特許 7534047 検査装置の制御方法及び検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】検査装置の制御方法及び検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240806BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020202986

(22)【出願日】2020-12-07

(65)【公開番号】P2022090538

(43)【公開日】2022-06-17

【審査請求日】2023-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】阿川 裕晃

(72)【発明者】

【氏名】小林 将人

(72)【発明者】

【氏名】河西 繁

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１２９０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３５３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２１４８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６３５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４５２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０２６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０３２７２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００３３６６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２０４８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２０８１９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査体を載置するチャックと、
前記被検査体に電力を供給して前記被検査体を検査するテスターと、
前記チャックの温度を制御する制御部と、を備える検査装置の制御方法であって、
前記被検査体の実温度のフィードバックができない場合、前記被検査体の発熱量に基づいて、前記チャックの温度と前記被検査体の温度との温度差を推定し、
前記被検査体の目標温度と前記温度差とに基づいて、前記チャックの目標温度を補正し、
補正された前記チャックの目標温度と前記チャックの実温度に基づいて、前記チャックの温度を制御する、
検査装置の制御方法。

【請求項2】

前記被検査体の実温度のフィードバックができる場合、前記被検査体の実温度と前記チャックの実温度とに基づいて、前記チャックの温度と前記被検査体の温度との温度差を算出し、
前記被検査体の目標温度と前記温度差とに基づいて、前記チャックの目標温度を補正し、
補正された前記チャックの目標温度と前記チャックの実温度に基づいて、前記チャックの温度を制御する、
請求項１に記載の検査装置の制御方法。

【請求項3】

前記被検査体の実温度のフィードバックができる場合、前記チャックの実温度と前記被検査体の実温度との温度差と、前記被検査体の発熱量と、に基づいて、前記発熱量と前記温度差との対応を示すパラメータを更新する、
請求項２に記載の検査装置の制御方法。

【請求項4】

前記パラメータは、前記発熱量と前記温度差とのゲイン係数である、
請求項３に記載の検査装置の制御方法。

【請求項5】

前記パラメータは、前記発熱量と前記温度差との一次遅れ関数の係数である、
請求項３に記載の検査装置の制御方法。

【請求項6】

前記パラメータは、前記チャックの温度を検出するセンサと前記被検査体の中心との距離の関数で定義される、
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の検査装置の制御方法。

【請求項7】

前記パラメータは、前記被検査体の位置ごとに定義される、
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の検査装置の制御方法。

【請求項8】

被検査体を載置するチャックと、
前記被検査体に電力を供給して前記被検査体を検査するテスターと、
前記チャックの温度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記被検査体の実温度のフィードバックができない場合、前記被検査体の発熱量に基づいて、前記チャックの温度と前記被検査体の温度との温度差を推定し、
前記被検査体の目標温度と前記温度差とに基づいて、前記チャックの目標温度を補正し、
補正された前記チャックの目標温度と前記チャックの実温度に基づいて、前記チャックの温度を制御する、検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検査装置の制御方法及び検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスが形成されたウエハや電子デバイスが配置されたキャリアを載置台に載置して、電子デバイスに対し、テスターからプローブ等を介して電流を供給することで、電子デバイスの電気的特性を検査する検査装置が知られている。載置台内の冷却機構や加熱機構によって、電子デバイスの温度が制御される。

【0003】

特許文献１には、被検査チップにおける温度測定用の素子と接続された電極パッドにプローブ針を接触させ、温度測定用の素子の各電極に対応する電極パッド間の電位差に基づいて被検査チップの温度を検出する温度検出部を備えるプローバが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１０２６４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、テストフローとの兼ね合いから温度測定用の素子を用いて電子デバイスの温度を常時検出することは困難である。また、電子デバイスの発熱量が大きい場合、電子デバイスと載置台との温度差が大きくなり、載置台に設けられた温度センサで電子デバイスの温度を制御することは困難である。

