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JP2009278007A - Prober - Google Patents

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JP2009278007A JP2008129966A JP2008129966A JP2009278007A JP 2009278007 A JP2009278007 A JP 2009278007A JP 2008129966 A JP2008129966 A JP 2008129966A JP 2008129966 A JP2008129966 A JP 2008129966A JP 2009278007 A JP2009278007 A JP 2009278007A
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哲 森山
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太一 藤田
Takashi Motoyama
崇 元山
Konosuke Murakami
公之輔 村上
Tetsuo Hata
哲郎 秦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a prober which keeps a position accuracy in a high temperature inspection without reducing a throughput. <P>SOLUTION: A prober includes: a casing 11, 12; a wafer chuck 16 holding a wafer with a chip formed; a card holder 17 which holds a probe card 19 having a probe 20; a head stage 13 which holds the card holder being fixed to the casing; an insulating portion 18 which insulates a connection portion between the head stage and card holder; a moving mechanism 14, 15; a chuck heating mechanism 31, 42 to heat the wafer chuck 16; a holder heating mechanism 32, 42 to heat the card holder 17; a cooling mechanism 34, 43 to cool the head stage 13; and a temperature control portion 41. The temperature control portion makes control to keep the head stage 13 at an atmospheric temperature by the cooling mechanism and to heat the card holder 17 to a predetermined high temperature by the holder heating mechanism when heating the wafer chuck to a predetermined high temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウエハ上に形成された複数の半導体装置(チップ)をテスタで検査するために使用するプローバに関し、特に検査する温度条件を設定可能なプローバに関する。   The present invention relates to a prober used for inspecting a plurality of semiconductor devices (chips) formed on a wafer by a tester, and more particularly to a prober capable of setting a temperature condition to be inspected.

半導体製造工程は、多数の工程を有し、品質保証及び歩留まりの向上のために、各種の製造工程で各種の検査が行われる。例えば、半導体ウエハ上に半導体装置の複数のチップが形成された段階で、各チップの半導体装置の電極パッドをテスタに接続し、テスタから電源及びテスト信号を供給し、半導体装置の出力する信号をテスタで測定して、正常に動作するかを電気的に検査するウエハレベル検査が行われている。   The semiconductor manufacturing process has a large number of processes, and various inspections are performed in various manufacturing processes in order to guarantee quality and improve yield. For example, when a plurality of chips of a semiconductor device are formed on a semiconductor wafer, electrode pads of the semiconductor device of each chip are connected to a tester, a power source and a test signal are supplied from the tester, and a signal output from the semiconductor device is Wafer level inspection is performed in which a tester is used to electrically inspect whether the device operates normally.

ウエハレベル検査の後、ウエハはフレームに貼り付けられ、ダイサで個別のチップに切断される。切断された各チップは、正常に動作することが確認されたチップのみが次の組み立て工程でパッケージ化され、動作不良のチップは組み立て工程から除かれる。更に、パッケージ化された最終製品は、出荷検査が行われる。   After wafer level inspection, the wafer is affixed to the frame and cut into individual chips with a dicer. For each chip that has been cut, only chips that have been confirmed to operate normally are packaged in the next assembly process, and defective chips are excluded from the assembly process. Further, the packaged final product is subjected to shipping inspection.

ウエハレベル検査は、ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブを接触させるプローバを使用して行われる。プローブはテスタの端子に電気的に接続され、テスタからプローブを介して各チップに電源及びテスト信号が供給されると共に各チップからの出力信号をテスタで検出して正常に動作するかを測定する。   The wafer level inspection is performed using a prober in which a probe is brought into contact with an electrode pad of each chip on the wafer. The probe is electrically connected to the terminal of the tester, and power and test signals are supplied from the tester to each chip via the probe, and the output signal from each chip is detected by the tester to measure whether it operates normally. .

プローバは、筐体と、チップが形成されたウエハを保持するウエハチャックと、配列されたプローブを有するプローブカードを保持するカードホルダと、筐体に固定されてカードホルダを保持するヘッドステージと、筐体に固定されてウエハチャックを移動する移動機構と、を有する。検査するウエハをウエハチャックに固定して、アライメントカメラで電極パッドの位置を検出して、プローブと電極パッドの位置関係を算出し、電極パッドがプローブに接触するように移動する。プローブと電極パッドの位置関係は、テスト用ウエハの電極パッドにプローブを接触させ、その接触跡を測定して位置関係を校正している。   The prober includes a housing, a wafer chuck that holds a wafer on which chips are formed, a card holder that holds a probe card having an array of probes, a head stage that is fixed to the housing and holds the card holder, A moving mechanism that is fixed to the housing and moves the wafer chuck. The wafer to be inspected is fixed to the wafer chuck, the position of the electrode pad is detected by an alignment camera, the positional relationship between the probe and the electrode pad is calculated, and the electrode pad moves so as to contact the probe. The positional relationship between the probe and the electrode pad is calibrated by contacting the probe with the electrode pad of the test wafer and measuring the contact trace.

