DE102013105803A1 - Carrier for supporting semiconductor substrate, used for chuck in prober for testing test substrate, has control device which reduces adhesion of micro-structured surface formed in support surface for supporting substrate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Träger zur Aufnahme und Halterung von Halbleitersubstraten mit einer mit einer ebenen oder gewölbten Auflagefläche, auf welcher ein Halbleitersubstrat auflegbar ist, und mit Haltemitteln zur Fixierung eines Halbleitersubstrats. Die Erfindung betrifft ebenso einen Prober zur Prüfung solcher Halbleitersubstrate und einen Chuck eines Probers, die besagten Träger verwenden. The invention relates to a support for receiving and holding semiconductor substrates with a flat or curved support surface, on which a semiconductor substrate can be placed, and holding means for fixing a semiconductor substrate. The invention also relates to a prober for testing such semiconductor substrates and a chuck of a prober using said carrier.
Für die Entwicklung und Herstellung der elektronischen Halbleiterbauelemente ist es erforderlich, die Bauelemente in den verschiedenen Fertigungsstufen, hier allgemein als Halbleitersubstrat bezeichnet, und in verschiedenen Vorrichtungen auf unterschiedliche Weise zu handhaben, d.h. zu halten, zu transportieren, aufzunehmen, abzulegen, von einer Halterung zur nächsten zu übergeben etc. Dafür werden meist besondere Träger oder Greifer verwendet, die ein sicheres und exaktes Handling der Halbleitersubstrate in den verschiedensten Verfahrensschritten und Behandlungsvorrichtungen gestatten. For the design and manufacture of electronic semiconductor devices, it is necessary to handle the devices at different stages of fabrication, commonly referred to herein as a semiconductor substrate, and in different devices in different ways, i. to hold, transport, pick up, store, pass from one holder to the next, etc. For this purpose, special carriers or grippers are usually used, which allow a safe and accurate handling of the semiconductor substrates in a variety of process steps and treatment devices.
Derartige Träger bzw. Greifer umfassen häufig eine Oberfläche zur Aufnahme von Halbleitersubstraten, die regelmäßig eben ist, aber auch gewölbt sein kann und hier als Auflagefläche bezeichnet wird. Auf der Auflagefläche ist ein Halbleitersubstrat auflegbar. Der Träger umfasst weiter Haltemitteln zur Befestigung eines aufgelegten Halbleitersubstrats. Auflagefläche und Haltemittel sind wesentlich von Art und Form der Halbleitersubstrate abhängig. Standardwafer oder einzelne elektronische Bauelemente, die auf einem Trägersubstrat fixiert sind, haben eine Dicke, die die Verwendung verschieden geformter Träger gestattet, z.B. mit runder oder gabelförmiger Gestalt. Such carriers or grippers often comprise a surface for receiving semiconductor substrates, which is regularly planar, but may also be curved and is referred to here as a support surface. On the support surface, a semiconductor substrate can be placed. The carrier further comprises holding means for fixing an applied semiconductor substrate. Support surface and holding means are substantially dependent on the type and shape of the semiconductor substrates. Standard wafers or individual electronic components fixed on a carrier substrate have a thickness which allows the use of differently shaped carriers, e.g. with round or forked shape.
Deren Haltemittel verwenden üblicherweise Vakuumspannmittel, die ein Halbleitersubstrat ansaugen, oder mechanische Rahmenelemente für die Fixierung des Halbleitersubstrats. Sie sind häufig im Randbereich der Auflagefläche angeordnet. Auch eine Lagerung auf einer vollflächigen Unterlage, welche eine in einem Rahmen gespannte Haftfolie oder ein Luftkissen unter Nutzung des Bernoulli-Prinzips verwendet, ist bekannt. Letztere Träger werden insbesondere für die Dünnwafer und Ultradünnwafer verwendet, die derzeit Dicken von kleiner 200 µm bzw. kleiner 100 µm aufweisen und sehr biegsam und bruchanfällig sind. Nachteilig bei diesen Trägern ist jedoch, dass sie in verschiedenen Umgebungs- oder Messbedingungen nicht oder abweichend funktionieren, so dass präzises Handling unmöglich oder fehlerhaft ist. Their holding means usually use vacuum clamping means, which suck a semiconductor substrate, or mechanical frame elements for the fixation of the semiconductor substrate. They are often arranged in the edge region of the support surface. A storage on a full-surface pad, which uses a stretched in a frame adhesive film or air cushion using the Bernoulli principle is known. The latter carriers are used in particular for the thin wafers and ultrathin wafers, which currently have thicknesses of less than 200 μm or less than 100 μm and are very flexible and susceptible to breakage. A disadvantage of these carriers, however, is that they do not work or deviate in different ambient or measuring conditions, so that precise handling is impossible or erroneous.
