JP2008004673A

JP2008004673A - プローバ用チャック

Info

Publication number: JP2008004673A
Application number: JP2006171212A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tabayashi; 正敏田林
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】高絶縁性で且つ放電時間の短いプローバ用チャックの実現。
【解決手段】表面に電子デバイスが形成されたウエハを、裏面が接触するように保持するプローバ用チャックであって、ウエハの裏面が接触される第１導電体６１Ａと、絶縁材料で作られ、第１導電体６１Ａの下に設けられた絶縁部６１と、絶縁部６１の下に設けられた第２導電体６１Ｂ、６２と、を備え、絶縁部６１は、９９．７％以上の純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作られている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエハ上に形成された電子デバイスの半導体回路（ダイ）の電気的な検査を行うために使用するプローバにおいて、ウエハを保持するプローバ用チャックに関する。

半導体素子などの電子素子の製造工程では、半導体ウエハなどの薄い板状のウエハに多数の半導体回路（ダイ）を形成する。ウエハ上に形成したダイは切り離され、電子部品に組み立てられてパッケージングされるが、切り離す前にウエハ上に形成した各ダイの動作確認をするダイソート（プローブテスト）が行われる。

図１は、プローブテストシステムの概略構成を示す図である。プローブテストシステムは、プローバ１０と、テスタ３０と、で構成される。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、プローブの位置を検出する針位置検出カメラ１９と、側板２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ウエハアライメントカメラ（図示せず）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、ダイの電極に接触するプローブ２６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軸の回りに回転する移動・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。針位置検出カメラ１９の撮影した画像からプローブの配置及び高さ位置を算出し、ウエハアライメントカメラの撮影した画像からウエハ上の半導体ダイの電極パッドの位置を検出する。

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。

検査を行う場合には、針位置検出カメラ１９がプローブ２５の下に移動してプローブ２５の先端位置を検出する。ウエハチャック１８に検査するウエハを保持した状態で、ウエハがウエハアライメントカメラの下に位置するように移動させ、ウエハ上のダイの電極パッドの位置を検出する。そして、検査するダイの電極がプローブ２５の下に位置するように移動した後、ウエハチャック１８を上昇させてプローブ２５を電極パッドに接触させる。そして、テスタ３０からから一部のプローブに電源及び信号を供給し、他のプローブに出力される信号をテスタで検出して、ダイが正常に動作するかを確認する。検査内容は検査するダイに応じて各種あるが、トランジスタなどの解析のために微小電流を高精度で測定する場合がある。

ウエハチャック１８の上面は、ウエハの裏面が接触し、テスタの測定電極として作用するため、導電性であることが必要である。上記のように、微小電流を高精度で測定するには測定電極にノイズとなる微小電流が流れないことが必要である。

特許文献１は、測定電極として作用する上面の導電性部分を絶縁するウエハチャックの構造を記載している。また、特許文献２から４は、絶縁性のセラミックスに電極となる導体を一体に設けたウエハチャックの構造を記載している。

図２は、測定電極として作用する上面の導電性部分を絶縁するウエハチャックの基本構造を模式的に示す図である。

図２において、参照番号４１はウエハＷの裏面を接触した状態で保持し、測定電極として作用する第１導電体を、４２は絶縁材料で作られ、第１導電体の下に設けられた絶縁部を、４３は絶縁部の下に設けられた第２導電体を、４４はバックプレートを、４５はバックプレート内に設けられるヒータからの電磁放射をシールドするシールド電極４５を、示す。シールド電極４５は、プローバのフレームグランド（ＦＧ）に接続される。参照番号５０は、テスタの信号端子に接続される３軸ケーブルであり、中心のケーブル５１が第１導電体４１に、２番目のケーブル５２が第２導電体４３に、３番目のケーブルがシールド電極４５に、接続される。このような構造を使用することにより、測定電極である第１導電体４１は、プローバのフレームグランド（ＦＧ）から電気的に絶縁され、第２導電体４３のガード層によりノイズの影響から遮断される。これにより、微小な電流を測定できる。

プローバのフレームグランド（ＦＧ）はシールド電極４５に接続され、ヒータの電力制御によるノイズや移動・回転機構のモータ駆動信号のノイズなどが生じるためシールドプレートで、図２に示すように、第２導電体４３は第１導電体と同電位がテスタより印加されることで、電流の移動を抑制され、電流ノイズを微小に抑えられる。

測定電極として作用する第１導電体４１と第２導電体４３は、絶縁部４２により電気的に分離されている。高精度の測定を行うには、絶縁部４２は絶縁抵抗が大きく、第１導電体４１と第２導電体４３のリーク電流が非常に小さいことが必要である。特に、プローバでは、電子デバイスの仕様に応じて高温又は低温で検査を行うために、上記のようにウエハチャック１８にヒータを設けたり、チラー（冷却）システムの冷却液路を設けることが行われるが、温度が（特に高温に）変化しても、絶縁部４２は絶縁抵抗が低下しないことが要求される。