近年、半導体装置(チップ)の高集積化に伴い電極パッドのサイズが小さくなっている。また、検査のスループットを向上するため、複数組みのプローブを設けて複数個のチップを同時に検査できるようにするマルチプロービングが行われており、同時に検査するチップ数も増大している。そのため、電極パッドとプローブを接触させる位置合わせの許容誤差が小さくなっており、プローバにおける移動の位置精度を高めることが求められている。   In recent years, the size of electrode pads has been reduced along with the high integration of semiconductor devices (chips). Further, in order to improve the inspection throughput, multi-probing is performed in which a plurality of sets of probes are provided so that a plurality of chips can be inspected at the same time, and the number of chips to be inspected simultaneously is also increasing. For this reason, the tolerance of alignment for bringing the electrode pad and the probe into contact with each other is small, and it is required to improve the positional accuracy of the movement in the prober.

また、半導体装置は各種の環境条件で正常に動作することが求められている。それに伴い、ウエハレベル検査において半導体装置の仕様に応じた温度条件、すなわち高温および低温での動作を検査できることが求められている。高温での検査を行うために、ウエハチャックにヒータを設け、ウエハチャックおよびそれに保持されたウエハを高温にすることが行われる。また、低温での検査を行うために、ウエハチャックを冷却するチラー機構を設け、ウエハチャックおよびそれに保持されたウエハを低温にすることが行われる。   In addition, semiconductor devices are required to operate normally under various environmental conditions. Along with this, it is demanded that the wafer level inspection can inspect the temperature conditions according to the specifications of the semiconductor device, that is, the operation at high and low temperatures. In order to perform inspection at a high temperature, a heater is provided in the wafer chuck, and the wafer chuck and the wafer held thereon are heated to a high temperature. In order to perform inspection at a low temperature, a chiller mechanism for cooling the wafer chuck is provided, and the wafer chuck and the wafer held by the chiller mechanism are cooled.

高温または低温での検査を可能にしたプローバについては、特許文献1および2などに記載されており、広く知られているので詳しい説明は省略する。   The prober that enables inspection at a high temperature or low temperature is described in Patent Documents 1 and 2 and is well known, and thus detailed description thereof is omitted.

上記のように、電極パッドとプローブを接触させる位置合わせの許容誤差が小さくなっている。一方、ウエハを高温または低温にして検査を行なう場合、温度変化に伴って電極パッドとプローブにずれを生じる。例えば、ウエハを定常温度から高温に変化させる場合、定常温度で電極パッドとプローブの位置関係を測定して位置合わせすることにより正しく接触させても、高温になった場合にはずれて正しく接触しない状態、すなわちプローブが電極パッドの外の部分と接触して正しい検査が行えないという問題が発生する。   As described above, the tolerance for alignment between the electrode pad and the probe is reduced. On the other hand, when the inspection is performed with the wafer at a high temperature or low temperature, the electrode pad and the probe are displaced as the temperature changes. For example, when changing the wafer temperature from a steady temperature to a high temperature, even if the contact is made correctly by measuring the positional relationship between the electrode pad and the probe at the steady temperature and the contact is made correctly when the temperature becomes high That is, there is a problem that the probe cannot contact the outside part of the electrode pad to perform correct inspection.

このような問題の発生を防止するために、高温で測定する場合には、ウエハをウエハチャックに保持した状態でウエハチャックを加熱し、ウエハチャックおよびウエハが高温の検査温度になり、しかも対向するプローブカード、カードホルダ、ヘッドステージなどの温度が安定してそれ以上大きな位置ずれが生じない状態まで待機し、その後ウエハの電極パッドとプローブの位置関係を測定し、プローブを電極パッドに接触させて検査を行う。また、温度が安定する前に検査を開始する時には、開始後頻繁に電極パッドとプローブの位置関係を測定して、位置関係の変化を補正することも行われている。このようにして、温度変化に伴うプローブと電極パッドの位置関係の変化が検査に影響しないようにしていた。   In order to prevent the occurrence of such a problem, when measuring at a high temperature, the wafer chuck is heated while the wafer is held on the wafer chuck, and the wafer chuck and the wafer are at a high inspection temperature and are opposed to each other. Wait until the temperature of the probe card, card holder, head stage, etc. is stable and no further displacement occurs, then measure the positional relationship between the electrode pad on the wafer and the probe, and bring the probe into contact with the electrode pad. Perform an inspection. Further, when the inspection is started before the temperature becomes stable, the positional relationship between the electrode pad and the probe is frequently measured after the start to correct the change in the positional relationship. In this way, the change in the positional relationship between the probe and the electrode pad accompanying the temperature change does not affect the inspection.

