JP7529544B2 - プローバの故障検知方法及びその故障検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハに備えられた電子デバイスの電気的特性を検査するプローバに係り、特に、ウェーハロード時にエアシリンダで、例えば３本の直棒状のピンでウェーハを持ち上げる構成のプローバの故障検知方法及びその故障検知装置に関する。

半導体製造工程では、薄い板状のウェーハに各種の処理を施して、電子デバイスを有する複数のチップを製造する。各チップは、特許文献１等に開示されたプローバによって電気的特性が検査され、その後、ダイシング装置によってチップ毎に切り離される。

プローバは、ウェーハチャック（テーブル）、プローブ、テスタ等を備えて構成される。プローバによる検査方法は、ウェーハチャックの保持面に、検査前のウェーハを載置して吸着保持する。この後は、各チップの電極パッドにプローブ針を接触（プロービング）させ、チップの電極から出力される信号をテスタによって測定し、正常に動作するか否かを電気的に検査している。

ウェーハチャックの保持面の孔は、ウェーハチャックの保持面にウェーハを載置するため、及び保持面からウェーハを剥離するために、３本の直棒状のピンが突没自在に設けられている。そして、ウェーハをウェーハチャックの保持面に載置する場合は、駆動部によって３本のピンを保持面の上方に突出移動させ、３本のピンの上端をウェーハの受け取り位置に位置させる。この後、搬送アームに保持されたウェーハを、３本のピンの上端に載置（ウェーハロード）する。次に、３本のピンを保持面から没入移動させてウェーハをテーブルの保持面に載置する。ウェーハはこの後、テーブルに真空吸着保持（ウェーハ吸着）される。３本のピンは、ウェーハチャックの下方において、水平方向に配置されたプレートの水平面に連結され、３ピンユニットとされている。

３ピンユニットの上下移動は、シリンダシャフトが伸縮するエアシリンダを上下移動させる。ウェーハロード時は、シリンダシャフトを伸ばし、３ピンユニットを連結しているプレートと係合させて３ピンユニットを上昇させる。

特開２０１９－１６１２４１号公報

上記従来技術において、ウェーハロード時に、エアシリンダのエアーチューブが折れ曲がっていた場合などでは、圧縮空気の大気開放が機能せず、伸びたシリンダシャフトが戻りきらず飛び出したままとなる。この状態で、ウェーハアライメントを行い、その後のシーケンスで、プローブ針の先端を針合わせカメラでフォーカス／サーチすると、シリンダシャフトと３ピンを連結しているプレートとが係合したままとなるので、３ピンが上昇し、ウェーハを持ち上げてしまうことになる。

ウェーハを持ち上げた結果は、ウェーハの載置された位置が移動し、ウェーハアライメントによって求めた位置情報とは異なる状況となる。そのため、その後のプロービングは、正常位置ではない所でプローブ針をウェーハに接触させることになり、ウェーハを破損する虞があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ハード及び制御ソフトの大幅な変更をせず、例えば、エアシリンダにシリンダシャフトの伸縮異常を検出するオートスイッチを組み込むことを不要とし、エアシリンダの動作異常を検出し、ウェーハ等の破損を防止することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ウェーハロード時にエアシリンダのシリンダシャフトを伸ばし、直棒状のピンでウェーハを持ち上げるプローバの故障検知方法であって、前記シリンダシャフトが伸びて突き出た状態の前記エアシリンダを上昇させて前記シリンダシャフトと係合した前記ピンで前記ウェーハを持ち上げ、前記エアシリンダを下降させ、前記ウェーハをウェーハチャックに載置し、その後、制御装置は前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、前記ピンが上昇したことを検知するアップセンサにより、前記シリンダシャフトの伸縮異常を検出する。

上記のプローバの故障検知方法において、前記ピンは下端で水平方向に配置されたプレートに３本が連結され、前記シリンダシャフトは前記プレートと係合し、前記アップセンサは前記プレートの上昇を検知することが望ましい。

