, an alignment mechanism 21 comprising a CCD camera or the like is used as shown in FIG. The alignment mechanism 21 reads the X and Y coordinate values of the protruding terminal 14A and the electrode pad of the wafer W through the transparent contactor 14, and the first, second, and third of the position adjusting mechanism 13 based on the amount of displacement between them. The voltage applied to the piezoelectric elements 13G, 13H, and 13I is adjusted, and the two are aligned. This alignment is performed at a position where the chamber 12 is spaced above the test head 18 as shown in FIG. Further, if the wafer W is provided with the recess R as shown in FIG. 5 in the electrode pad P, the position adjustment mechanism is not required, or the alignment using the alignment mechanism 21 and the position adjustment mechanism 13 is somewhat rough. Even in this case, the protrusion 14A of the contactor 14 is guided by the recess R so that reliable alignment can be performed.
[0019]
Next, an embodiment of the wafer batch inspection method of the present invention using the inspection apparatus 10 will be described. First, after the wafer 11 is vacuum-sucked by the arm 11, the arm 11 is extended and the wafer W is horizontally loaded into the chamber 12, and the arm 11 stops at a position where the center of the wafer W and the center of the contactor 14 coincide. A sealed space is created by the wafer W, the contactor 14 and the O-ring 15. Next, the arm 11 is lowered and stopped at a position where the wafer W comes into contact with the O-ring 15, the gate valve 12 </ b> B is closed, and the chamber 12 is sealed. With the chamber 12 sealed, a cooling or heating gas is supplied into the chamber 12 from the gas supply port 12C, and the wafer W is discharged at a predetermined cooling temperature while discharging the cooling or heating gas from the gas discharge port 12D. Or set to heating temperature. Note that the direction of the wafer W is set in advance before the wafer 11 is carried into the chamber 12 by the arm 11.
[0020]
Next, the X and Y coordinates of the electrode pad of the wafer W and the corresponding projecting terminal 14A of the contactor 14 are read by the alignment mechanism 21, and the amount of misalignment between them is obtained by a central processing unit (not shown). Is applied to the first, second, and third piezoelectric elements 13G, 13H, and 13I of the position adjusting mechanism 13, and the contactor 14 moves in the X, Y, and θ directions to move the protruding terminal 14A of the contactor 14 The wafer W is aligned with the corresponding electrode pad. Thereafter, when a vacuum pump (not shown) is driven, the air in the sealed space 16 is exhausted through the exhaust path 19 of the position adjusting mechanism 13, the flexible pipe 20, and the exhaust path 19 </ b> A of the chamber 12, and the pressure is reduced. As a result, the wafer W and the contactor 14 come close to each other, and all the electrode pads of the wafer W and all the projecting terminals 14A of the contactor 14 come into contact with each other so that they can be electrically connected.
[0021]
Next, the chamber 12 is lowered, and all the connection terminals of the contactor 14 and all the pogo pins 17A of the connection ring 17 come into contact with each other, and the tester and the contactor 14 (not shown) are connected between the connection ring 17 and the test head 18. It becomes possible to conduct. If a measurement signal is transmitted from the tester in this state, the electrical characteristics of the wafer W can be inspected. When transmitting the measurement signal, the multiplexer of the connection ring 17 switches the connection multiple times for each inspection region of the wafer W to inspect the electrical characteristics of the wafer W. After completion of the inspection, the chamber 12 is raised and disconnected from the connection ring 17, and when the chamber 12 stops at the rising end position, the gate valve 12B is opened, the arm 11 exits from the chamber 12 and carries the wafer W. Thereafter, another wafer W is inspected in the same procedure.
[0022]
As described above, according to the present embodiment, the wafer W is loaded into the chamber 12 via the arm 11, and the wafer W and the contactor 14 come into contact via the O-ring 15, and then the sealed space between the two. When the pressure in the chamber 16 is reduced, the wafer W and the contactor 14 are brought into electrical contact at a time, so that the inspection time can be remarkably shortened, and the main chuck for the wafer W becomes unnecessary and the main chuck This eliminates the need for a horizontal movement area, and can greatly reduce the installation space for the apparatus main body.
[0023]