In der Entwicklung und Fertigung von Halbleitersubstraten sind an den Substraten unterschiedlichste Tests und Prüfungen vorzunehmen. Bekanntermaßen werden dazu Prüfstationen verwendet, die in der Halbleitertechnik als Prober bezeichnet werden. In den Probern werden die unterschiedlichsten Halbleitersubstrate als Testsubstrate hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften geprüft oder speziellen Test unterzogen. Dabei können die Testsubstrate in verschiedenen Fertigungs- und Integrationsstufen vorliegen. So werden Tests von Halbleiterchips, Hybridbauelementen, mikromechanische sowie mikrooptischen Bauelementen und dergleichen durchgeführt, die sich noch im Waferverbund befinden oder vereinzelt oder bereits in mehr oder weniger komplexen Schaltungen integriert sind. Die Prüfung kann unter speziellen Messbedingungen erfolgen, beispielsweise unter Vakuum oder in besonderen hohen oder tiefen Temperaturbereichen. In the development and manufacture of semiconductor substrates, a wide variety of tests and tests must be carried out on the substrates. As is known, test stations are used for this purpose, which are referred to in semiconductor technology as a prober. In the testers, a wide variety of semiconductor substrates are tested as test substrates in terms of their electrical properties or subjected to special test. The test substrates can be present in various stages of production and integration. Thus, tests of semiconductor chips, hybrid components, micromechanical and micro-optical components and the like are performed, which are still in the wafer assembly or isolated or already integrated in more or less complex circuits. The test can be carried out under special measuring conditions, for example under vacuum or in special high or low temperature ranges.
Prober umfassen einen Chuck, auf denen ein Testsubstrat gehalten wird, und eine Sondenhalterung mit einer oder mehr Sonden, auch Probes genannt, zur elektrischen Kontaktierung der Testsubstrate. Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes ist eine Relativbewegung zwischen einem auf dem Chuck gehaltenen Testsubstrat und der oder den Sonden erforderlich. Die Relativbewegung betrifft das Testsubstrat oder die Sonden oder beides in einer X-Y-Ebene, die stets als die Ebene definiert ist, in welcher die Aufnahmefläche des Chucks liegt, in Z-Richtung und gegebenenfalls eine Drehung wird mittels einer geeigneten Positionierungseinrichtung für das Testsubstrat und/oder die Sonden realisiert. Probers include a chuck holding a test substrate and a probe holder with one or more probes, also called probes, for electrically contacting the test substrates. In order to establish the electrical contact, a relative movement is required between a test substrate held on the chuck and the probe or probes. The relative movement relates to the test substrate or probes, or both in an XY plane, which is always defined as the plane in which the chuck's receiving surface lies, in the Z direction, and optionally rotation, by means of a suitable positioning device for the test substrate and / or or the probes realized.
Ein Chuck weist eine plane Auflagefläche auf, welche entweder die obere Abschlussfläche des Chucks selbst ist oder die einer separaten Aufnahmeplatte, welche auf den Chuck aufgelegt wird und austauschbar ist, beispielsweise für verschiedene Messaufgaben. Über den Kontakt des Chucks mit dem Testsubstrat kann auch die Temperatur des Testsubstrats eingestellt werden. A chuck has a planar bearing surface, which is either the upper end surface of the chuck itself or a separate mounting plate, which is placed on the chuck and is interchangeable, for example, for various measurement tasks. The temperature of the test substrate can also be adjusted via the contact of the chuck with the test substrate.
