JPH06236909A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接の検査工程に対する前準備に要する時間
以外の時間を不要にして、検査工程でのスループットを
向上させることのできる構造を備えたプローブ装置を提
供することにある。 【構成】 本発明では、載置部３０に載置された被検査
体と対面する位置に配置されるプローブカードを複数収
容しているストッカ２４から上記被検査体に対面する位
置までのプローブカードの搬送経路内で上記被検査体に
対面する前の位置に上記プローブカードを被検査体の温
度条件に応じて温調する予温調部１６が設けられてい
る。しかも、この予温調部１６では、プローブカードが
交換される前に温調が行われる。従って、交換後のプロ
ーブカードに対する予備加熱あるいは予備冷却のための
時間を省略することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプローブ装置に関し、さ
らに詳しくは、測定するための環境条件に適合するよう
にプローブカードの状態を設定するための構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣチップやＬＳＩチップ等、
被検査体の製造工程においては、ウエハ状態においても
電気的な特性試験が行なわれるようになっている。

【０００３】このため、従来では、例えば、図６に示す
構造の測定装置が知られている。

【０００４】すなわち、この装置は装置本体側に固定さ
れているプローブカード６０の配線パターンに基部を半
田付けされたプローブ針６２を備えている。そして、プ
ローブ針６２は、基部を支点として図において上下方向
に揺動することができる状態に先端部を延長され、その
針先が半導体ウエハ６４の各チップの電極パッドに向け
垂下されている。このような装置においては、載置テー
ブル６６の上昇により、載置テーブル６６にセットされ
た半導体ウエハ６４がプローブ針６２に当接し、さらに
載置テーブル６６のオーバードライブによってプローブ
針６２が揺動変位する際に電極パッドヘ圧接する。この
ようにして、半導体ウエハ６４の電極パッドとプローブ
針６２との間の電気的接触不良を招かない状態を維持し
て電気的特性の試験あるいは測定が行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、上記半導
体ウエハの特性試験においては、電気的特性の測定を行
なわれる半導体ウエハの仕様に合せた環境雰囲気下で測
定を行なうことが必要である。この環境条件としては、
特に温度があり、温度の範囲としては、例えば、ー３０
（℃）乃至１３０（℃）に設定される。

【０００６】このため、従来では、半導体ウエハを載置
しているチャック側に、半導体ウエハの試験環境温度を
維持するための温調構造を備えたものが用いられてい
る。このようなチャックでは、半導体ウエハの温度条件
に適合させるように温調部で加熱あるいは冷却媒体を循
環させて載置面での半導体ウエハの温度を管理するよう
になっている。

【０００７】しかしながら、このような従来のプローブ
装置には、次のような問題があった。

【０００８】すなわち、半導体ウエハの特性試験が行な
われる場合には、半導体ウエハをチャック上に載置し、
かつ、プローブ針を電極パッドに当接させて、所謂、測
定の準備を行なったうえで半導体ウエハの温度条件を設
定する。従って、例えば、常温から温度を上昇させる場
合には、チャック側の熱が半導体ウエハの電極パッドに
接触しているプローブ針に伝わる。また、プローブ針が
固定されているプローブカードもチャック側からの輻射
熱を受けることになる。このように、チャック側からの
熱伝達により自らの温度が変化するプローブカードおよ
びプローブ針は、結果として熱変形を来し、半導体ウエ
ハ側の電極パッドとの位置関係を狂わせてしまうことに
なる。

【０００９】そこで、従来では、このような問題の発生
を防ぐ方法として、プローブカードが交換された場合に
は、例えば、プローブカードを昇温させる場合でいう
と、電極パッドにプローブ針を接触させない状態でチャ
ック側からの輻射熱によりチャック側とプローブカード
ならびにプローブ針との間で温度の平衡状態を設定する
とともに、プローブ針の熱変形が収束するのを待つこと
が提案されている。

【００１０】しかし、このような方法では、温度条件に
よって、所謂、プローブカードおよびプローブ針に対す
る予備温調に時間がかかり、検査工程でのスループット
が悪化することになる。従来、この予備温調に必要な時
間、換言すれば、検査工程での待ち時間としては、３０
分程度とされていることから、半導体ウエハの製造工程
全体でのプロセス時間においても、かなりのロスタイム
となる。

【００１１】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来のプローブ装置における問題に鑑み、直接の検査
工程に対する前準備に要する時間以外の時間を不要にし
て、検査工程でのスループットを向上させることのでき
る構造を備えたプローブ装置を提供することにある。