【0006】

一の側面では、本開示は、被検査体の温度制御性を向上する検査装置の検査方法及び検査装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、被検査体を載置するチャックと、前記被検査体に電力を供給して前記被検査体を検査するテスターと、前記チャックの温度を制御する制御部と、を備える検査装置の制御方法であって、前記被検査体の実温度のフィードバックができない場合、前記被検査体の発熱量に基づいて、前記チャックの温度と前記被検査体の温度との温度差を推定し、前記被検査体の目標温度と前記温度差とに基づいて、前記チャックの目標温度を補正し、補正された前記チャックの目標温度と前記チャックの実温度に基づいて、前記チャックの温度を制御する、検査装置の制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、被検査体の温度の均一性を向上させる検査装置及び検査装置の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る検査装置の構成を説明する断面模式図。

【図2】チャックの温度制御を説明するブロック図の一例。

【図3】温度推定部を説明するブロック図の一例。

【図4】パラメータの調整方法を説明するグラフの一例。

【図5】パラメータの調整方法を説明する図の一例。

【図6】無駄時間補償部を説明するブロック図の一例。

【図7】電子デバイスの温度及びチャックの温度の時間変化を示すグラフの一例。

【図8】パラメータの構成を説明するブロック図の一例。

【図9】電子デバイスの温度及びチャックの温度の時間変化を示すグラフの他の一例。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

＜検査装置＞
本実施形態に係る検査装置１０について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る検査装置１０の構成を説明する断面模式図の一例である。

【0012】

検査装置１０は、ウエハ（基板）Ｗに形成された複数の電子デバイス（被検査体、ＤＵＴ；Device Under Test）の各々の電気的特性の検査を行う装置である。なお、被検査体を有する基板は、ウエハＷに限られるものではなく、電子デバイスが配置されたキャリア、ガラス基板、チップ単体などを含む。検査装置１０は、ウエハＷを載置するチャック１１を収容する収容室１２と、収容室１２に隣接して配置されるローダ１３と、収容室１２を覆うように配置されるテスター１４と、を備える。

【0013】

収容室１２は、内部が空洞の筐体形状を有する。収容室１２の内部には、ウエハＷを載置するチャック１１と、チャック１１に対向するように配置されるプローブカード１５と、が収容される。プローブカード１５は、ウエハＷの各電子デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに対応して配置された多数の針状のプローブ（接触端子）１６を有する。

【0014】

チャック１１は、ウエハＷをチャック１１へ固定する固定機構（図示せず）を有する。これにより、チャック１１に対するウエハＷの相対位置の位置ずれを防止する。また、収容室１２には、チャック１１を水平方向及び上下方向に移動させる移動機構（図示せず）が設けられる。これにより、プローブカード１５及びウエハＷの相対位置を調整して各電子デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプをプローブカード１５の各プローブ１６へ接触させる。また、チャック１１には、温度センサ１１ｃが設けられている。また、チャック１１には、ヒータ、冷却器等の温度制御器１１ｄを備える。温度センサ１１ｃで検出したチャック１１の温度の情報は、制御部２０に送信される。温度制御器１１ｄは、制御部２０によって制御される。

【0015】

ローダ１３は、搬送容器であるＦＯＵＰ（図示せず）から電子デバイスが配置されたウエハＷを取り出して収容室１２の内部のチャック１１へ載置し、また、検査が行われたウエハＷをチャック１１から除去してＦＯＵＰへ収容する。

【0016】

プローブカード１５は、インターフェース１７を介してテスター１４へ接続され、各プローブ１６がウエハＷの各電子デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに接触する際、各プローブ１６はテスター１４からインターフェース１７を介して電子デバイスへ電力を供給し、若しくは、電子デバイスからの信号をインターフェース１７を介してテスター１４へ伝達する。

【0017】

テスター１４は、電子デバイスが搭載されるマザーボードの回路構成の一部を再現するテストボード（図示しない）を有し、テストボードは電子デバイスからの信号に基づいて電子デバイスの良否を判断するテスターコンピュータ１８に接続される。テスター１４ではテストボードを取り替えることにより、複数種のマザーボードの回路構成を再現することができる。

【0018】

テスター１４は、プローブ１６を介して電子デバイスに電力を供給する電力供給部１４ａを有する。テスター１４は、電子デバイスに供給する電力の情報を制御部２０に送信する。

