JP5018353B2 - プローバ - Google Patents

Description

本発明は、被検査基板に形成された回路の電極パッドにプローブカードのプローブを接触させ、低温下において前記回路の電気的特性を検査するプローバに関する。

半導体デバイスの製造工程においては、集積回路チップの完成後に種々の電気的特性の検査を行うことにより、ウエハの状態で個々の集積回路チップの良否が判定される。このような検査は、半導体ウエハ（以下ウエハという）を載置台に載置し、プローブカードの例えばプローブ針とウエハとの位置合わせを行った後、載置台を上昇させてウエハ上の集積回路チップの電極パッドとプローブ針とを順次接触させるあるいは一括して接触させることにより行われる。また最近では集積回路が完成する前の段階でそれまでの回路部分の良否を判定するためにこのようなプロービングも行われている。

一方集積回路チップは種々の環境で使用されることから、その環境においても正常に動作することを保証するために、かなり広い温度範囲で検査が行われ、冷却側では、例えば−２００℃程度もの極低温に基板を冷却する場合もある。このため載置台に冷媒を流して当該載置台を冷却する必要がある。また載置台及びウエハが冷却されていると、検査雰囲気中の水分が結露してウエハの表面に水滴が付くかあるいは氷が付くなどして検査に悪影響を及ぼすことから、検査雰囲気は例えば常温の乾燥雰囲気とすることが必要である。

そこで特許文献１には、図３に示すシステムが記載されている。図３中１は半導体ウエハの検査を行うための容器、２は冷却設備である。このシステムでは乾燥空気を冷却設備２内の熱交換器２１を通して冷却部品２２の冷媒との間で熱交換し、ここで例えば−２０℃まで冷却された乾燥気体をラインｒ１により前記容器１内の載置台１１に供給しこの中を通すことにより当該載置台１１を冷却する。そして載置台１１から排出された乾燥気体を、ラインｒ２により冷却設備２に一旦戻して分流し、一部を前記熱交換器２１内に通すと共に他の一部を加熱手段２３により加熱し、これらを合流させる。こうして常温にされた乾燥気体をラインｒ３により容器１内の流出部１２に送り、ウエハへの結露を防止している。

このシステムは、載置台１１を冷却する流体として乾燥空気を用い、載置台１１から排出された後に常温に戻した乾燥空気を検査雰囲気に供給しているため、乾燥空気の消費量が少なくて済むという利点がある。更に載置台１１から排出された冷たい空気の冷熱を熱交換器２１を介してラインｒ１の乾燥空気の冷却に利用できる利点もある。

しかしながら冷却設備２から冷却した乾燥ガスを容器１側に送るラインｒ１と、容器１から冷却設備２側に乾燥ガスを戻すラインｒ２と、冷却設備２にて常温に戻された乾燥ガスを容器１側に送るラインｒ３との３本の配管が必要になる。半導体製造工場では、このような検査装置がクリーンルーム内に多数台配置されると共に、通常クリーンルームから仕切られた用力設備収納室内に設けられた用力設備と各検査装置との間に配管、電源ケーブル及び信号ケーブルなどの用力線が引き回されている。

一方クリーンルーム内には検査装置や大型部品であるテスタが配置されているが、クリーンルームの単位面積当たりの運転単価が極めて高価であることから、スペースが極力抑えられた環境にある。このためメンテナンスの作業性などの観点から検査装置１台に接続される用力線についてはなるべく少なくすることが得策である。また上述の乾燥空気の配管については、かなり低温の気体が流れることからその外周には結露防止のために断熱層が設けられており、こうした配管について長い距離を多数引き回す作業も面倒である。

特表２００５−５２８７８１号公報（段落００４７、図３）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プローバの運転に伴う冷却のためのエネルギー消費量を抑え、かつ配管数を低減することのできるプローバを提供することにある。

本発明は、筐体内に設けられた載置台に被検査基板を載せ、この載置台を介して前記被検査基板を冷却しながら、前記筐体内にて当該被検査基板に形成された回路の電極パッドにプローブカードのプローブを接触させて前記回路の電気的特性を検査するプローバにおいて、
前記載置台に設けられ、当該載置台を冷却するための冷却用気体を通流させるための通流路と、
乾燥気体供給源からの乾燥気体を取り込み、熱交換を行って冷却設備に供給するための熱交換器と、
前記冷却設備にて冷却された前記乾燥気体を冷却用気体として前記通流路に供給するための気体供給ポートと、
前記通流路からの乾燥気体を前記熱交換器を通って排出するための気体排出路と、
前記気体排出路を流れる乾燥気体を加熱する加熱手段と、
前記熱交換器における熱交換と前記加熱手段による加熱とにより昇温された乾燥気体を結露防止のために検査雰囲気に供給する気体供給部と、を備え、
前記熱交換器は前記気体排出路内を流れる乾燥気体と前記乾燥気体供給源から供給される乾燥気体との間で熱交換を行うためのものであることを特徴とする。

