(57)【要約】【課題】簡単な構成で、熱容量が実質的に低く、ウエハにプローブを接触させても変形や傾きの小さいウエハチャックの実現。【解決手段】ウエハW上に形成された半導体装置の電極に接触してテスタ30の端子に接続するプローブ25を有するプローブカード24と、ウエハを保持するウエハチャック51と、ウエハチャックの温度を調整する温度調整手段52と、ウエハチャックを移動・回転する移動回転機構12-17と、を備え、テスタの各端子を半導体装置の電極に接続するプローバであって、移動回転機構は、移動及び回転する移動・回転台54と、移動・回転台に設けられ、ウエハチャックを支持するウエハチャック支持部53と、を備え、ウエハチャック支持部53は、ウエハを保持するウエハチャック上の円形範囲の７５％から８５％の直径部分を中心としてウエハチャックを支持する。【選択図】図２
2007134403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成された半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、
ウエハを保持するウエハチャックと、
前記ウエハチャックの温度を調整する温度調整手段と、
前記ウエハチャックを移動・回転する移動回転機構と、を備え、ウエハ上に形成された複数の半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
前記移動回転機構は、移動及び回転する移動・回転台と、前記移動・回転台に設けられ、前記ウエハチャックを支持するウエハチャック支持部と、を備え、
ウエハチャック支持部は、前記ウエハを保持する前記ウエハチャック上の円形範囲の７５％から８５％の直径部分を中心として前記ウエハチャックを支持することを特徴とするプローバ。
【請求項２】
前記ウエハチャック支持部は、リング状である請求項１に記載のプローバ。
【請求項３】
リング状の前記ウエハチャック支持部は、通気孔を有する請求項２に記載のプローバ。
【請求項４】
前記ウエハチャック支持部は独立した複数の支持部材を備え、各支持部材は、前記円形範囲の７５％から８５％直径の部分を中心として前記ウエハチャックを支持する請求項１に記載のプローバ。
【請求項５】
前記ウエハチャック支持部は、熱絶縁性の良好な材料で作られている請求項１に記載のプローバ。
【請求項６】
前記移動・回転台は、前記ウエハチャックの下面との空間に通じる通気孔を有する請求項１に記載のプローバ。
【請求項７】
前記温度調整手段は、少なくとも一部が前記ウエハチャックの内部に設けられる請求項１に記載のプローバ。
【請求項８】
前記温度調整手段は、前記ウエハチャックの下部に取り付けられる請求項１に記載のプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタに接続するプローバに関し、特にウエハを保持するウエハチャックを加熱及び冷却して高温及び低温環境で検査が行えるプローバに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタで構成されるウエハテストシステムにより行われる。プローバは、ウエハをステージに保持し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。
【０００３】
半導体装置は広い用途に使用されており、−５０°Ｃのような低温環境や、１５０°Ｃのような高温環境でも使用される半導体装置（デバイス）もあり、プローバにはこのような環境での検査が行えることが要求される。そこで、プローバにおいてウエハを保持するウエハチャックのウエハ載置面の下に、例えば、ヒータ機構、チラー機構、ヒートポンプ機構などのウエハチャックの表面の温度を変えるウエハ温度調整手段を設けて、ウエハチャックの上に保持されたウエハを加熱又は冷却することが行われる。
【０００４】
図１は、ウエハ温度調整手段を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハチャック１８と、ウエハアライメントカメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。プローブカード２４には、カンチレバー式のプローブ２５が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハチャック１８を３軸方向及びＺ軸を中心として回転する移動・回転機構を構成する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２４は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するデバイスに応じて交換される。なお、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ１９や、プローブをクリーニングするクリーニング機構などが設けられているが、ここでは省略している。
【０００５】
テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２４には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。プローバ１０は、ウエハテストにおいてテスタ３０と連携して測定を行うが、その電源系や機構部分はテスタ本体及びテストヘッドとは独立した装置である。