【００１２】

【問題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、被検査体を載置する温調可
能な載置台及びこれに対面して配置されるプローブカー
ドの装着部を有するプローバ部と、上記プローブカード
を装着前に保管するストッカ部と、上記プローブカード
を上記ストッカ部から上記プローバ部に搬送して交換す
るプローブカード自動交換部と、上記プローバ部に搬入
する前にプローブカードを温調する予温調部と、を備え
ていることを特徴としている。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載のプ
ローブ装置において、上記予温調部は、上記ストッカに
対する上記プローブカードの排出経路と干渉しない位置
でプローブカードの搬入位置に設けられていることを特
徴としている。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１記載のプ
ローブ装置において、上記予温調部は、上記ストッカ内
に設けられていることを特徴としている。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１記載のプ
ローブ装置において、ストッカに収容されて待機してい
るプローブカードの仕様条件を判別、または、オペレー
タからの指令により待機しているプローブカードの温度
条件を設定する制御部を備えていることを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】本発明では、被検査体に対面する前のプローブ
カードに対する予温調部が設けられている。従って、被
検査体に対面する前にプローブカードが温調されること
により、被検査体に対面した際の温調が不要になる。

【００１７】また本発明では、載置部に被検査体が載置
されてプローブカードによる電気的測定が行われている
間に、待機しているプローブカードの温調を行う構造を
備えている。従って、検査工程に要する時間内で予温調
が行われるので、改めて予温調のための時間を準備する
ことがない。

【００１８】

【実施例】以下、図１乃至図５において本発明実施例の
詳細を説明する。

【００１９】図１は、本発明実施例によるプローブ装置
の全体構成を示す模式図である。

【００２０】同図においてプローブ装置１０は、プロー
バ部１２、プローブカード自動交換部１４、予温調部１
６およびウエハローダ１００とを備えている。

【００２１】プローバ部１２は、半導体ウエハの特性試
験を行う部分であり、上部には、開閉蓋として機能する
ヘッドプレート１８が装備されている。また、このヘッ
ドプレート１８には、半導体ウエハの測定に使用するプ
ローブカードがセッティングされたカードホルダ２０を
保持するためのインタープリーム２２が設けられてい
る。

【００２２】プローブカード自動交換部１４は、交換用
のプローブカードがセットされたカードホルダ２０を複
数個収納することのできるストッカ２４とプローブカー
ドの搬送手段２６とを備えている。搬送手段２６は、こ
の種、プローブ装置において周知の昇降および旋回可能
なフログレッグ形式の伸縮アーム２６Ａを備えたハンド
ラーによって構成され、伸縮アーム２６Ａの先端に配置
されている載置テーブル２６Ｂをストッカ２４と上記プ
ローバ部１２のインタープリーム２２との間で移動させ
ることができるようになっている。また、この搬送手段
２６は、プローバ部１２と予温調部１６とを結ぶ線上に
旋回中心を設定され、伸縮アーム２６Ａを予温調部１６
へ旋回させることができ、これによって、予温調部１６
に対するプローブカードの搬入出ができるようになって
いる。

【００２３】一方、プローバ部１２におけるヘッドプレ
ート１８の下方には、図２に示すように、半導体ウエハ
２８を載置固定した状態で昇降可能な載置台３０が配置
されている。この載置台３０は、内部に加熱および冷却
媒体のいずれかを循環させることにより温調が行なえる
構造を備え、載置される半導体ウエハ２８の温度条件に
応じて半導体ウエハ２８に対する熱伝達が行えるように
なっている。

【００２４】また、予温調部１６は、本実施例の特徴的
な構造である。

【００２５】すなわち、図１において予温調部１６は、
ストッカ２４からプローバ部１２に至るプローブカード
の搬送経路のうちの排出経路と干渉しない位置で、プロ
ーブカード自動交換部１４とは独立して連通可能な空間
を備えている。この空間は、カードホルダ２０の搬入位
置に相当して待機部を構成している。そして、予温調部
１６の内部には、図２に示すように、カードホルダ２０
にセッティングされたプローブカードのプローブ針３４
に接触することのできる温調部材３６が複数段配列され
ている。この複数の温調部材３６は、本実施例の場合、
それぞれ独立して常温から加熱することができる構造を
備え、後述する制御部３８からの指令によって半導体ウ
エハの測定条件の一つである温度条件を設定するように
なっている。