上記のプローバの故障検知方法において、前記制御装置は、前記エアシリンダを再上昇させても前記アップセンサにより異常が検出されない場合は、前記エアシリンダの正常が確認できたとして、前記エアシリンダを元の位置まで下降させることが望ましい。

上記のプローバの故障検知方法において、前記アップセンサにより異常が検出された場合は、アラームを発報することが望ましい。

上記のプローバの故障検知方法において、前記制御装置は、針位置合わせカメラによるフォーカス／サーチを行う直前に前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、前記アップセンサにより、異常を検出することが望ましい。

本発明は、ウェーハロード時にエアシリンダのシリンダシャフトを伸ばし、直棒状のピンでウェーハを持ち上げるプローバの故障検知装置において、前記エアシリンダに伸縮可能とされて設けられた前記シリンダシャフトと、前記シリンダシャフトと係合して前記ウェーハを持ち上げる前記ピンと、前記ピンが上昇したことを検知するアップセンサと、前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、前記アップセンサにより、異常を検出する制御装置と、を備えたものである。

上記のプローバの故障検知装置において、前記ピンは下端で水平方向に配置されたプレートに３本が連結され、前記シリンダシャフトは前記プレートと係合し、前記アップセンサは前記プレートの上昇を検知することが望ましい。

上記のプローバの故障検知装置において、前記制御装置は、前記アップセンサにより異常が検出された場合、アラームを発報することが望ましい。

本発明によれば、ウェーハＷをウェーハチャック２０に載置し、その後、制御装置はシリンダシャフト４を縮ませる指令を行い、エアシリンダ７を上昇させ、ピン５が上昇したことを検知するアップセンサ８により、シリンダシャフト４の伸縮異常を検出するので、エアシリンダ７にシリンダシャフト４の伸縮異常を検出するオートスイッチを組み込むことを不要とし、エアシリンダ７の動作異常を検出し、ウェーハ等の破損を防止することができる。

ウェーハＷに形成された半導体チップの電気的特性を検査するプローバ１０の側面図 本発明による一実施形態の３ピン部の主な構成を示す概略図 一実施形態による針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチ時の正常動作を示す動作図 一実施形態による針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチ時の異常動作を示す動作図 一実施形態によるウェーハロードプロセスの動作図 一実施形態による正常終了と異常検知を説明する動作図 従来のウェーハロードプロセスを示すフローチャート 一実施形態による図７に故障検知機能を組み込んだフローチャート

図１は、ウェーハＷに形成された複数の半導体チップの電気的特性を検査するウェーハテストシステムに用いられるプローバ１０の側面図である。図２は、３ピン部の主な構成を示す概略図である。（以下の図は、３ピンの内代表的な２ピンで図示している。）プローバ１０は、ベース１２と、Ｙステージ１３と、Ｙ移動部１４と、Ｘステージ１５と、Ｘ移動部１６と、Ｚθステージ１７と、Ｚθ移動部１８と、ウェーハチャック２０と、カードホルダ２５と、プローブカード２６と、ウェーハ位置合わせカメラ２９と、上下ステージ３０と、針位置合わせカメラ３１と、温度センサ３４と、クリーニング板３２等を備える。

温度センサ３４は、カードホルダ２５及びプローブカード２６のウェーハＷ側の面に対向する位置に設けられている。具体的には、温度センサ３４は、Ｚθステージ１７の側面と上下ステージ３０の側面とにそれぞれが設けられている。温度センサ３４は、例えば放射エネルギー検出方式を用いた非接触式の温度センサ３４であり、カードホルダ２５及びプローブカード２６の温度を非接触で測定する。

ウェーハチャック２０の上面には、真空吸着等の各種保持方法によりウェーハＷが保持される。また、ウェーハチャック２０には、その上面に保持しているウェーハＷの温度調整を行うための温度調整部２０ａが設けられている。温度調整部２０ａは、半導体チップの用途に応じて、ウェーハチャック２０に保持されているウェーハＷの温度を調整する。