【０００６】
検査を行う場合には、図示していない針位置合わせカメラでプローブ２５の先端位置を検出する。次に、ウエハチャック１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ１９の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウエハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。１チップのすべての電極パッドの位置を検出する必要はなく、いくつかの電極パッドの位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのチップの電極パッドを検出する必要はなく、いくつかのチップの電極パッドの位置が検出される。
【０００７】
プローブ２５の位置及びウエハＷの電極の位置を検出した後、チップの電極パッドの配列方向がプローブ２５の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウエハチャック１８を回転する。そして、ウエハＷの検査するチップの電極パッドがプローブ２５の下に位置するように移動した後、ウエハチャック１８を上昇させて、電極パッドをプローブ２５に接触させる。そして、テスタ本体３１から、コンタクトリング３２を介して電極に電源及びテスト信号を供給し、電極に出力される信号を検出して正常に動作するかを確認する。
【０００８】
以上が、ウエハテストシステムの概略構成であるが、ウエハチャックを加熱又は冷却して保持したウエハＷを高温又は低温にして検査できるプローバでは、ウエハチャック１８内に、ヒータ２６及び冷却液経路２７が設けられる。冷却液経路２７には冷却液源２８から経路２９を介して冷却液が流され、ウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を冷却する。また、ヒータ２６は発熱してウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を加熱する。
【０００９】
ウエハチャック１８内には、他にもウエハＷを真空吸着するための真空経路などが設けられ、ウエハチャック１８内におけるヒータ２６、冷却液経路２７及び真空経路の配置については各種の変形例がある。以下の説明では、ヒータ２６を含む加熱機構と、冷却液経路２７、冷却液源２８及び経路２９を含めた冷却機構と、をまとめてウエハ温度調整手段と称する。従って、ウエハ温度調整手段が、冷却機構と加熱機構の一方のみを有する場合もある。ウエハ温度調整手段は、ヒートポンプ機構などで実現することも可能である。
【００１０】
ウエハを所定の温度にして検査を行う場合、ウエハＷをウエハチャック１８に保持した状態で、ウエハチャック１８が所定の温度になるようにウエハ温度調整手段を制御する。ウエハチャック１８は、アルミニューム、銅などの金属や、熱伝導性の良好なセラミックなどの材料で作られている。
【００１１】
以上説明したプローバ及びウエハテストシステムの構成は、広く知られているので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００１２】
ウエハ温度調整手段は、ウエハチャック１８に保持されたウエハＷを、例えば、−５５°Ｃから＋２００°Ｃまでの任意の温度に設定できる。検査のために温度を変化させる必要があるのはウエハチャック１８とその上に保持されるウエハＷのみである。温度を変化させる部分の熱容量が大きいと、所望の温度に変化させる時間が長くなり、ウエハ温度調整手段の能力を高くする必要があり、コストが増加するという問題がある。また、ウエハチャック１８の温度が変化して、熱が移動・回転機構を構成する移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７などに伝熱して、これらの部分の温度が変化すると、移動・回転機構の移動及び回転精度が低下し、プローブ２５を電極に接触させる位置精度が低下するという問題を生じる。
【００１３】
このような問題を解決するため、特許文献１はウエハチャックの断熱機構を記載しており、特許文献２はウエハチャックと移動部分の伝熱を小さくする機構を記載している。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−５９９８５号公報（全体）
【特許文献２】特開２００３−５９９８６号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一方、プローブカードのプローブ数は、検査のスループット向上のために増加する傾向にあり、プローブ全体の接触圧は非常に大きくなっている。例えば、各プローブの接触圧が５ｇでも、１０００本のプローブであれば全体で５ｋｇの接触圧になる。このため、ウエハチャックは、ウエハチャックに保持されたウエハの電極にプローブが接触しても変形が微小であることが要求されるだけでなく、ウエハの周辺部にプローブを接触させてもウエハチャックの傾きが微小であることが要求される。このためには、図１の構成において、ウエハチャック１８自体が十分な剛性を有するだけでなく、ウエハチャック１８を支持する構造（図１ではθ回転部１７）が変形しないことが必要である。このためには、ウエハチャック１８を裏面全体で支持することが望ましい。