【００２６】なお、ウエハローダ部１００は、例えば、
半導体ウエハ２８を複数収容したカセット１２０が配置
されている昇降可能なカセットステージ１３０およびプ
リアライメントステージ１４０を備えたものである。そ
して、カセットステージ１２０からの半導体ウエハ２８
の搬出および図示しない搬送機構を用いたプリアライメ
ントステージ１４０と載置台３０との間の搬入出を後述
する制御部３８によって制御される。

【００２７】一方、制御部３８は、図３に示すように、
例えば、半導体ウエハ製造プロセスのシーケンス制御プ
ログラムを記憶しているＲＯＭ３８Ｂ、各種データを登
録できるＲＡＭ３８Ｃを備えた演算制御可能なマイクロ
コンピュータ３８Ａによって構成されている。そして、
この制御部３８は、Ｉ／Ｏインターフェース３８Ｄを介
して、ＩＤコードリーダ４０、操作パネル４２、カウン
タ４４が入力側に、そして、載置台駆動部４６、ハンド
ラー駆動部４８、ウエハローダ駆動部５０、温調制御部
５２が出力側にそれぞれ接続されている。

【００２８】ＩＤコードリーダ４０は、例えば、図２に
示すように、ウエハロード部１００で、半導体ウエハ２
８あるいカセット１２０の収容位置に対応して設けられ
ている光学センサである。ＩＤコードリーダ４０は、検
査工程に搬入される半導体ウエハ２８あるいはロット単
位で半導体ウエハを収容しているカセット１２０毎に設
定されているＩＤコードを読み取るものである。この場
合のＩＤコードの内容は、半導体ウエハの温度条件に応
じたプローブカードの温度を設定するための情報であ
り、この情報がＩＤコードリーダ４０を介して制御部３
８に出力されるようになっている。

【００２９】また、操作パネル４２は、例えば、半導体
製造プロセスに対するシーケンス制御中でのプローブカ
ードの交換時期とは別に、オペレータが歩留まり等を考
慮して任意に交換時期を変更するための入力部を備えた
ものであり、単一プローブカードによる半導体ウエハの
測定回数を入力するようになっている。操作パネル４２
において考慮される歩留まりとは、同一条件下で半導体
ウエハの測定を繰返した際に、プローブ針に付着する酸
化膜等の不純物によって測定条件が変化し、安定した測
定が行えなくなる測定回数に相当することを意味してい
る。

【００３０】さらに、カウンタ４４は、プローブカード
の交換時期を判別するためのものであり、同一のプロー
ブカードによる半導体ウエハの測定回数を出力するよう
になっている。そして、ハンドラー駆動部４８は、伸縮
アーム２６Ａの旋回位置および昇降位置を設定するため
のものである。このハンドラー駆動部４８は、プローブ
カード自動交換部１４におけるストッカ２４とプローバ
部１２におけるインタープリーム２２と予温調部１６と
の間での伸縮アーム２６Ａの態位を制御部３８の指令に
よって設定するようになっている。また、載置台駆動部
４６は、載置台３０の昇降駆動部および加熱媒体の循環
駆動部を含み、制御部３８からの指令によって載置台３
０の昇降駆動および温度条件の設定を行なう。さらにウ
エハローダ駆動部５０は、半導体ウエハの搬出入機構の
駆動部を備え、制御部３８からの指令により、載置台３
０に対する半導体ウエハ２８の搬入出を行なう。さら
に、温調駆動部５２は、予温調部１６に設けられている
温調部材３６の温度を設定するためのものであり、本実
施例の場合には、加熱を対象としているので、温調部材
３６をセラミックヒータで構成した場合のヒータ電源に
相当している。

【００３１】制御部３８では、次のような制御が行われ
る。

【００３２】すなわち、例えば、半導体製造プロセスに
おけるシーケンス制御において、プローブカードの交換
時期が設定されている場合には、その交換時期よりも前
の時点で、次に交換されるプローブカードの温度を半導
体ウエハの測定条件に対応させる。つまり、半導体ウエ
ハ単位あたりの測定時間が予め判明していれば、温調に
必要とされる時間を測定回数から求めることができる。
このため、制御部３８では、プローブカードの交換時期
に相当する測定回数に対して、交換に供されるプローブ
カードを温調（加熱）するために必要な時間に相当する
測定回数が予めＲＯＭ３８Ｂに登録されている。従っ
て、同一プローブによる測定回数が予め設定されていれ
ば、その測定回数から温調時間分に相当する測定回数を
差引いた測定回数に達した時点で温調を開始すれば良
い。このため、温調開始時点ではストッカ２４から予温
調部１６に向けカードホルダ２０が搬入される。