カードホルダ２５にはプローブカード２６の外周を保持する保持穴２５ａが形成され、保持穴２５ａにプローブカード２６が保持される。プローブカード２６は、検査する半導体チップの電極パッド３６の配置等に応じて配置されたプローブ針３５を有している。

針位置合わせカメラ３１は、プローブカード２６のプローブ針３５を撮像する。針位置合わせカメラ３１にて撮像されたプローブ針３５の撮像画像に基づき、プローブ針３５の位置を検出することができる。クリーニング板３２は、コンタクト時のプローブ針３５とウェーハＷとの接触抵抗を改善するため、プローブ針３５の針先をクリーニング時に研磨する。

ウェーハチャック２０は、ピン５の本数と同じ数の貫通孔２１が備えられており、貫通孔２１は、例えば３本の直棒状のピン５がそれぞれ挿入されている。図２は、３本のピン５の内代表的な２本で図示し、ウェーハロード時の状態を示している。なお、ピン５は、ウェーハチャック２０の中心軸を中心とした同心円上に沿って等間隔に配置されている。

３ピン部において、３本のピン５の下端は、ウェーハチャック２０の下方において、水平方向に配置されたプレート６の水平面に連結され、３ピンユニットとされている。プレート６は、下方に延長され、アップセンサ８と係合している。そして、アップセンサ８は、プレート６が上昇したことを検知する。

従って、アップセンサ８は、３本のピン５が上昇したことも検知する。また、プレート６の一端は、エアシリンダ７から矢印Ａ方向に突き出た状態のシリンダシャフト４と係合する。シリンダシャフト４は、エアシリンダ７にエアーチューブ等より流入される圧縮空気によって、矢印Ａ方向に伸縮する。

ピン５の上下移動は、シリンダシャフト４が伸縮するエアシリンダ７を矢印Ｂ方向に上下移動させる。ウェーハロード時は、シリンダシャフト４を矢印Ａ方向に伸ばし、プレート６と係合させて３本のピン５を上昇させる。

半導体デバイスは、仕様に応じて、室温での動作を保証するだけでなく、高温又は低温での動作を保証することが要求される。そのため、ヒータ又は冷却機構による温度調整部２０ａにより、ウェーハチャック２０を高温又は低温にし、その上に保持したウェーハＷを高温又は低温にした状態で検査することが行われる。例えば、近年のプローバ１０は、ウェーハチャック２０を＋２００℃から－５５℃の間の温度に設定できるものが主として使用されているが、今後はさらに温度範囲を広げて設定できることが要求されている。

プローバ１０を構成する各要素は、温度制御しておらず、ウェーハチャック２０の温度とは異なる温度であるため、検査中にプローバ１０の各要素の温度は変化する。また、プローブ針３５は、形状及び材質の異なるプローブカード２６、カードホルダ２５に支持されている。そして、カードホルダ２５、プローブカード２６は、ウェーハチャック２０の加熱又は冷却によって熱膨張し、プローブ針３５の先端位置が複雑に変化する。そこで、プローブ針３５の先端を針位置合わせカメラ３１でフォーカス／サーチして検出し、それによって、ウェーハＷとプローブ針３５との相対変動を補正することが行われている。

図３は、ウェーハＷとプローブ針３５との相対変動の補正を実行する際の針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチ時の正常動作を示す動作図である。針位置合わせカメラ３１は、エアシリンダ７を上下移動する上下ステージ３０（Ｆステージ）によって上下移動する。そして、プローブ針３５の先端の位置は、針位置合わせカメラ３１の焦点位置で検出される。

プローブ針３５の先端を検出する手順は以下となる。
（１）シリンダシャフト４は矢印Ｃ方向に縮ませて戻った状態とする。
（２）針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチのため、上下ステージ３０が上昇し、針位置合わせカメラ３１と共にエアシリンダ７も矢印Ｂ方向へ上昇する。
（３）上下ステージ３０が下降し、針位置合わせカメラ３１と共にエアシリンダ７も矢印Ｄ方向へ下降する。