【0019】

テスター１４は、電子デバイスの温度を検出する温度検出部１４ｂを有する。ウエハＷには、温度測定用の素子１４ｃが設けられている。温度測定用の素子１４ｃは、例えばダイオード等であって、温度に応じて電位差が変位する素子である。温度検出部１４ｂは、プローブ１６を介して素子１４ｃの両端子間の電位差を測定し、電位差に基づいて素子１４ｃの温度を検出する。テスター１４は、素子１４ｃで検出した電子デバイスの温度の情報を制御部２０に送信する。

【0020】

制御部２０は、チャック１１の温度制御器１１ｄを制御することで、チャック１１の温度を制御する。

【0021】

次に、制御部２０について図２を用いて説明する。図２は、チャック１１の温度制御を説明するブロック図の一例である。

【0022】

制御部２０は、目標温度生成部２１と、温度差推定部２２と、無駄時間補償部２４と、セレクタ２５と、モデル追従コントローラ２７と、を有する。ここで、制御部２０には、温度センサ１１ｃで検出したチャック１１の実温度（チャック温度Ｔchuck）が入力される。また、制御部２０には、温度検出部１４ｂで検出した検査対象の電子デバイス（ＤＵＴ）の実温度（ＤＵＴ温度Ｔ_DUT）が入力される。ただし、ＤＵＴ温度Ｔ_DUTは、テストフローによっては取得不能な温度である。また、制御部２０には、電力供給部１４ａから検査対象の電子デバイスに供給した電力に関する情報が入力される。ここで、供給した電力に基づいて、検査対象の電子デバイスの発熱量（ＤＵＴ発熱量Ｈ_DUT）を推定することができる。図２の例では、ＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTが制御部２０に入力されるものとして説明する。

【0023】

制御部２０には、電子デバイスの設定温度が入力される。例えば、テスターコンピュータ１８から制御部２０に設定温度が入力される。また、制御部２０には、切替信号が入力される。切替信号は、ＤＵＴ温度Ｔ_DUTが取得できるテストフローであるか否かを示す信号である。例えば、テスターコンピュータ１８から制御部２０に切替信号が入力される。

【0024】

目標温度生成部（デバイス目標温度生成部）２１は、電子デバイスの目標温度Ｔ０を生成する。具体的には、目標温度生成部２１には、テスターコンピュータ１８から電子デバイスの設定温度が入力される。また、目標温度生成部２１は、設定温度と、目標温度Ｔ０の時間変化と、を対応付けした参照モデルを有する。目標温度生成部２１は、入力される電子デバイスの設定温度及び参照モデルに基づいて、電子デバイスの目標温度Ｔ０を生成する。

【0025】

温度差推定部２２は、電子デバイスとチャック１１との温度差の推定値（温度差推定値ΔＴ１）を推定する。具体的には、温度差推定部２２は、ＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTに基づいて、電子デバイスとチャック１１との温度差推定値ΔＴ１を推定する。

【0026】

図３は、温度差推定部２２を説明するブロック図の一例である。図３（ａ）に示すように、温度差推定部２２は、ＤＵＴ発熱量にパラメータ（定常ゲイン）Ｋを掛けることで温度差推定値ΔＴ１を推定する構成であってもよい。また、図３（ｂ）に示すように、温度差推定部２２は、一次遅れ関数により温度差推定値ΔＴ１を推定する構成であってもよい。即ち、パラメータは定常ゲインＫに加え、時定数１／ａも指定する。一次遅れを使うことにより、温度変化の動特性を考慮した制御ができる。

【0027】

図４は、パラメータの調整方法を説明するグラフの一例である。ここで、定常ゲインＫは、チャック１１上の電子デバイスの位置に依存する。また、図４の横軸は電子デバイスの中心からの距離を示し、縦軸はパラメータＫを示す。

【0028】

ここで、電子デバイスが発熱することにより生じる温度変化は、概ね電子デバイスの中心からの距離に反比例する。したがって、チャック１１内の温度センサ１１ｃの位置と検査対象の電子デバイスの中心との距離をｒとして、パラメータＫは、
Ｋ＝ａ／ｒ＋ｂ
の式で表すことができる。なお、ａ，ｂは装置に固有のパラメータである。また、距離ｒが小さい範囲（ｒ＜ｒｃ）では、
Ｋ＝ａ／ｒｃ＋ｂ
の式で表すことができる。