【００３３】そして、予温調部１６に搬入されたカード
ホルダ２０は、制御部３８での計時により、温調が完了
する時間に達すると温調を停止されてプローバ部１２に
向け温調（加熱）された状態でプローバ部１２で今まで
使用されていたカードホルダ２０と交換される。

【００３４】また、上記プローブカードの交換時期とは
別に、オペレータによりその交換時期を変更された場合
においても、上記方法と同様にして、交換に供されるプ
ローブカードを温調するために必要な時間が得られる測
定回数に達した時点で、カードホルダ２０の温調を行っ
て交換する。

【００３５】さらに、半導体プロセスにおけるシーケン
ス制御中での交換時期の設定とは別に、半導体ウエハあ
るいはこれを収容しているカセット毎のＩＤコードの読
み取りによって、プローブカードの交換時期を割り出す
場合においても、上記の場合と同様にしてカードホルダ
２０の温調および交換が実行される。このようなカード
ホルダ２０の温調および交換は、半導体ウエハの測定条
件のうち、温度に関する条件が同じ場合および異なる場
合に限らないものであり、これによって、交換時期に達
する前に交換されるプローブカードの温調が完了される
ことになる。なお、上記した温調制御に関し、例えば、
最初の測定時あるいは載置台３０側での温度の変更時に
は、載置台３０側での温度の立ち上げが必要になるの
で、この場合には、当然のことではあるが、載置台３０
側の温度立ち上げ時間に応じた時間での温調が実行され
る。また、制御部３８での温調開始時期の設定方式とし
ては、同一条件での半導体ウエハ２８の全てを測定する
ために必要な時間を予め登録しておき、この時間が経過
する前に温調時間を設定して、交換されるプローブカー
ドを予温調部１６に搬入するようにしてもよい。

【００３６】次に作用について説明する。

【００３７】図４は、制御部３８の動作を示すフローチ
ャートであり、同図に用いる符号の意味は次のとおりで
ある。

【００３８】ＲＰＦＬＧ：製造プロセスにおけるシーケ
ンス制御中での交換時期がセットされている場合を意味
するフラグ（１＝セット状態） ＯＰＦＬＧ：操作パネル４２からの交換時期がセットさ
れている場合を示すフラグ（１＝セット状態） ＩＤＦＬＧ：ＩＤコードによる交換時期を要する場合が
セットされていることを示すフラグ（１＝セット状態） 図４に示すフローチャートは、例えば、半導体製造プロ
セスに用いられるシーケンス制御ルーチン中に設定され
た温調制御ルーチンである。そして、このルーチンにお
いては、ＲＰＦＬＧの判別が実行され、製造プロセス中
での交換時期がセットされていない場合には、ＯＰＦＬ
Ｇが判別され、このフラグがセットされていないときに
はＩＤＦＬＧの判別される。これら各フラグがセットさ
れていないときには、初期設定と判断する。

【００３９】この初期設定は、載置台３０側の温度の立
ち上げが必要な時期を対象としており、この場合には、
図５に示すように、載置台駆動部４６およびウエハロー
ダ駆動部５０を介して載置台３０の温調およびカードホ
ルダ２０が予温調部１６に搬入される。ハンドラー駆動
部４８を介してストッカ２４からカードホルダ２０が温
調部１４に搬入されたカードホルダ２０は、載置台３０
の温調時間に見合う時間を以って温調され、制御部３８
に装備されているタイマによって温調時間を計時された
上でプローバ部１２に向け搬出される。

【００４０】一方、初期設定に該当しない時で、上記Ｒ
ＰＦＬＧ、ＯＰＦＬＧ、ＩＤＦＬＧのいずれかがセット
されている場合には、設定されているプローブカードの
交換時期に相当する測定回数（Ｎ）から温調に必要な時
間を得られる測定回数（ａ）を差し引いた測定回数（Ｎ
−ａ）であるかどうかが判別される。そして、差し引い
た測定回数に達した場合には、ハンドラー駆動部４８を
介してカードホルダ２０をストッカ２４から予温調部１
６に搬入する。カードホルダ２０が搬入されると、予温
調部１６では、温調駆動部５２を介してカードホルダ２
０の加熱処理が実行されるとともに温調時間が計時され
る。そして、温調時間が所定時間時間経過し、プローブ
カードの交換時期に相当する測定回数に達すると、温調
駆動部５２が停止され、ハンドラー駆動部４８を介して
予温調部１６からプローバ部１２に向けカードホルダ２
０が搬出されて交換される。そして、フラグがリセット
された上でシーケンス制御に移行する。