ウェーハロード後、プローブ針３５の先端の検出時やクリーニング時は、上下ステージ３０を再度上昇させる。しかし、３本のピン５は、シリンダシャフト４の位置が正常に戻って縮んでいれば、上昇することはなく、プローブ針３５の位置が電極パッド３６とずれるなどの不具合は発生しない。

図４は、ウェーハＷとプローブ針３５との相対変動の補正を実行する際の針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチ時の異常時の動作図である。
（１）ウェーハロード時に、エアシリンダ７の異常により伸びたシリンダシャフト４が矢印Ｃ方向へ戻りきらず飛び出したままとなる。

（２）針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチのため、上下ステージ３０は上昇し、針位置合わせカメラ３１と共にエアシリンダ７も矢印Ｂ方向へ上昇する。シリンダシャフト４と３本のピン５を連結しているプレート６とは、係合したままとなるのでピン５が上昇し、ウェーハＷを持ち上げる状況となる。

（３）上下ステージ３０が下降し、針位置合わせカメラ３１と共にエアシリンダ７も矢印Ｄ方向へ下降する。しかし、ウェーハＷを持ち上げた結果は、ウェーハＷの載置された位置が移動する。そのため、その後のプロービングは、正常位置ではない所でプローブ針３５をウェーハＷに接触させることになり、ウェーハＷを破損する虞があった。

図５は、故障検知機能を組み込んだウェーハロードプロセスの動作図、図６は、正常終了と異常検知を説明する動作図、図７は、従来のウェーハロードプロセスを示すフローチャート、図８は、図７に故障検知機能を組み込んだフローチャートである。故障検知機能を組み込んだ場合は、図７の（３―１）以降で図８のシーケンスが追加されている。

図５の動作図に従って、従来のウェーハロードプロセスを説明する。
（１）ウェーハＷは、ウェーハ搬送用ロボットのアーム（図示せず）によって吸着されてウェーハチャック２０上へ搬送される。シリンダシャフト４は、制御装置（図示せず）によりエアシリンダ７がＯＮされて、矢印Ａ方向へ伸びて突き出ている。ピン５は、ウェーハロード時にエアシリンダ７の上昇で、シリンダシャフト４と係合してウェーハＷを持ち上げる。図７の（１―１）から（１―３）参照。

（２）アームはウェーハ搬送用ロボットへ収納され、制御装置（図示せず）は、エアシリンダ７を元の位置まで下降させ、ウェーハＷをウェーハチャック２０に載置する。図７の（２―１）参照。
（３）制御装置（図示せず）は、シリンダシャフト４を矢印Ｃ方向へ縮ませて引っ込める指令を行う。ウェーハＷをウェーハチャック２０で吸着して、次の工程であるウェーハアライメントへ進む。図７の（３―１）参照。

故障検知機能を組み込んだウェーハロードプロセスは、図７で示したシーケンスに対して、図７の（３―１）以降を図８のシーケンスとする。図６の動作図に従って、図８を参照して説明する。
（４―１）制御装置（図示せず）は、ウェーハＷの吸着を解除して、エアシリンダ７を再上昇させる。ウェーハＷをウェーハチャック２０に載置した状態で、ピン５の先端とウェーハＷの裏面との間は、１ｍｍ程度のすき間があるので、例えば、１ｍｍ程度の微小量だけエアシリンダ７を再上昇させる。
（４―２）制御装置（図示せず）は、アップセンサ８のＯＮを確認する。

（５―１）ピン５は、シリンダシャフト４が図６の（５）のように飛び出した状態であれば、持ち上げられて再上昇する。そして、アップセンサ８は、ピン５が再上昇したことを検知してＯＮからＯＦＦへ変化する。この時は、制御装置（図示せず）は、異常状態を検知したとしてアラームを発報する。これにより、ウェーハＷ等の破損を防ぐことができる。

エアシリンダ７が正常であれば、ピン５は、シリンダシャフト４が図６の（４）のように縮んだ状態となるので、再上昇しない。従って、ピン５が上昇したことを検知するアップセンサ８は、ＯＮの状態を保持したままとなる。そして、制御装置（図示せず）は、エアシリンダの正常が確認できたと判断する。これにより、エアシリンダ７にシリンダシャフト４の伸縮異常を検出するオートスイッチを組み込むことなく、エアシリンダ７が正常であることを確認できる。