【００１６】
しかし、ウエハチャック１８の裏面全体を支持すると、支持部分に対する伝熱経路の面積が広くなり、支持部分である回転・移動機構の温度が変化して、移動及び回転精度が低下するという問題を生じる。
【００１７】
特許文献１は、ウエハチャック１８と支持部分である回転・移動機構の間に断熱部材を設ける構成を記載しているが、断熱部材は高精度の加工が難しく、剛性も十分でなく、コストが高いという問題がある。
【００１８】
特許文献２は、ウエハチャック１８と支持部分である回転・移動機構の間に中間部材を設け、中間部材の放熱効率を高めて、ウエハチャック１８の熱が支持部分に伝わらないようにする構成を記載しているが、ウエハチャック１８の熱容量が実質的に増加することになるため、上記のような、所望の温度に変化させる時間が長くなり、ウエハ温度調整手段の能力を高くする必要があり、コストが増加するという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記のような問題を解決するもので、簡単な構成で、熱容量が実質的に低く、ウエハにプローブを接触させても変形や傾きの小さいウエハチャックの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を実現するため、本発明のプローバは、移動及び回転する移動・回転台の上に、ウエハチャックを支持するウエハチャック支持部を設け、ウエハチャック支持部はウエハを保持するウエハチャック上の円形範囲の７５％から８５％の直径部分を中心としてウエハチャックを支持するようにする。なおここでは、プローブはウエハの全範囲に接触してウエハの全範囲に接触圧が加えられるものとするが、ウエハの全範囲に接触圧が印加されない時には、接触圧が加えられる範囲を円形範囲とする。
【００２１】
すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、ウエハを保持するウエハチャックと、前記ウエハチャックの温度を調整する温度調整手段と、前記ウエハチャックを移動・回転する移動回転機構と、を備え、ウエハ上に形成された複数の半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、前記移動回転機構は、移動及び回転する移動・回転台と、前記移動・回転台に設けられ、前記ウエハチャックを支持するウエハチャック支持部と、を備え、ウエハチャック支持部は、前記ウエハを保持する前記ウエハチャック上の円形範囲の７５％から８５％の直径部分を中心として前記ウエハチャックを支持することを特徴とする。
【００２２】
本願発明者は、移動及び回転する移動・回転台の上にウエハチャック支持部を設けてウエハチャックを支持する構成とした場合、ウエハチャック支持部がウエハチャックのどの部分を支持すれば、ウエハにプローブを接触させても変形や傾きが小さいかをシミュレーションした。その結果、ウエハを保持するウエハチャック上の円形範囲の７５％から８５％の直径部分を中心としてウエハチャックを支持すれば、ウエハにプローブを接触させた場合のウエハチャックの変形や傾きがもっとも小さいことを見出した。しかも、ウエハチャック支持部がウエハチャックに接触する部分の面積は狭くても変形及び傾きは変わらないことを見出した。従って、ウエハチャックと支持部の接触面積を非常に狭くして伝熱経路の面積を狭くできるので、ウエハチャックの熱容量は実質的に増加せず、ウエハチャックの温度変化による移動・回転台を含む回転・移動機構の温度変化も低減できる。
【００２３】
ウエハチャック支持部は、各種の形状が可能であり、例えば、ウエハチャック上のウエハを保持する円形範囲の７５％から８５％の直径のリング状であっても、独立した複数の支持部材で、各支持部材が円形範囲の７５％から８５％直径の部分でウエハチャックを支持するようにしてもよい。
【００２４】
なお、ウエハチャック支持部を介しての伝熱及びウエハチャック裏面からの熱放射や気体（空気）を介しての伝熱も含めたウエハチャックから移動・回転台への伝熱を低減するため、ウエハチャック裏面に送風することが望ましく、そのために、移動・回転台にはウエハチャックの下面との空間に通じる通気孔を設けることが望ましい。更に、ウエハチャック支持部がリング状の時にはウエハチャック支持部に通気孔を設けることが望ましい。ウエハチャック支持部が独立した複数の支持部材で構成される時には、そのままで通気が可能である。
【００２５】
ウエハチャック支持部は、熱絶縁性の良好な材料で作られていることが望ましい。
【００２６】
ウエハチャックの温度を調整する温度調整手段は、図１のように、少なくとも一部をウエハチャックの内部に設けることも可能であるが、例えば、ウエハチャックの下部に取り付けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、非常に簡単な構成で、ウエハにプローブを接触させてもウエハチャックの変形や傾きが小さく、ウエハチャックの熱容量は実質的に増加せず、ウエハチャックの温度変化による移動・回転台を含む回転・移動機構の温度変化も低減できる。これにより、高精度の位置決めが可能で、検査温度の設定が短時間で行えるプローバが低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例のプローバのウエハチャックの部分の構成を示す図であり、図２の（Ａ）は側断面図であり、図２の（Ｂ）は上面図である。図示した部分以外は、図１に示した従来例などと同様である。