特開2001−319953号公報JP 2001-319953 A 特開2007−101345号公報JP 2007-101345 A

しかし、ウエハチャックおよびウエハが検査する高温になった後、周囲のプローブカード、カードホルダ、ヘッドステージなどの温度が安定するまでには非常に長時間を要し、スループットの低下をもたらす。プローバには高価なテスタを接続して検査するため、スループットの低下は検査コストの増加という問題を生じる。   However, it takes a very long time for the temperature of the surrounding probe card, card holder, head stage, and the like to stabilize after the wafer chuck and the wafer are heated to high temperatures, resulting in a decrease in throughput. Since an expensive tester is connected to the prober for inspection, a decrease in throughput causes a problem of increased inspection cost.

また、電極パッドとプローブの位置関係を頻繁に測定して位置関係を補正する方法も、位置関係の測定を行うのでスループットが低下し、上記と同様の問題を生じる。   Further, the method of frequently measuring the positional relationship between the electrode pad and the probe to correct the positional relationship also measures the positional relationship, so that the throughput is lowered and the same problem as described above is caused.

本発明は、スループットを低下させずに高温検査時の位置精度の維持を可能にしたプローバの実現を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a prober that can maintain positional accuracy during high temperature inspection without reducing throughput.

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、ヘッドステージとカードホルダとの間を断熱し、カードホルダを加熱可能に、ヘッドステージを冷却可能にし、ウエハチャックを加熱する時には、ヘッドステージを冷却して雰囲気温度に維持し、カードホルダをウエハチャックと同じ温度に加熱する。   In order to achieve the above object, the prober of the present invention insulates between the head stage and the card holder so that the card holder can be heated, the head stage can be cooled, and the head stage is cooled when the wafer chuck is heated. Then, the ambient temperature is maintained, and the card holder is heated to the same temperature as the wafer chuck.

すなわち、本発明のプローバは、筐体と、チップが形成されたウエハを保持するウエハチャックと、テスタの端子に接続され、前記ウエハの電極に接触するプローブを有するプローブカードを保持するカードホルダと、前記筐体に固定され、前記カードホルダを保持するヘッドステージと、前記ヘッドステージと前記カードホルダとの接続部分を断熱する断熱部と、前記筐体に固定され、前記ウエハチャックを前記プローブカードに対して移動する移動機構と、前記ウエハチャックを加熱するチャック加熱機構と、前記カードホルダを加熱するホルダ加熱機構と、前記ヘッドステージを冷却する冷却機構と、前記チャック加熱機構、前記ホルダ加熱機構および前記冷却機構を制御する温度制御部と、を備え、前記温度制御部は、前記チャック加熱機構で前記ウエハチャックを所定の高温度に加熱する時には、前記冷却機構で前記ヘッドステージを雰囲気温度に、前記ホルダ加熱機構で前記カードホルダを前記所定の高温度に加熱するように制御することを特徴とする。   That is, the prober of the present invention includes a housing, a wafer chuck that holds a wafer on which chips are formed, a card holder that holds a probe card that is connected to a terminal of a tester and has a probe that contacts the electrode of the wafer. A head stage fixed to the casing and holding the card holder; a heat insulating section that insulates a connecting portion between the head stage and the card holder; and the wafer chuck fixed to the casing and the probe card A moving mechanism that moves relative to the wafer, a chuck heating mechanism that heats the wafer chuck, a holder heating mechanism that heats the card holder, a cooling mechanism that cools the head stage, the chuck heating mechanism, and the holder heating mechanism And a temperature control unit that controls the cooling mechanism, and the temperature control unit includes the chuck When the wafer chuck is heated to a predetermined high temperature by a heating mechanism, the head stage is controlled to an ambient temperature by the cooling mechanism, and the card holder is controlled to be heated to the predetermined high temperature by the holder heating mechanism. It is characterized by.

本発明によれば、ヘッドステージとカードホルダは断熱され、ヘッドステージは雰囲気温度に維持されるので、カードホルダが検査温度と同じ高温になっても、ヘッドステージの温度は変化せず、位置ずれは抑制される。カードホルダはホルダ加熱機構により加熱されるので、短時間でウエハの検査温度と同じ温度になる。これはウエハチャックおよびウエハについても同様で、短時間で検査温度になる。プローブカードは、熱容量が小さいので、同様に短時間で検査温度になる。ウエハチャック、ウエハ、カードホルダおよびプローブカードが検査温度になると、ヘッドステージは雰囲気温度に維持されるので安定した状態になり、温度変化に起因する位置ずれは生じない。このように、短時間で安定した状態になり、検査を開始できるので、スループットが向上する。   According to the present invention, the head stage and the card holder are insulated, and the head stage is maintained at the ambient temperature. Therefore, even if the card holder reaches the same high temperature as the inspection temperature, the temperature of the head stage does not change and the position shifts. Is suppressed. Since the card holder is heated by the holder heating mechanism, it becomes the same temperature as the wafer inspection temperature in a short time. The same applies to the wafer chuck and the wafer, and the inspection temperature is reached in a short time. Since the probe card has a small heat capacity, it similarly reaches the inspection temperature in a short time. When the wafer chuck, the wafer, the card holder, and the probe card reach the inspection temperature, the head stage is maintained at the ambient temperature, so that the head stage is in a stable state, and there is no displacement due to temperature change. In this way, a stable state is achieved in a short time, and inspection can be started, so that throughput is improved.