上述したプローバにおいて、前記熱交換器及び加熱手段は、例えば前記筐体内において、前記載置台が置かれ、基板を検査するための検査領域とは仕切り板により仕切られた雰囲気に配置されている。この場合前記熱交換器及び加熱手段は、前記検査領域の下方に設置するようにしてもよい。
また前記熱交換器及び加熱手段は、上流側からこの順に設けられていることが好ましい。

本発明は、プローバに熱交換器を持たせ、プローバの載置台を冷却するために当該載置台内を通流させた冷却用気体と、冷却設備に導かれる乾燥気体とを前記熱交換器により熱交換している。このため前記冷却用気体を例えば室温まで昇温させて結露防止のための雰囲気気体として用いるにあたり、その昇温のためのエネルギーを、冷却設備に導かれる乾燥気体から受け取り、またこれにより当該乾燥気体が冷却されるので、冷却、加熱のための消費エネルギーを削減することができる。そしてプローバに熱交換器を持たせていることから、当該熱交換器を冷却設備に設ける場合に比べて、載置台から熱交換器への配管と熱交換器からプローバまでの配管との引き回しを行わなくてよいので、冷却設備とプローバとの間の配管数を低減できる。

本発明のプローバの実施の形態を適用した基板検査システムについて図１を参照しながら説明する。図１に示すようこの基板検査システムは、プローバ３と冷却設備４とからなる。前記プローバ３は、装置の外装部をなす筐体３０を備えており、この筐体３０内の雰囲気は水平な仕切り板３１によって検査領域３２と用力系収納領域３３とに上下に分割されている。

前記筐体３０の検査領域３２には被検査基板であるウエハＷを載置するための載置台５０が設けられている。この載置台５０はＺ移動部５１に対してＺ軸回りに回転自在（θ方向に移動自在）に設けられ、Ｚ移動部５１はＸステージ５２に対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられている。またＸステージ５２はＹステージ５３上のＸ方向（図１中左右方向）に伸びるガイドレールに沿って移動できるように構成され、Ｙステージ５３は仕切り板３１上のＹ方向に伸びるガイドレールに沿って移動できるように構成されている。従って載置台５０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及びθ方向に移動できることになる。

また前記Ｚ移動部５１の側面には後述するプローブ針８１を撮像するための視野が上向きの第１のカメラ５６が固定板５５を介して設けられている。
前記筐体３０の上面部には、複数のプローブ針８１が垂直に装着されたプローブカード８０が水平に取り付けられている。前記プローブカード８０の上面側には、各プローブ針８１に電気的に接続する電極群が形成されており、この電極群と図示しないテストヘッドとの間で信号の授受を行うことにより、前記ウエハＷに形成された回路の電気的特性を検査するように構成されている。

前記載置台５０と前記プローブカード８０との間の領域には、前記筐体３０内を水平方向に移動自在で、前記ウエハＷの表面を撮像するための視野が下向きの第２のカメラ５７が設けられている。前記第１のカメラ５６及び第２のカメラ５７の各撮像結果に基づいてウエハＷとプローブ針８１との位置合わせが行われる。
前記載置台５０内には、当該載置台５０を検査レシピに応じた設定温度に冷却するために、冷却用気体である乾燥空気を通流させるための通流路５４が配設されている。一方筐体３０内の用力系収納領域３３には、乾燥気体例えば乾燥空気を冷却設備４に導くための第１の気体供給管６０が配管されている。この第１の気体供給管６０の上流側には、バルブ等のガス供給制御機構７０及び乾燥空気供給源７１が設けられている。この乾燥空気供給源７１は例えばガスボンベであり、プローバ３に隣接して設けられている。