Further, the chamber 12 is provided with gas supply / discharge ports 12C and 12D, and the wafer W can be set to a predetermined temperature by continuously supplying the cooling gas or the heating gas into the chamber 12, so that the temperature can be increased from low to high. The wafer W can be inspected over a wide temperature range. In addition, since the position adjustment mechanism 13 includes the first, second, and third piezoelectric elements 13G, 13H, and 13I that slightly move the contactor 14 in the X, Y, and θ directions, the position adjustment mechanism 13 can be made extremely compact. Can do. Furthermore, since the connection ring 17 is provided on the test head 18 and the contactor 14 and the test head 18 are electrically connected via the connection ring 17, the support mechanism of the test head 18 can be reduced. The apparatus can be further downsized. Further, since the connection ring 17 includes a multiplexer, the wafer W can be reliably and accurately inspected even when the wafer W and the contactor 14 are brought into contact with each other.
[0024]
FIG. 6 is a diagram showing an inspection apparatus according to another embodiment. Since the inspection apparatus of the present embodiment is configured according to the above-described embodiment, the same reference numerals as those in the above-described embodiment are attached to the respective components, and only the features of the present embodiment will be described. As shown in the figure, the inspection apparatus 10A of this embodiment is configured such that the chamber 12 rotates and moves up and down, and the height of the connection ring 17 is low. Further, an alignment mechanism 21 is provided on the side of the chamber 12 so that the chamber 12 is separated from the connection ring 17 as shown in the figure, and the wafer W and the contactor 14 are aligned in a state where the alignment mechanism 21 stands substantially vertically. is there. As described above, since the connection ring 17 is low in height and shorter in wiring than the above-described embodiment, the wafer W can be inspected at a high speed. Moreover, since it provided in the side of the chamber 12, the support structure of the alignment mechanism 21 can be simplified. In addition, in this embodiment, the same effect as the said embodiment can be expected.
[0025]
In each of the above-described embodiments, the case where the connection ring 17 incorporating the multiplex has been described. However, if each IC chip of the wafer W includes a self-chuck circuit, the number of electrode pads for inspection is remarkably increased. The number of pogo pins can be matched to the number of pogo pins of the test head without providing a multiplex on the connection ring, and the connection ring can be simplified.
[0026]
In each of the above embodiments, the contactor 14 is formed of a transparent resin membrane. However, a highly rigid material such as a transparent glass substrate can be used instead of the membrane. When the contactor is formed of a glass substrate, etc., when the diameter of the wafer is increased and the thickness is reduced in the future, if the pressure between the wafer and the contactor is reduced, the wafer deforms and becomes familiar, and each electrode pad and protruding terminal Can be contacted.
[0027]
【The invention's effect】
According to the first to eighth aspects of the present invention, all the electrodes of the semiconductor wafer and all the terminals of the contactor are brought into contact with each other in a short time to shorten the inspection time, and the mounting of the semiconductor wafer. It is possible to provide a wafer batch inspection apparatus and a wafer batch inspection method capable of reducing the size of the apparatus by omitting the mounting table .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall side view showing a chamber portion of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention in a cutaway manner.
2 is an enlarged cross-sectional view showing an exhaust means of the inspection apparatus shown in FIG. 1. FIG.
3A is a plan view from above showing the relationship between the contactor and the position adjusting mechanism, and FIG. 3B is a side view thereof.
4 is a view corresponding to FIG. 1 showing an alignment operation between a wafer and a contactor in the inspection apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 5 is an enlarged schematic view showing a state where an electrode pad of a wafer and a protruding terminal of a contactor are in contact with each other.
6 is an overall side view corresponding to FIG. 1 and showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining an alignment operation between a wafer and a contactor (probe card) in a conventional inspection apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wafer batch inspection apparatus 11 Arm 12 Chamber 12A Unloading / inlet port 12B Gate valve 12C Gas supply port (gas supply part)
12D gas outlet (gas outlet)
13 Position adjustment mechanism 13G 1st piezoelectric element 13H 2nd piezoelectric element 13I 3rd piezoelectric element 14 Contactor 14A Projection terminal 15 O-ring (elastic member)
16 Sealed space 17 Connection ring 17A Pogo pin 18A Pogo pin 18 Test head