【００４１】本実施例によれば、プローブカードの交換
時期に相当する測定回数に達するよりも前に交換される
プローブカードの予備加熱を行い、現段階での検査工程
が実行されている間に次のプローブカードの予備加熱時
間を含めることができる。

【００４２】なお、上記した実施例では、温調部材３６
がプローブカードの予備加熱を対象とした場合を説明し
たが、本発明では、このような例に限られるものではな
く、例えば、予備冷却を対象とすることも可能である。
また、温調部材３６の構造として、各カードホルダ２０
のプローブ針に直接接触して加熱を行う構造に限るもの
ではなく、例えば、温調部内全体の雰囲気の温度を上昇
させる構造や、プローブカードの間に位置して両方のプ
ローブカードをそれぞれ輻射熱によって加熱するように
した構造でも良い。さらに、このような外部温調とは別
に、カードホルダ２０にセッティングされているプロー
ブカードに対して電力供給を行い、カード自体で発熱さ
せて加熱する構造とすることも可能である。この場合に
は、予温調部には、温調部材をわざわざ設けることな
く、通電用のコネクタを配置するだけでよい。いずれに
しても、プローブカードおよびプローブ針に対して均一
に温度上昇ができるものであれば良い。また、予温調部
１６は、プローバ部１２と別個に設けることに限るもの
ではなく、例えば、プローバ部１２およびプローブカー
ド自動交換部１４とともに同じ筐体内に配置して、例え
ば、温調部での温調の影響が他の部位に波及しない構造
とすることも可能である。この場合の例としては、複数
のプローブカードを保管しているストッカがある。この
場合には、図１において二点鎖線を用いて参考で示すよ
うに、例えば、両面加熱が可能な温調部材３６Ａを設け
ることで上下２枚のプローブカード２０を同時に温調す
ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によるプローブ装置
では、ストッカから被検査体の測定部をなすプローバ部
に至るプローブカードの搬送経路中に、被検査体の測定
環境のうちの温度条件に対応した予温調部を備えてい
る。そして、この予温調部では、プローブカードの交換
時期に達する前に、必要とされる温度条件に設定される
ようになっている。従って、交換されたプローブカード
は被検査体側と温度の平衡状態を設定されているので、
交換後直ちに測定を再開することが可能になる。しか
も、予温調に要する時間はプローブカードの交換時期に
達するまでに行われるので、被検査体側との間の温度の
平衡状態を得るための待ち時間を必要としない。これに
よって、実際に要する検査工程での時間以外の時間を設
定することがなくなるので、検査工程での所要時間の無
駄を省いてスループットを向上させることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例によるプローブ装置の全体構成を
説明するための側面視的な配置図である。

【図２】図１に示したプローブ装置の概略構成を示す模
式的な正面図である。

【図３】図１に示したプローブ装置に用いられる制御部
の構成を説明するためのブロック図である。

【図４】図３に示した制御部の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図５】図３に示した制御部の他の動作を説明するため
のフローチャートである。

【図６】従来のプローブ装置に用いられるプローブカー
ドの一部を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ プローブ装置 １２ プローバ部 １４ プローブカード自動交換部 １６ 温調部 ２０ プローブカードをセットされるカードホルダ ２４ ストッカ ３０ 載置台 ３６ 温調部材 ３８ 制御部 ４０ ＩＤコードリーダ ４２ 操作パネル ５０ 温調駆動部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置する温調可能な載置台及
   びこれに対面して配置されるプローブカードの装着部を
   有するプローバ部と、 上記プローブカードを装着前に保管するストッカ部と、 上記プローブカードを上記ストッカ部から上記プローバ
   部に搬送して交換するプローブカード自動交換部と、 上記プローバ部に搬入する前にプローブカードを温調す
   る予温調部と、を備えていることを特徴とするプローブ
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプローブ装置において、 上記予温調部は、上記ストッカに対する上記プローブカ
   ードの排出経路と干渉しない位置でプローブカードの搬
   入位置に設けられていることを特徴とするプローブ装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプローブ装置において、 上記予温調部は、上記ストッカ内に設けられていること
   を特徴とするプローブ装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のプローブ装置において、 ストッカに収容されて待機しているプローブカードの仕
   様条件を判別、または、オペレータからの指令により待
   機しているプローブカードの温度条件を設定する制御部
   を備えていることを特徴とするプローブ装置。