低温でのウエハ検査を行わないプローバの場合には冷却機構を新たに設ける必要があるが、低温でのウエハ検査を行うプローバは、あらかじめウエハチャックの冷却機構を備えており、高温でウエハを検査する場合にはこのウエハチャックの冷却機構は使用されない。そこで、高温でウエハを検査する場合のヘッドステージの冷却機構として利用することが望ましい。そこで、冷却機構は、ウエハチャックを冷却するように切り替え可能であり、温度制御部は、ウエハチャックの冷却時には冷却機構をウエハチャックを冷却するように切り替え、ウエハチャックを所定の高温度に加熱する時には冷却機構をヘッドステージを冷却するように切り替える。   In the case of a prober that does not perform wafer inspection at a low temperature, it is necessary to newly provide a cooling mechanism. However, a prober that performs wafer inspection at a low temperature has a wafer chuck cooling mechanism in advance and inspects the wafer at a high temperature. In this case, the wafer chuck cooling mechanism is not used. Therefore, it is desirable to use it as a head stage cooling mechanism when inspecting a wafer at a high temperature. Therefore, the cooling mechanism can be switched to cool the wafer chuck, and the temperature control unit switches the cooling mechanism to cool the wafer chuck when the wafer chuck is cooled, and heats the wafer chuck to a predetermined high temperature. Sometimes the cooling mechanism is switched to cool the head stage.

本発明によれば、スループットを低下させずに、高温でのウエハレベル検査を高い位置精度で行えるようになり、検査コストを低減できる。   According to the present invention, it becomes possible to perform wafer level inspection at high temperature with high positional accuracy without reducing the throughput, and the inspection cost can be reduced.

図1は、本発明の実施形態のウエハレベル検査を行うシステムの概略構成を示す図である。ウエハレベル検査を行うシステムは、ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブを接触させるプローバ10と、プローブに電気的に接続され、電気的検査のために各チップに電源及びテスト信号を供給すると共に各チップからの出力信号を検出して正常に動作するかを測定するテスタ20とで構成される。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a system for performing wafer level inspection according to an embodiment of the present invention. A system for performing wafer level inspection includes a prober 10 for contacting a probe to an electrode pad of each chip on a wafer, and a power supply and a test signal to each chip for electrical inspection, while being electrically connected to the probe. It comprises a tester 20 that detects output signals from each chip and measures whether they operate normally.

図1において、基部11、側板12およびヘッドステージ13がプローバ10の筐体を構成する。側板12で支持される上板を設け、上板にヘッドステージ13を設ける場合もある。基部11上には、Z軸移動回転機構15を2次元平面内で移動するXY移動機構14が設けられ、Z軸移動回転機構15はウエハチャック16を支持してZ軸方向に移動すると共にZ軸の回りに配点する。ウエハチャック16は、真空吸着などによりウエハWを吸着して固定する。ウエハチャック16の内部には、ウエハチャック16を加熱して高温にするヒータ31と、ウエハチャック16を冷却して低温にする冷却ジャケット33と、が設けられている。   In FIG. 1, a base 11, a side plate 12, and a head stage 13 constitute a housing of the prober 10. In some cases, an upper plate supported by the side plate 12 is provided, and the head stage 13 is provided on the upper plate. On the base 11, an XY moving mechanism 14 for moving the Z-axis moving / rotating mechanism 15 in a two-dimensional plane is provided. Scoring around the axis. The wafer chuck 16 sucks and fixes the wafer W by vacuum suction or the like. Provided inside the wafer chuck 16 are a heater 31 that heats the wafer chuck 16 to a high temperature, and a cooling jacket 33 that cools the wafer chuck 16 to a low temperature.