ここでプローバ３におけるガスの配管等に関して詳述する前に冷却設備４に関して先に述べておく。この冷却設備４内には前記第１の気体供給管６０から送られてきた乾燥空気を冷却するための熱交換器４１が設けられている。この熱交換器４１の一次側は冷却手段例えば冷凍機４２により冷却された冷却流体が流れるようになっており、この冷却流体によって前記熱交換器４１の二次側に流れる乾燥空気を所定の温度まで冷却するようになっている。熱交換器４１の二次側には、前記第１の気体供給管６０により供給され更にここで冷却された乾燥気体を載置台５０に送るための第２の気体供給管６２が接続されている。

再び前記プローバ３の構成の説明に戻って、前記載置台５０内に配設された通流路５４の気体供給ポート５４ａには前記第２の気体供給管６２が接続されている。また前記通流路５４の気体排出ポート５４ｂには気体排出管６３が接続されており、この気体排出管６３は前記仕切り板３１を介して下方側の用力系収納領域３３にまで引き回されている。

前記筐体３０の用力系収納領域３３には、前記気体排出管６３内を流れる乾燥空気と前記第１の気体供給管６０内を流れる乾燥空気との間で熱交換を行うための熱交換器６１が設けられている。この例では熱交換器６１の一次側に載置台５０から排出された乾燥空気が流れ、熱交換器６１の二次側に乾燥空気供給源７１から供給された乾燥空気が流れるようになっている。また筐体３０の用力系収納領域３３において、前記気体排出管６３の前記熱交換器６１の下流側には例えばヒータからなる加熱手段６４が設けられている。

更に前記加熱手段６４の下流側の気体排出管６３は、載置台５０の近傍まで引き回されており、その先端部には乾燥空気を筐体３０の検査領域３２内に供給し、結露を防止するため気体供給部６５が取り付けられている。この気体供給部６５は、例えば空洞の角型部材６７の壁部に多数の穴６８が穿設されており、この穴６８を介して上下及び横方向に乾燥空気が吐出するように構成されている。

また図２の略解図に示すように、載置台５０内に当該載置台５０の載置面の温度を検出するための第１の温度検出部９１が設けられると共に、気体供給部６５の温度を検出するための第２の温度検出部９２が設けられている。図２中の９３は制御部であり、この制御部９３は、第１の温度検出部９１にて得られた温度検出値に基づいて冷却手段４２の冷却能力例えば一次側流体の流量などを調整して当該温度検出値が設定冷却温度になるように制御すると共に、第２の温度検出部９２にて得られた温度検出値に基づいて加熱手段６４の発熱量を調整して当該温度検出値が例えば常温になるように制御する機能を備えている。

続いて上述した基板検査システムの作用についての説明を行う。先ず乾燥空気等の温度に関して図２により述べる。乾燥空気供給源４６から例えば２５℃の乾燥空気を第１の気体供給管６０を介して熱交換器６１に供給する。この熱交換器６１には載置台５０から排出された例えば−４５℃の乾燥空気が流れるため、２５℃の乾燥空気は、−４５℃の乾燥空気に熱を奪われて例えば−２０℃まで冷却され、熱交換器６１から排出される。

この−２０℃の乾燥空気は、第１の気体供給管６０を介して冷却設備４の熱交換器４１の二次側に供給される。この熱交換器４１の一次側は冷却手段５２によって冷却された冷却流体が流れるため、熱交換器４１の二次側を流れる−２０℃の乾燥空気は、この冷却流体に熱を奪われ、当該乾燥空気は例えば−５５℃まで冷却される。そして−５５℃の乾燥空気は、第２の気体供給管６２及び載置台５０の供給ポート５４ａを介して載置台５０に供給され、当該載置台５０内の通流路５４を流れ、載置台５０と−５５℃の乾燥空気との間で熱交換が行われて載置台５０が検査温度である−４５℃に維持される。

前記載置台４０の排出ポート５４ｂから排出された乾燥気体は−４５℃まで昇温し、この−４５℃の乾燥空気は気体排出管６３を介して熱交換器６１に供給され、既述のように第１の気体供給管６０から当該熱交換器６１に供給された２５℃の乾燥空気の熱を奪って、−３０℃まで昇温する。この−３０℃の乾燥空気は、前記加熱手段６４によって常温である２５℃まで加熱され、前記気体供給部６５から検査領域３２内に供給される。これにより当該検査領域３２内が乾燥雰囲気に維持され、ウエハＷや載置台５０の結露を防止する。