Claims

リング状部材と、このリング状部材の内周縁に位置し且つ半導体ウエハの全ての電極に一括して電気的に接触する端子を有するコンタクタと、上記リング状部材上に設けられ且つ上記半導体ウエハを支持するリング状の弾性部材と、この弾性部材、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタで囲まれた空間内の圧力を減圧する排気手段とを備えたことを特徴とするウエハの一括検査装置。A ring-shaped member, a contactor located on the inner peripheral edge of the ring-shaped member and having terminals that are in electrical contact with all the electrodes of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer provided on the ring-shaped member and A wafer batch inspection apparatus comprising: a ring-shaped elastic member to be supported; and an exhaust means for reducing pressure in a space surrounded by the elastic member, the semiconductor wafer, and the contactor.

半導体ウエハと対向するように設けられ且つ上記半導体ウエハの電極と接触する突起端子を有するコンタクタと、上記半導体ウエハと接触して上記半導体ウエハと上記コンタクタとの間を密閉空間として形成するリング状の弾性部材と、上記密閉空間と連通するように設けられ且つ上記密閉空間内の圧力を減圧して上記半導体ウエハの各電極と上記コンタクタの各突起端子とを電気的に接続させるための排気路とを備えたことを特徴とするウエハの一括検査装置。A contactor provided to face the semiconductor wafer and having a projecting terminal that contacts the electrode of the semiconductor wafer, and a ring-like shape that forms a sealed space between the semiconductor wafer and the contactor in contact with the semiconductor wafer An elastic member and an exhaust path provided so as to communicate with the sealed space and electrically connecting the electrodes of the semiconductor wafer and the projecting terminals of the contactor by reducing the pressure in the sealed space A wafer batch inspection apparatus comprising:

半導体ウエハを吸着保持して搬送するアームと、このアームを介して半導体ウエハを搬出入する搬出入口を有し且つ密閉及び移動可能なチャンバーと、このチャンバーの下部に設けられたリング状の位置調整機構と、この位置調整機構によってＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能に保持され且つ上記半導体ウエハの全ての電極に一括して電気的に接触する突起端子を内面に有するコンタクタと、このコンタクタの外周に沿って上記位置調整機構上に設けられ且つ上記半導体ウエハを支持するリング状の弾性部材と、この弾性部材、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタで囲まれた空間内の圧力を減圧する排気手段と、この排気手段により減圧されて上記各電極と上記各突起端子とが一括接触した状態で上記コンタクタ外面の接続端子と電気的に導通するテストヘッドとを備えたことを特徴とするウエハの一括検査装置。 An arm for attracting and holding a semiconductor wafer and carrying it, a chamber having a loading / unloading port for loading and unloading the semiconductor wafer via this arm, and a sealable and movable chamber, and a ring-shaped position adjustment provided at the bottom of the chamber A contactor having a protruding terminal on the inner surface that is held in a movable manner in the X, Y, Z, and θ directions by the position adjusting mechanism and that is in electrical contact with all the electrodes of the semiconductor wafer. A ring-shaped elastic member that is provided on the position adjusting mechanism along the outer periphery of the ring and supports the semiconductor wafer, and an exhaust means for reducing the pressure in the space surrounded by the elastic member, the semiconductor wafer, and the contactor And the connection terminals on the outer surface of the contactor in a state where the respective electrodes and the respective protruding terminals are collectively in contact with each other by being depressurized by the exhaust means. Bulk inspection device wafer being characterized in that a test head for passing.

上記チャンバーは上記半導体ウエハを検査温度に調整するためのガスを給排するガス給排部を有することを特徴とする請求項３に記載のウエハの一括検査装置。4. The wafer batch inspection apparatus according to claim 3, wherein the chamber has a gas supply / discharge section for supplying and discharging a gas for adjusting the semiconductor wafer to an inspection temperature.

上記位置調整機構は上記コンタクタをＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へそれぞれ独立して移動させる圧電素子を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のウエハの一括検査装置。5. The wafer batch inspection apparatus according to claim 3, wherein the position adjustment mechanism includes a piezoelectric element that moves the contactor in the X, Y, Z, and θ directions independently.

上記テストヘッド上に接続リングを設け、この接続リングを介して上記コンタクタと上記テストヘッドとを電気的に接続することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のウエハの一括検査装置。6. The wafer according to claim 3 , wherein a connection ring is provided on the test head, and the contactor and the test head are electrically connected via the connection ring. Batch inspection equipment.

上記接続リングはマルチプレクサを内蔵することを特徴とする請求項６に記載のウエハの一括検査装置。7. The wafer batch inspection apparatus according to claim 6 , wherein the connection ring includes a multiplexer.

コンタクタ表面に半導体ウエハの多数の電極に対応して形成された各突起端子を上記半導体ウエハの各電極に一括して電気的に接触させて上記半導体ウエハの電気的特性検査を行う方法において、上記半導体ウエハをアームを介して保持した状態で上記コンタクタを下端部に有するチャンバー内に搬入し、上記半導体ウエハと上記コンタクタ間に弾性部材を介して密閉空間を作り、上記半導体ウエハの各電極と上記コンタクタの各突起端子を位置合わせした後、上記密閉空間内の圧力を減圧することにより上記弾性部材を圧縮変形させて上記各電極と上記各突起端子とを接触させ、次いで、上記チャンバーをテストヘッド上へ移動させて上記コンタクタと上記テストヘッドとを導通可能にすることを特徴とするウエハの一括検査方法。In the method for inspecting the electrical characteristics of the semiconductor wafer by bringing each protruding terminal formed on the contactor surface corresponding to a number of electrodes of the semiconductor wafer into electrical contact with the electrodes of the semiconductor wafer at once. is loaded into the chamber with a semiconductor wafer to a lower end of said contactor while holding through the arm, making the sealed space via an elastic member between said semiconductor wafer and the contactor, the electrode and the above semiconductor wafer After aligning each protruding terminal of the contactor , the pressure in the sealed space is reduced to compress and deform the elastic member to bring the electrodes and the protruding terminals into contact with each other. bulk inspection method features and to roux Fine that is moved upward to allow conduction between the contactor and the test head.