ヘッドステージ13には、断熱部18を介してカードホルダ17が固定される。カードホルダ17に、電極パッドに接触するプローブ20を有するプローブカード19が交換可能に取り付けられる。プローブカード19は、検査する半導体装置(チップ)に応じて製作される。テスタ20を構成するテスタ本体22の端子は、カードユニット21の多数の接続ピンを介して、プローブカード19の端子に接続される。これにより、テスタ本体22の端子は、プローブ20と電気的に接続された状態となる。   A card holder 17 is fixed to the head stage 13 via a heat insulating portion 18. A probe card 19 having a probe 20 that contacts the electrode pad is replaceably attached to the card holder 17. The probe card 19 is manufactured according to the semiconductor device (chip) to be inspected. The terminals of the tester body 22 constituting the tester 20 are connected to the terminals of the probe card 19 through a large number of connection pins of the card unit 21. As a result, the terminals of the tester main body 22 are electrically connected to the probe 20.

ヘッドステージ13には、ヘッドステージ13を冷却する冷却ジャケット34が設けられる。図2は、ヘッドステージ13における冷却ジャケット34の配置を示す図である。円形の断熱部18の内側は円形の穴になっており、カードホルダ17が取り付けられ、図示していない固定部材で固定される。冷却ジャケット34は、穴の周りの4箇所に配置される。参照番号35は、バルブ44を介してチラー装置43から供給される冷却液の流路を形成する配管で、2個の冷却ジャケット34を循環するように構成されている。   The head stage 13 is provided with a cooling jacket 34 for cooling the head stage 13. FIG. 2 is a view showing the arrangement of the cooling jacket 34 in the head stage 13. The inside of the circular heat insulating portion 18 is a circular hole, and the card holder 17 is attached and fixed by a fixing member (not shown). The cooling jacket 34 is disposed at four locations around the hole. Reference numeral 35 is a pipe that forms a flow path of the coolant supplied from the chiller device 43 via the valve 44 and is configured to circulate through the two cooling jackets 34.

図1に戻り、カードホルダ17には、カードホルダ17を加熱して高温にするヒータ32が設けられる。さらに、ウエハチャック16には温度センサ51が、カードホルダ17には温度センサ52が、ヘッドステージ13には温度センサ53が、設けられ、それぞれの箇所の温度を検出する。   Returning to FIG. 1, the card holder 17 is provided with a heater 32 that heats the card holder 17 to raise the temperature. Further, a temperature sensor 51 is provided on the wafer chuck 16, a temperature sensor 52 is provided on the card holder 17, and a temperature sensor 53 is provided on the head stage 13, and detects the temperature at each location.

プローバ10の内部または外部に付属して、温度調整部41と、ヒータ電源42と、チラー装置43と、チラー装置43から冷却ジャケット34へ冷却液を供給するか否かを切り替えるバルブ44と、チラー装置43から冷却ジャケット33へ冷却液を供給するか否かを切り替えるバルブ45と、が設けられる。温度調整部41は、温度センサ51〜53の検出した温度を取り込み、所定のシーケンスおよび検出した温度に基づいてヒータ電源42およびチラー装置43を制御する。   A temperature adjustment unit 41, a heater power source 42, a chiller device 43, a valve 44 for switching whether or not the coolant is supplied from the chiller device 43 to the cooling jacket 34, and a chiller attached to the prober 10 inside or outside. And a valve 45 for switching whether or not to supply the coolant from the apparatus 43 to the cooling jacket 33. The temperature adjustment unit 41 takes in the temperature detected by the temperature sensors 51 to 53 and controls the heater power source 42 and the chiller device 43 based on a predetermined sequence and the detected temperature.

図示していないが、ヘッドステージ13(または側板12)には、ウエハWの電極パッドの位置を検出するウエハアライメントカメラが設けられ、ウエハチャック16にはプローブ20の位置を検出するプローブ位置カメラが設けられる。位置を検出した電極パッドを位置を検出したプローブ20に接触させることにより付いた針跡をウエハアライメントカメラで検出することにより、ウエハアライメントカメラとプローブ位置カメラの相対位置が校正される。   Although not shown, the head stage 13 (or the side plate 12) is provided with a wafer alignment camera that detects the position of the electrode pad of the wafer W, and the wafer chuck 16 has a probe position camera that detects the position of the probe 20. Provided. The relative position between the wafer alignment camera and the probe position camera is calibrated by detecting the trace of the needle attached by bringing the electrode pad that has detected the position into contact with the probe 20 that has detected the position.

プローバの動作については広く知られているので、これ以上の詳しい説明は省略する。   Since the operation of the prober is widely known, further detailed explanation is omitted.