このように載置台５０の温度が検査温度に設定された状態で、ウエハＷを筐体３０の外部から図示しない搬送アームにより載置台５０上に載置し、第１のカメラ５６及び第２のカメラ５７による既述の撮像の結果に基づいて、ウエハＷのチップの電極パッドとプローブ針８１とが接触する載置台５０の座標の取得（いわゆるアライメント）を行う。そしてコンタクト座標位置に載置台５０を例えば順次移動させ、ウエハＷ上のチップの各電極パッドとプローブカード８０の各プローブ針８１とをコンタクトさせ、図示しないテストヘッドを介してテスタにより各チップの電気的特性の検査を行う。

上述の実施の形態によれば、プローバ３に熱交換器６１を持たせ、載置台５０内を通流させた冷却用の乾燥空気と、冷却設備４に導かれる乾燥空気とを前記熱交換器６１により熱交換している。従って載置台５０から排出された冷たい空気を結露防止用の例えば常温の空気に昇温するためのエネルギーを、冷却設備４に導かれる乾燥空気から受け取り、またこれにより当該乾燥空気が冷却されるので、冷却、加熱のための消費エネルギーを削減することができる。

そして冷却設備４は、プローバ３が配置されたクリーンルームの外に設けられ、この冷却設備４とプローバ３とを繋ぐ配管は２本の気体供給管６０、６２だけであり、また乾燥空気供給源７１はプローバ３の近傍に設けられているため、冷却設備４側に熱交換器６１を設ける場合に比べて、クリーンルームの外の用力設備とプローバ３とを繋ぐ配管数が少なくなる。なお乾燥空気供給源７１をプローバ３の近傍に設けない場合でも、乾燥空気供給源７１から冷却設備４あるいはプローバ３まで配管することは、図２と図３とにおいて同じであるから、プローバ３と冷却設備４とを繋ぐ配管数は本発明の場合の方が従来(図３)の場合よりも１本少なくて済む。

更に筐体３０内を仕切り板３により検査雰囲気と用力系収納領域とに上下に仕切り、用力系収納領域に熱交換器６１とヒータからなる加熱手段６４とを設置しているため、検査雰囲気が熱交換器６１や加熱手段６４の熱に影響されず、検査雰囲気の温度が乱されるおそれがない。

本発明の実施の形態にかかるプローブ装置を示す概略構成図である。 上記プローブ装置の作用を説明する説明図である。 従来のプローブ装置を示す概略構成図である。

符号の説明

Ｗ 被検査基板
３ プローバ
３０ 筐体
３１ 仕切り板
３２ 検査領域
３３ 用力系収納領域
４ 冷却設備
４１ 熱交換器
５０ 載置台
５４ａ 気体供給ポート
５４ｂ 気体排出ポート
６１ 熱交換器
６０ 第１の気体供給管
６２ 第２の気体供給管
６３ 気体排出管
６４ 加熱手段
６５ 気体供給部
８０ プローブカード
８１ プローブ針

Claims (4)

1. 筐体内に設けられた載置台に被検査基板を載せ、この載置台を介して前記被検査基板を冷却しながら、当該被検査基板に形成された回路の電極パッドにプローブカードのプローブを接触させて前記回路の電気的特性を検査するプローバにおいて、
   前記載置台に設けられ、当該載置台を冷却するための冷却用気体を通流させるための通流路と、
   乾燥気体供給源からの乾燥気体を取り込み、熱交換を行って冷却設備に供給するための熱交換器と、
   前記冷却設備にて冷却された前記乾燥気体を冷却用気体として前記通流路に供給するための気体供給ポートと、
   前記通流路からの乾燥気体を前記熱交換器を通って排出するための気体排出路と、
   前記気体排出路を流れる乾燥気体を加熱する加熱手段と、
   前記熱交換器における熱交換と前記加熱手段による加熱とにより昇温された乾燥気体を結露防止のために検査雰囲気に供給する気体供給部と、を備え、
   前記熱交換器は前記気体排出路内を流れる乾燥気体と前記乾燥気体供給源から供給される乾燥気体との間で熱交換を行うためのものであることを特徴とするプローバ。
2. 前記熱交換器及び加熱手段は、前記筐体内において、前記載置台が置かれ、基板を検査するための検査領域とは仕切り板により仕切られた雰囲気に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプローバ。
3. 前記熱交換器及び加熱手段は、前記検査領域の下方に設置されていることを特徴とする請求項２記載のプローバ。
4. 前記熱交換器及び加熱手段は、上流側からこの順に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプローバ。

Images