Zur Messung elektronischer Bauelemente beispielsweise zu Zwecken der Funktions- oder Alterungsprüfung werden Kontaktinseln auf der Vorderseite der Bauelemente mittels Kontaktspitzen kontaktiert und elektrisch mit Testeinrichtungen verbunden, mittels derer die Eigenschaften der einzelnen Bauelemente gemessen werden. Über die Kontaktspitzen werden die entsprechenden Signale eingespeist und/oder abgegriffen. For measuring electronic components, for example for purposes of functional or aging testing, contact pads on the front side of the components are contacted by means of contact tips and electrically connected to test devices by means of which the properties of the individual components are measured. About the contact tips, the corresponding signals are fed and / or tapped.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Träger für das Handling von Halbleitersubstraten anzugeben, der eine einfache Handhabung gestattet, auch unter Vakuum und auch für Dünn- und Ultradünnwafer anwendbar ist und der zudem in den bekannten Chucks und Probern integrierbar ist. The invention has for its object to provide a support for the handling of semiconductor substrates, which allows easy handling, even under vacuum and also for thin and ultrathin wafers is applicable and which can also be integrated in the known chucks and probes.
Der erfindungsgemäße Träger weist eine strukturierte Oberfläche auf, die vergleichbar den Haftstrukturen der Gecko-Füße reversibel lösbare Haftverbindung vorrangig durch van der Waals-Kräfte vermitteln. In verschiedenen Ausgestaltungen derartiger Strukturen können elektrostatische Kräfte und/oder Kapillarkräfte einen ergänzenden Beitrag liefern. Die Oberflächenstrukturen sind aus einer Vielzahl von Erhebungen, beispielsweise stab- oder filamentförmige Strukturen, gebildet, die alle in einer solchen einheitlichen Höhe über der Grundfläche der Erhebungen enden, dass ihre Endflächen in eine Ebene liegen und so gemeinsam die Haftfläche bilden. Die Erhebungen sind als Mikrostrukturen ausgebildet, d.h. sie haben Abmessungen in Querschnitt und Höhe im Mikrometer- bis Nanometerbereich. Mithilfe der Haftfläche kann die Fixierung eines Halbleitersubstrats allein durch dessen Auflegen ohne weitere Hilfsmittel und weitestgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen erfolgen. The carrier according to the invention has a structured surface which, comparable to the adhesive structures of the gecko feet, provides reversibly detachable adhesive connection primarily by van der Waals forces. In various configurations of such structures, electrostatic forces and / or capillary forces can provide a complementary contribution. The surface structures are formed from a multiplicity of elevations, for example rod-shaped or filament-shaped structures, all of which end in such a uniform height above the base area of the elevations that their end faces lie in a plane and thus jointly form the adhesive surface. The elevations are formed as microstructures, ie they have dimensions in cross-section and height in the micrometer to nanometer range. Using the adhesive surface, the fixation of a semiconductor substrate can be done solely by placing it without further aids and largely independent of the environmental conditions.
Derartige so genannte Gecko-Strukturen bestehen aus Borstenhaaren, sogenannten Setae, mit einer Dicke von 2–10 µm und einer Länge von ca. 100 µm sowie davon abgehenden Nanohaaren, den Spatulae, die lediglich ca. 200 nm breit und lang sind (
Indem der Träger mit den Haftstrukturen eine Steuervorrichtung aufweist, mit welcher die Haftfähigkeit beeinflussende Parameter modifiziert werden können, so dass die Haftung reduzierbar ist, ist ein Lösen des Halbleitersubstrats definiert möglich. Dies wird beispielsweise für den Transport von Halbleitersubstraten benötigt. Aufgrund der Haftung mittels van der Waals-Kräfte erfolgen die Haftung und deren Lösung rückstandsfrei. Zudem gestatten es die beschriebenen Haftstrukturen in Verbindung mit der reduzierbaren Haftfähigkeit, die Oberflächengestalt den Anforderungen an die Art und Form der Halbleitersubstrate anzupassen. insbesondere kann die Auflagefläche eben oder gewölbt sein. Letzteres wird für das Handling von Dünn- und Ultradünnwafern von Vorteil. Auch die Ausgestaltung von einzelnen Haftflächen, die z.B. zur Mehrpunktlagerung auf speziellen Greifern als besondere Art von Trägern, kleinflächig und verteilt sein können, ist möglich. By virtue of the fact that the carrier with the adhesive structures has a control device with which parameters influencing the adhesiveness can be modified so that the adhesion can be reduced, detachment of the semiconductor substrate is possible in a defined manner. This is needed, for example, for the transport of semiconductor substrates. Due to the adhesion by means of van der Waals forces, the adhesion and its solution are residue-free. In addition, the adhesive structures described, in conjunction with the reducible adhesiveness, allow the surface shape to be adapted to the type and shape of the semiconductor substrates. In particular, the support surface may be flat or curved. The latter is advantageous for the handling of thin and ultra-thin wafers. The design of individual adhesive surfaces, e.g. for multipoint storage on special grippers as a special type of carriers, small area and can be distributed is possible.