以下、実施形態のプローバにおける高温での検査の場合の温度調整部41の制御動作について説明する。なお、低温での検査は、従来例と同様に、バルブ45を開いてウエハチャック16の冷却ジャケット33に冷却液を供給してウエハチャック16を低温にすることにより行う。この時、バルブ44は閉じられて冷却ジャケット34に冷却液は供給されず。ヒータ31および32にも電源は供給されず、ヒータ31および32は動作しない。従って、低温検査時には、従来と同様に、各部の温度が平衡状態になるまで待機してから検査を開始するか、頻繁に位置ずれを検出して位置補正(校正動作)を行う必要がある。   Hereinafter, the control operation of the temperature adjustment unit 41 in the case of inspection at a high temperature in the prober of the embodiment will be described. The inspection at a low temperature is performed by opening the valve 45 and supplying a cooling liquid to the cooling jacket 33 of the wafer chuck 16 to lower the temperature of the wafer chuck 16 as in the conventional example. At this time, the valve 44 is closed and the cooling liquid is not supplied to the cooling jacket 34. No power is supplied to the heaters 31 and 32, and the heaters 31 and 32 do not operate. Therefore, at the time of low-temperature inspection, it is necessary to wait until the temperatures of the respective parts reach an equilibrium state before starting inspection, or to frequently detect misalignment and perform position correction (calibration operation).

高温での検査時には、バルブ45を閉じてウエハチャック16の冷却ジャケット33には冷却液を供給しないようにする。ヒータ電源42からヒータ31および32に電源を供給して加熱し、温度センサ51および52の検出した温度に基づいて、ウエハチャック16およびカードホルダ17の温度を、検査温度(例えば150°C)になるように供給する電力を変化させるフィードバック制御する。これと共に、バルブ44を開いてヘッドステージ13の冷却ジャケット33には冷却液を供給し、温度センサ53の検出した温度に基づいて、ヘッドステージ13の温度を変化しないように、すなわち開始時の雰囲気温度に維持するようにフィードバック制御する。この制御は、チラー装置43の供給する冷却液の温度を変化させ、供給する冷却液の量を変化させることにより行う。   During the inspection at a high temperature, the valve 45 is closed so that the cooling liquid is not supplied to the cooling jacket 33 of the wafer chuck 16. The heater power supply 42 supplies power to the heaters 31 and 32 to heat them, and based on the temperatures detected by the temperature sensors 51 and 52, the temperature of the wafer chuck 16 and the card holder 17 is set to the inspection temperature (for example, 150 ° C.). Feedback control is performed to change the power to be supplied. At the same time, the coolant is supplied to the cooling jacket 33 of the head stage 13 by opening the valve 44 so as not to change the temperature of the head stage 13 based on the temperature detected by the temperature sensor 53, that is, the atmosphere at the start. Feedback control is performed to maintain the temperature. This control is performed by changing the temperature of the coolant supplied from the chiller device 43 and changing the amount of coolant supplied.

実施形態では、ヘッドステージ13とカードホルダ17は断熱部18で断熱され、ヘッドステージ13は雰囲気温度に維持されるので、カードホルダ17が高温になっても、ヘッドステージ13の温度は変化せず、ヘッドステージ13の温度変化に起因する位置ずれは抑制される。カードホルダ17はヒータ32により加熱されるので、短時間でウエハWの検査温度と同じ温度になる。これはウエハチャック16およびウエハWについても同様で、ヒータ31により加熱されるので短時間で検査温度になる。プローブカード19は、熱容量が小さいので、同様に短時間で検査温度になる。ウエハチャック16、ウエハW、カードホルダ17およびプローブカード19が検査温度になると、ヘッドステージ13は雰囲気温度に維持されるので安定した状態になり、温度変化に起因する位置ずれは生じない。このように、短時間で安定した状態になり、検査を開始できる。これにより検査のスループットが向上する。   In the embodiment, the head stage 13 and the card holder 17 are thermally insulated by the heat insulating portion 18 and the head stage 13 is maintained at the ambient temperature. Therefore, even if the card holder 17 becomes high temperature, the temperature of the head stage 13 does not change. In addition, the displacement due to the temperature change of the head stage 13 is suppressed. Since the card holder 17 is heated by the heater 32, the temperature becomes the same as the inspection temperature of the wafer W in a short time. The same applies to the wafer chuck 16 and the wafer W, and since the heating is performed by the heater 31, the inspection temperature is reached in a short time. Since the probe card 19 has a small heat capacity, it similarly reaches the inspection temperature in a short time. When the wafer chuck 16, the wafer W, the card holder 17, and the probe card 19 reach the inspection temperature, the head stage 13 is maintained at the atmospheric temperature, so that the head stage 13 is in a stable state, and there is no displacement due to temperature changes. In this way, it becomes stable in a short time, and inspection can be started. This improves the inspection throughput.