【0029】

図５は、パラメータＫの調整方法を説明する図の一例である。図４に示す方法では、定常ゲインＫは距離ｒで推定するものとして説明したが、図５に示すように、各電子デバイスの位置ごとに、パラメータＫ１、Ｋ２、Ｋ３、…をあらかじめ設定してもよい。これにより、温度差推定部２２で推定される温度差推定値ΔＴ１の推定精度を向上させることができる。

【0030】

図２に戻り、減算器（実温度差算出部）２３は、電子デバイスとチャック１１との温度差（温度差実測値ΔＴ２）を算出する。具体的には、減算器２３は、電子デバイスの実温度（ＤＵＴ温度Ｔ_DUT）と、チャック１１の実温度（チャック温度Ｔ_chuck）との温度差実測値ΔＴ２を算出する。

【0031】

無駄時間補償部２４は、温度差実測値ΔＴ２を無駄時間補償した電子デバイスとチャック１１との温度差（温度差補償値ΔＴ２ａ）を推定する。

【0032】

図６は、無駄時間補償部２４を説明するブロック図の一例である。図６に示す無駄時間補償部２４は、一般的なスミス補償器と同様である。スミス補償を行うことで、外乱が入力され応答するまでの間の温度差ΔＴを推定値で補うことができる。

【0033】

無駄時間補償部２４は、温度差推定部２４１と、遅れ処理部２４２と、減算器２４３と、加算器２４４と、を有する。温度差推定部２４１は、ＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTに基づいて、電子デバイスとチャック１１との温度差を推定する。遅れ処理部２４２は、温度差推定部２４１で推定された電子デバイスとチャック１１との温度差をｎステップ遅れで出力する。減算器２４３は、温度差実測値ΔＴ２と遅れ処理部２４２の出力値との差を算出する。加算器２４４は、温度差推定部２４１の出力値と減算器２４３の出力値との和を算出し、温度差補償値ΔＴ２ａとして出力する。

【0034】

このような構成により、電子デバイスに電源供給を開始してからｎステップの間においては、遅延により温度差実測値ΔＴ２は変化しない。このため、無駄時間補償部２４は、温度差推定部２４１の温度差推定値を温度差補償値ΔＴ２ａとして出力する。そして、電子デバイスの温度が定常状態となると、減算器２４３で減算される遅れ処理部２４２の出力値と加算器２４４で加算される温度差推定部２４１の出力値とが打ち消し合う。このため、無駄時間補償部２４は、温度差実測値ΔＴ２を温度差補償値ΔＴ２ａとして出力する。

【0035】

図２に戻り、セレクタ２５は、温度差推定部２２の温度差推定値ΔＴ１と、無駄時間補償部２４の温度差補償値ΔＴ２ａとが入力され、いずれか一方の値を出力する。セレクタ２５は、切替信号が入力される。温度検出部１４ｂでＤＵＴ温度が検出できる場合、セレクタ２５は、無駄時間補償部２４の温度差補償値ΔＴ２ａを出力する。一方、温度検出部１４ｂでＤＵＴ温度が検出できない場合、セレクタ２５は、温度差推定部２２の温度差推定値ΔＴ１を出力する。

【0036】

図２に戻り、減算器（チャック目標温度生成部）２６は、電子デバイスの目標温度Ｔ０から電子デバイスとチャック１１との温度差（ΔＴ１またはΔＴ２ａ）を減算することにより、チャック１１の目標温度を算出する。

【0037】

モデル追従コントローラ２７は、チャック１１の目標温度（減算器２６の出力値）とチャック１１の実温度（チャック温度Ｔ_chuck）に基づいて、チャック１１の温度制御器１１ｄをモデル追従制御する。

【0038】

次に、本実施形態に係る検査装置１０を用いた電子デバイスの温度制御について、図７を用いて説明する。図７は、電子デバイスの温度Ｔ_DUT及びチャック１１の温度Ｔ_chuckの時間変化を示すグラフの一例である。なお、図７のグラフにおいて、電子デバイスの温度Ｔ_DUTを破線で示し、チャック１１の温度Ｔ_chuckを実線で示す。