エアシリンダ７の正常、つまり、シリンダシャフト４の異常が検出されない場合は、エアシリンダ７を元の位置まで下降させ、従来のシーケンスであるウェーハアライメントへ進む。また、図８で示したシーケンスは、ウェーハロード時に行うとして説明したが、針位置合わせカメラ３１によるフォーカス／サーチを行う直前に行うことでも良い。

以上により、単に、オートスイッチの組み込みを不要とするばかりでなく、既設の異常検知機能のないプローバ１０に対しても、ハード改造に伴う作業が不要となる。ハード改造に伴う作業は、プローバ１０の動作を少なくとも１台当たり３時間程度停止する必要があったが、この点でもコストを大幅に削減できることになる。

４…シリンダシャフト
５…ピン
６…プレート
７…エアシリンダ
８…アップセンサ
１０…プローバ
１２…ベース
１３…Ｙステージ
１４…Ｙ移動部
１５…Ｘステージ
１６…Ｘ移動部
１７…Ｚθステージ
１８…Ｚθ移動部
２０…ウェーハチャック
２０ａ…温度調整部
２１…貫通孔
２５…カードホルダ
２５ａ…保持穴
２６…プローブカード
２９…ウェーハ位置合わせカメラ
３０…上下ステージ
３１…針位置合わせカメラ
３２…クリーニング板
３４…温度センサ
３５…プローブ針
３６…電極パッド
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…矢印
Ｗ…ウェーハ

Claims (8)

1. ウェーハロード時にエアシリンダのシリンダシャフトを伸ばし、直棒状のピンでウェーハを持ち上げるプローバの故障検知方法であって、
   前記シリンダシャフトが伸びて突き出た状態の前記エアシリンダを上昇させて前記シリンダシャフトと係合した前記ピンで前記ウェーハを持ち上げ、
   前記エアシリンダを下降させ、前記ウェーハをウェーハチャックに載置し、
   その後、制御装置は前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、
   前記ピンが上昇したことを検知するアップセンサにより、前記シリンダシャフトの伸縮異常を検出することを特徴とするプローバの故障検知方法。
2. 前記ピンは下端で水平方向に配置されたプレートに３本が連結され、前記シリンダシャフトは前記プレートと係合し、前記アップセンサは前記プレートの上昇を検知することを特徴とする請求項１に記載のプローバの故障検知方法。
3. 前記制御装置は、前記エアシリンダを再上昇させても前記アップセンサにより異常が検出されない場合は、前記エアシリンダの正常が確認できたとして、前記エアシリンダを元の位置まで下降させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローバの故障検知方法。
4. 前記アップセンサにより異常が検出された場合は、アラームを発報することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバの故障検知方法。
5. 前記制御装置は、針位置合わせカメラによるフォーカス／サーチを行う直前に前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、前記アップセンサにより、異常を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプローバの故障検知方法。
6. ウェーハロード時にエアシリンダのシリンダシャフトを伸ばし、直棒状のピンでウェーハを持ち上げるプローバの故障検知装置において、
   前記エアシリンダに伸縮可能とされて設けられた前記シリンダシャフトと、
   前記シリンダシャフトと係合して前記ウェーハを持ち上げる前記ピンと、
   前記ピンが上昇したことを検知するアップセンサと、
   前記シリンダシャフトを縮ませる指令を行い、前記エアシリンダを上昇させ、前記アップセンサにより、異常を検出する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするプローバの故障検知装置。
7. 前記ピンは下端で水平方向に配置されたプレートに３本が連結され、前記シリンダシャフトは前記プレートと係合し、前記アップセンサは前記プレートの上昇を検知することを特徴とする請求項６に記載のプローバの故障検知装置。
8. 前記制御装置は、前記アップセンサにより異常が検出された場合、アラームを発報することを特徴とする請求項６又は７に記載のプローバの故障検知装置。