ここで、断熱部18、ヒータ32および冷却ジャケット34が設けられていない従来例の場合について説明する。ヒータ31によりウエハチャック16が加熱されて検査温度になり、それに伴いウエハWも検査温度になる。この時、プローブカード19、カードホルダ17およびヘッドステージ13も、ウエハチャック16およびウエハWからの放射により徐々に温度が上昇する。温度上昇はウエハチャック16およびウエハWに近いプローブカード19の方がカードホルダ17より大きく、ヘッドステージ13の温度上昇が最も緩やかである。各部の温度上昇に伴いプローブ20とウエハWの電極パッドの相対位置が変化する。例えば、ヘッドステージ13はカードホルダ17を支持しており、ヘッドステージ13が熱膨張により伸長するとそれに伴ってカードホルダ17およびプローブカード19の位置も変化する。従って、ヘッドステージ13が熱的に安定せずに温度が変化する間プローブ20の位置が変化することになる。上記のように、ヘッドステージ13の温度上昇は緩やかであり、安定するまでに長時間を要する。   Here, the case of the conventional example in which the heat insulation part 18, the heater 32, and the cooling jacket 34 are not provided is demonstrated. The wafer chuck 16 is heated by the heater 31 to the inspection temperature, and the wafer W is also brought to the inspection temperature. At this time, the temperature of the probe card 19, the card holder 17, and the head stage 13 also gradually rises due to radiation from the wafer chuck 16 and the wafer W. The temperature rise of the probe card 19 near the wafer chuck 16 and the wafer W is larger than that of the card holder 17, and the temperature rise of the head stage 13 is the slowest. The relative positions of the probe 20 and the electrode pad of the wafer W change as the temperature of each part rises. For example, the head stage 13 supports the card holder 17, and when the head stage 13 expands due to thermal expansion, the positions of the card holder 17 and the probe card 19 change accordingly. Therefore, the position of the probe 20 changes while the temperature changes without the head stage 13 being thermally stabilized. As described above, the temperature rise of the head stage 13 is moderate, and it takes a long time to stabilize.

図3は、従来例において、ウエハWを200°Cにする場合の、プローブ20の先端位置の変化を測定した結果を示す。ひし形がX方向の位置変化を、正方形がY方向の位置変化を、三角形がZ方向の位置変化を示す。この図から、X方向の位置は2時間程度変化して約20μmずれた位置で安定し、Y方向の位置は約−60μmずれた位置に安定するまで7時間以上要し、Z方向の位置は約−70μmまで1時間程度変化した後徐々に正方向に変化することが分かる。なお、Z方向の変化は、プローブ20の電極パッドとの接触圧の変化となって現れるが、これはウエハチャックにかかる圧力を検出してウエハチャックのZ方向に位置を変化することにより調整可能であり、実用上は問題にはならない。問題になるのはXおよびY方向の位置変化で、現状では電極パッドのサイズは、1辺が50μm程度になっており、位置ずれの許容範囲は20μm程度であり、図3では待機時間を5時間以上にもする必要があった。そのため、プローブ20と電極パッドの位置関係の校正を頻繁に行って検査を行っていた。   FIG. 3 shows a result of measuring a change in the tip position of the probe 20 when the wafer W is set to 200 ° C. in the conventional example. A rhombus indicates a change in position in the X direction, a square indicates a change in position in the Y direction, and a triangle indicates a change in position in the Z direction. From this figure, the position in the X direction changes for about 2 hours and stabilizes at a position shifted by about 20 μm, the position in the Y direction takes 7 hours or more to stabilize at a position shifted by about −60 μm, and the position in the Z direction is It turns out that it changes to a positive direction gradually, after changing to about -70 micrometers for about 1 hour. The change in the Z direction appears as a change in the contact pressure of the probe 20 with the electrode pad, which can be adjusted by detecting the pressure applied to the wafer chuck and changing the position of the wafer chuck in the Z direction. It is not a problem in practical use. The problem is the positional change in the X and Y directions. At present, the size of the electrode pad is about 50 μm on one side, the allowable range of positional deviation is about 20 μm, and in FIG. I needed to do more than that. Therefore, the inspection of the positional relationship between the probe 20 and the electrode pad is frequently performed.

図4は、本実施形態のプローバにおいて、ウエハWを200°Cにする場合の、プローブ20の先端位置の変化を測定した結果を示す。図示のように、Z方向の位置は約−70μmまで1時間程度変化した後安定し、XおよびY方向の位置の変化は非常に緩やかで、最大でも20μm以下である。図3と比べても、XおよびY方向の位置の変化が非常に小さくなっていることが分かる。従って、ウエハWが検査温度になったら直ぐに検査を開始することが可能であり、スループットが向上する。また、位置ずれの許容範囲が小さい場合でも、位置変化が緩やかなので、校正を行う頻度を少なくでき、スループットが向上する。   FIG. 4 shows the result of measuring the change in the tip position of the probe 20 when the wafer W is set to 200 ° C. in the prober of this embodiment. As shown in the figure, the position in the Z direction becomes stable after changing to about −70 μm for about 1 hour, and the change in the position in the X and Y directions is very gradual, and is 20 μm or less at the maximum. Compared to FIG. 3, it can be seen that the change in position in the X and Y directions is very small. Therefore, the inspection can be started as soon as the wafer W reaches the inspection temperature, and the throughput is improved. Even when the allowable range of positional deviation is small, the position change is slow, so the frequency of calibration can be reduced and the throughput is improved.