【００２９】
図示のように、ウエハチャック５１は、移動・回転機構により３軸方向に移動可能で且つＺ軸を中心として回転可能な移動・回転台５４に、８個の支持部材５３で支持されている。移動・回転台５４は、金属製であり、θ回転部の部材５６により支持されている。ウエハチャック５１は、例えば、アルミニュームや銅などの金属や、窒化アルミニュームや炭化ケイ素などの高剛性高熱伝導性のセラミックなどで作られる。図示の例は、アルミニューム製で、直径が約３０５ｍｍ（１２インチ）のウエハを保持できるように直径が３２０ｍｍ以上で、厚さが２０ｍｍである。支持部材５３は、例えば、アルミナセラミック、ジルコニア又はステアタイトのような熱伝導性の低い材料で作られ、図２の（Ｂ）に示すように、ウエハチャック５１の中心から直径φＡの部分の８箇所でウエハチャック５１を支持している。
【００３０】
図示していないが、ウエハチャック５１の内部には、ウエハＷを真空吸着するための真空経路が設けられている。
【００３１】
ウエハチャック５１の下面の支持部材５３で支持される部分以外の部分には、ウエハチャック５１を高温及び／又は低温にする温度調整手段５２が設けられている。温度調整手段５２は、図１に示したヒータ２６及び／又は冷却液経路２７で構成され、離れた位置に設けた図示していない冷却液源から冷却液が冷却液経路に供給される。温度調整手段５２をヒートポンプなど他の手段で構成することも可能である。温度調整手段５２を外付けにすることにより、図１のように内部に温度調整手段を設ける場合に比べてメンテナンスなどが容易になる。
【００３２】
θ回転部の部材５６には孔５７が設けられ、移動・回転台５４には孔５５が設けられ、図示していない送風機構により、孔５７及び５５を介してウエハチャック５１の下面の温度調整手段５２の下面に常温の気体が送風され、支持部材５３の間から外部に抜けるように構成されている。これにより、温度調整手段５２の下面が常温に近づくので、熱放射や気体（空気）を介しての伝熱も含めた移動・回転台５４への伝熱量を低減できる。
【００３３】
図２の（Ｂ）に示すように、支持部材５３が支持するウエハチャック５１の位置は、ウエハチャック５１の中心から直径φＡの部分であり、φＡはウエハＷの直径φＢの７５〜８５％の値である。本願発明者は、図示のような構成で、ウエハにプローブを接触させた時の変形や傾きをシミュレーションした結果、このような条件を満たす時に、ウエハチャック５１の変形や傾きがもっとも小さくなることを見出した。
【００３４】
第１実施例のウエハチャックは、上記のようにウエハにプローブを接触させた時の変形や傾きが小さい上、支持部材のウエハチャックとの接触面積が小さく、更に支持部材は熱伝導性の低い材料で作られているので、ウエハチャックの温度を変化させてもその変化は移動・回転台５４及びその下の移動・回転機構には伝わらず、移動及び回転精度が少ない。
【００３５】
図３は、本発明の第２実施例のプローバのウエハチャックの部分の構成を示す断面図であり、図示した部分以外は、図２に示した第１実施例と同様であり、材料なども同様である。第２実施例では、図１に示した従来例のように、温度調整手段６２が、ウエハチャック６１内に設けられている。また、支持部材６３は、リング状で、複数箇所に通気用孔６４が設けられている。移動・回転台６５は、中央以外の部分の複数箇所に通気用孔６６が設けられている。これにより、θ回転部の部材は移動・回転台６５の中心部を支持することができる。
【００３６】
図示のように、第２実施例では、リング状の支持部材６３の支持部分の中心の径φＡは、ウエハＷの直径φＢの７５〜８５％である。
【００３７】
第２実施例の特徴は第１実施例と同じなので、これ以上の説明は省略する。
【００３８】
以上本発明の実施例を説明したが、説明の中で述べたように本発明には各種の変形例が可能なのはいうまでもない。更に説明した以外にも、例えば、ウエハチャックをＺ軸を中心として回転させる必要がない時には、移動・回転台は回転しなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、温度調整可能なウエハチャックを有するプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例のプローバのウエハチャックの部分の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例のプローバのウエハチャックの部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
５１    ウエハチャック
５２    温度調整手段
５３    支持部材
５４    移動・回転台
Ｗ    ウエハ
【図１】
2007134403.tif 000003
【図２】
2007134403.tif 000004
【図３】
2007134403.tif 000005