Für die Schaltbarkeit der reversiblen Verbindung zwischen Halbleitersubstrat und dem Träger sind aus der
Für die Anwendung des Trägers für Halbleitersubstrate erweist sich eine Steuervorrichtung zur Reduzierung der Haftung von Vorteil, die entweder einer Zug- oder Druckkraft in zur Oberfläche der Auflagefläche paralleler Richtung erzeugt oder die Temperatur der Oberfläche der Auflagefläche einstellt. Eine parallel zu den aufeinander haftenden Flächen ausgeübte Scherkraft ist zur Lösung der Haftung insbesondere für steife Halbleitersubstrate anwendbar. Eine Lösung der Haftung durch eine Temperaturänderung ist auch für biegsame Halbleitersubstrate, insbesondere für Dünn- und Ultradünnwafer, anwendbar und ebenso für unebene, geteilte oder auf andere Weise besonders geformte Auflageflächen. For the application of the substrate for semiconductor substrates, a control device for reducing the adhesion proves to be advantageous, which generates either a tensile or compressive force in the direction parallel to the surface of the support surface or adjusts the temperature of the surface of the support surface. A shear force exerted parallel to the surfaces adhering to one another is applicable to solving the adhesion, in particular for rigid semiconductor substrates. A solution of the adhesion by a temperature change is also applicable to flexible semiconductor substrates, in particular for thin and ultrathin wafers, and also for uneven, split or otherwise specially shaped bearing surfaces.
In Abhängigkeit von der Temperaturempfindlichkeit des Halbleitersubstrats und des zur Lösung der Haftung erforderlichen Temperaturhubs bzw. kann die Temperaturänderung in die Haftstrukturen des Trägers direkt mittels einer Heiz- oder Kühlvorrichtung des Trägers erfolgen oder indirekt über das Halbleitersubstrat, beispielsweise durch Wärmestrahlung oder eine fluidische Strömung über das Halbleitersubstrat. Depending on the temperature sensitivity of the semiconductor substrate and the Temperaturhubs required for solving the adhesion or the temperature change in the adhesive structures of the carrier can be done directly by means of a heating or cooling device of the carrier or indirectly via the semiconductor substrate, for example by thermal radiation or a fluidic flow over the semiconductor substrate.
Die beschriebenen Vorrichtungen zur Lösung der Haftung sind auch für Hafttrukturen anwendbar, bei denen zur Erhöhung der Haftung die Strukturen hierarchisch ausgebildete Erhebungen aufweisen, d.h. Verzweigungen an den Erhebungen. The described adhesion-releasing devices are also applicable to adhesive structures in which the structures have hierarchically formed elevations to increase adhesion. Branches at the elevations.
Ein solcher Träger ist beispielsweise als Aufnahmeplatte eines Chucks, der in einem Prober zur Aufnahme und Halterung von zu testenden Halbleitersubstraten verwendet wird, einsetzbar. Dabei kann die Aufnahmeplatte ein fester Bestandteil des Chucks sein, oder auswechselbar, beispielsweise um mithilfe der Platte den Transport und/oder eine Übergabe des Halbleitersubstrats zu einer nächsten Prüf- oder Fertigungsstation zu realisieren. Die Möglichkeit der Herstellung der Haftstrukturen durch Beschichtung und ebenso die Ausbildung der Haftstrukturen auf einer entnehmbaren Aufnahmeplatte gestattet es, vorhandene Chucks mit den Haftstrukturen zu ergänzen. Sofern der Chuck ein Thermochuck ist, kann dessen Heiz- und/oder Kühlsystem optional als Steuervorrichtung für die Lösung der Haftung eines Halbleitersubstrats auf dem Thermochuck genutzt werden. Such a carrier can be used for example as a receiving plate of a chuck, which is used in a prober for receiving and holding semiconductor substrates to be tested. In this case, the receiving plate may be an integral part of the chuck, or exchangeable, for example, to realize by means of the plate transport and / or transfer of the semiconductor substrate to a next test or manufacturing station. The possibility of producing the adhesive structures by coating and likewise the formation of the adhesive structures on a removable mounting plate makes it possible to supplement existing chucks with the adhesive structures. If the chuck is a thermochuck, its heating and / or cooling system can optionally be used as a control device for solving the adhesion of a semiconductor substrate to the thermochuck.
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