以上、本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。例えば、上記の実施形態では、低温での検査も可能なプローバを例として説明し、ウエハチャックを冷却するチラー装置をヘッドステージの冷却に兼用する例を説明した。もし低温での検査を行わない常温および高温専用のプローバの場合には、新たにチラー装置を設ける必要がある。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, a prober capable of performing inspection at a low temperature has been described as an example, and an example in which a chiller device that cools a wafer chuck is also used for cooling a head stage has been described. In the case of a prober dedicated to room temperature and high temperature that does not perform inspection at low temperature, it is necessary to newly install a chiller device.

本発明は、ウエハの検査を行う場合に使用するプローバで、ウエハを高温にして検査を行うプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。   The present invention can be applied to any prober that is used when a wafer is inspected and is a prober that inspects a wafer at a high temperature.

本発明の実施形態のウエハレベル検査システムの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wafer level inspection system according to an embodiment of the present invention. ヘッドステージにおける冷却ジャケットの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the cooling jacket in a head stage. 従来例における温度変化に伴うプローブ先端位置の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the probe tip position accompanying the temperature change in a prior art example. 実施形態における温度変化に伴うプローブ先端位置の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the probe tip position accompanying the temperature change in embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

13 ヘッドステージ
16 ウエハチャック
17 カードホルダ
18 断熱部
19 プローブカード
20 プローブ
31 ヒータ
32 ヒータ
33 冷却ジャケット
34 冷却ジャケット
41 温度調整部
42 ヒータ電源
43 チラー装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Head stage 16 Wafer chuck 17 Card holder 18 Heat insulation part 19 Probe card 20 Probe 31 Heater 32 Heater 33 Cooling jacket 34 Cooling jacket 41 Temperature adjustment part 42 Heater power supply 43 Chiller device

Claims (2)

筐体と、
チップが形成されたウエハを保持するウエハチャックと、
テスタの端子に接続され、前記ウエハの電極に接触するプローブを有するプローブカードを保持するカードホルダと、
前記筐体に固定され、前記カードホルダを保持するヘッドステージと、
前記ヘッドステージと前記カードホルダとの接続部分を断熱する断熱部と、
前記筐体に固定され、前記ウエハチャックを前記プローブカードに対して移動する移動機構と、
前記ウエハチャックを加熱するチャック加熱機構と、
前記カードホルダを加熱するホルダ加熱機構と、
前記ヘッドステージを冷却する冷却機構と、
前記チャック加熱機構、前記ホルダ加熱機構および前記冷却機構を制御する温度制御部と、を備え、
前記温度制御部は、前記チャック加熱機構で前記ウエハチャックを所定の高温度に加熱する時には、前記冷却機構で前記ヘッドステージを雰囲気温度に、前記ホルダ加熱機構で前記カードホルダを前記所定の高温度に加熱するように制御することを特徴とするプローバ。
A housing,
A wafer chuck for holding a wafer on which chips are formed;
A card holder for holding a probe card having a probe connected to a terminal of a tester and contacting an electrode of the wafer;
A head stage fixed to the housing and holding the card holder;
A heat insulating part that insulates a connection part between the head stage and the card holder;
A moving mechanism fixed to the housing and moving the wafer chuck relative to the probe card;
A chuck heating mechanism for heating the wafer chuck;
A holder heating mechanism for heating the card holder;
A cooling mechanism for cooling the head stage;
A temperature controller that controls the chuck heating mechanism, the holder heating mechanism, and the cooling mechanism, and
When the wafer heating unit is heated to a predetermined high temperature by the chuck heating mechanism, the temperature control unit sets the head stage to an ambient temperature by the cooling mechanism and the card holder by the holder heating mechanism. A prober characterized by being controlled to heat.
前記冷却機構は、前記ウエハチャックを冷却するように切り替え可能であり、
前記温度制御部は、前記ウエハチャックの冷却時には前記冷却機構を前記ウエハチャックを冷却するように切り替え、前記ウエハチャックを所定の高温度に加熱する時には前記冷却機構を前記ヘッドステージを冷却するように切り替える請求項1に記載のプローバ。
The cooling mechanism is switchable to cool the wafer chuck;
The temperature control unit switches the cooling mechanism to cool the wafer chuck when the wafer chuck is cooled, and cools the head stage to cool the head stage when the wafer chuck is heated to a predetermined high temperature. The prober according to claim 1 to be switched.
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