【0039】

まず、チャック１１及び電子デバイスは、設定温度まで昇温される。その後、電子デバイスに電力を供給（Ｓ１０１～Ｓ１０３）して検査を行う。

【0040】

ステップＳ１０１は、テストフローとの兼ね合いから温度測定用の素子１４ｃを用いて電子デバイスの温度を検出することが困難（フィードバックができない）な検査である。この場合、制御部２０は、温度差推定部２２でＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTから温度差推定値ΔＴ１を推定して、温度差推定値ΔＴ１を用いてチャック１１の温度を制御する。また、パラメータＫは予め設定された値を用いる。このため、ＤＵＴ温度Ｔ_DUTは設定温度に対し、僅かにズレが生じるおそれがある。

【0041】

ステップＳ１０２は、テストフローとの兼ね合いから温度測定用の素子１４ｃを用いて電子デバイスの温度を検出することが可能（フィードバックが可能）な検査である。この場合、制御部２０は、無駄時間補償部２４で温度差実測値ΔＴ２を無駄時間補償した温度差補償値ΔＴ２ａを推定して、温度差補償値ΔＴ２ａを用いてチャック１１の温度を制御する。ここでは、電子デバイスの実温度（ＤＵＴ温度Ｔ_DUT）に基づいてチャック１１の温度を制御するので、好適に電子デバイスの温度を制御することができる。

【0042】

また、ステップＳ１０２の際、パラメータＫの調整を行う。図８は、パラメータＫの調整を説明するブロック図の一例である。制御部２０は、減算器（実温度差算出部）２８と、パラメータ生成部２９と、を更に備える。減算器２８は、電子デバイスとチャック１１との温度差を算出する。具体的には、減算器２８は、電子デバイスの実温度（ＤＵＴ温度Ｔ_DUT）と、チャック１１の実温度（チャック温度Ｔ_chuck）との温度差実測値ΔＴ２を算出する。パラメータ生成部２９は、ＤＵＴ温度Ｔ_DUTと減算器２８で算出した温度差実測値ΔＴ２に基づいて、パラメータＫを算出（調整）する。パラメータ生成部２９で調整されたパラメータＫは、温度差推定部２２（図２参照）に出力される。温度差推定部２２のパラメータＫが更新される。

【0043】

図７に戻り、ステップＳ１０３は、テストフローとの兼ね合いから温度測定用の素子１４ｃを用いて電子デバイスの温度を検出することが困難（フィードバックができない）な検査である。この場合、制御部２０は、温度差推定部２２でＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTから温度差推定値ΔＴ１を推定し、チャック１１の温度を制御する。また、パラメータＫはステップＳ１０２の際にパラメータ生成部２９によって調整された値を用いる。このため、好適に電子デバイスの温度を制御することができる。

【0044】

図９は、電子デバイスの温度Ｔ_DUT及びチャック１１の温度Ｔ_chuckの時間変化を示すグラフの他の一例である。

【0045】

図９（ａ）は、チャック１１の温度を一定になるように制御した場合の電子デバイスの温度Ｔ_DUTとチャック１１の温度Ｔ_chuckを示すグラフである。検査時に電子デバイスに電力を供給することで電子デバイスが発熱し、電子デバイスの温度Ｔ_DUTが上昇する。

【0046】

これに対し、図９（ｂ）は、本実施形態の制御をした場合の電子デバイスの温度Ｔ_DUTとチャック１１の温度Ｔ_chuckを示すグラフである。電子デバイスのＤＵＴ発熱量Ｈ_DUTに基づいてチャック１１の温度を下げることで、電子デバイスの温度Ｔ_DUTを一定とするように制御することができる。

【0047】

以上、検査装置１０について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0048】

Ｗ ウエハ
１０ 検査装置
１１ チャック
１１ｃ 温度センサ
１１ｄ 温度制御器
１４ テスター
１４ａ 電力供給部
１４ｂ 温度検出部
１４ｃ 素子
１５ プローブカード
１６ プローブ
１７ インターフェース
１８ テスターコンピュータ
２０ 制御部
２１ 目標温度生成部（デバイス目標温度生成部）
２２ 温度差推定部
２３ 減算器（実温度差算出部）
２４ 無駄時間補償部
２５ セレクタ
２６ 減算器（チャック目標温度生成部）
２７ モデル追従コントローラ
２８ 減算器（実温度差算出部）
２９ パラメータ生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】