炭化系のセラミックス材は、絶縁抵抗が低いため、上記のようなプローバ用チャックの絶縁部として使用するには適さない。また、ジルコニアやムライトなどは断熱効果は高いが、熱歪が大きく、温度変化の特性も良くないので適さない。そこで、絶縁部は、高温時にも高絶縁性が維持される酸化系の高純度アルミナ・セラミックス製であることが望ましい。

特開２００４−６３４８６特開２００１−３３４８４特開２００１−１３５６８０特開２００１−１３５６８１

図２に示すように、第１導体４１、絶縁部４２、及び第２導体４３は、コンデンサ（容量）と同じ構成を有する。トランジスタなどの特性試験では、第２導体４３の電位はグランドに設定される場合もあるが、測定電極である第１導体４１の電位は、テスト項目によりテスト電位が印加される。そのため、第１導体４１の電位がグランドと異なる場合、コンデンサに第１導体４１と第２導体４３の電位差に相当する電圧が充電され、絶縁部４２にわずかではあるが電荷が蓄積されることになる。電圧の印加、すなわち第１導体４１への電位の印加が終了すると、この電圧は絶縁部４２を介して第２導体４２、すなわちグランドなどに放電されるが、高絶縁性の絶縁部４２は、素材により放電時間が異なり、放電時間が遅い素材では放電が終了するまで長い時間を要することになる。

上記の放電が終了しない状態で、次の測定を開始し、第１導体４１に前回の測定とは異なる電位を印加すると、充電されている電荷がリーク電流となって影響して正確な測定が行えないという問題を生じる。例えば、第１導体４１に１０Ｖの電位を印加して測定を行った後、第１導体４１に０Ｖ、すなわち第１導体４１をグランド電位にして測定を行う場合、絶縁部４２に蓄積された電荷は放電が終了していないため、リーク電流を生じる。

このような問題を回避して、正確にトランジスタのなどの特性を測定するため、第１導体４１に補正電圧を印加して絶縁部４２に蓄積された電荷をより高速に放電させることが行われるが、絶縁部４２が高絶縁性であるため、完全に放電させるのは難しい。そこで、次のテストを開始するまでの時間、すなわち放電時間を長くして、絶縁部４２に蓄積された電荷を影響のないレベルまで放電させた後、次のテストを開始することが行われるが、待ち時間が長くなりスループットが低下するという問題が発生する。

このように、プローバ用チャックの絶縁部を形成するのに使用される絶縁素材は、高絶縁性だけでなく、放電時間が安定して更に放電時間が短いことが要求される。

本発明は、このような問題を解決するもので、高絶縁性で且つ放電時間の短いプローバ用チャックの実現を目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバ用チャックは、絶縁部を、９９．７％以上の純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作ることを特徴とする。

すなわち、本発明のプローバ用チャックは、表面に電子デバイスが形成されたウエハを、裏面が接触するように保持するプローバ用チャックであって、前記ウエハの裏面が接触される第１導電体と、絶縁材料で作られ、前記第１導電体の下に設けられた絶縁部と、前記絶縁部の下に設けられた第２導電体と、を備え、前記絶縁部は、９９．７％以上の純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作られていることを特徴とする。

上記のように、絶縁部は酸化系の高純度アルミナ・セラミックス製であることが望ましい。しかし、単に高純度というだけでは、放電時間が安定せず、放電時間が長いという問題があった。そこで、本願発明者は、各種の検討を行ったところ、材料であるアルミナの結晶粒径が放電時間に関係しており、小さな粒径のアルミナ材料のみを使用して焼結すると、十分な高絶縁性を維持したまま放電時間を短くできることを見出した。具体的には、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナであることが必要で、望ましくは結晶粒径が５μｍ未満のアルミナを使用する。

第１導電体及び第２導電体は、絶縁部を形成する酸化系アルミナ・セラミックスの上面及び下面にメッキ、又はイオンプレーティングにより形成された導電層として形成できる。ただし、第１導電体と第２導電体は、電気的に分離していることが必要である。

第２導電体は、絶縁部を形成する酸化系アルミナ・セラミックスの下面に密着して配置される。

本発明により、高絶縁性で且つ放電時間の短いプローバ用チャックが実現され、高精度の測定を高スループットで行うことができる。

図３は、本発明の第１実施例のプローバ用チャックの構成を示す図である。図３に示すように、第１実施例のプローバ用チャックは、上面に導電層６１Ａが、下面に導電層６１Ｂが形成された絶縁性チャックトップ６１と、絶縁性チャックトップ６１を支持するように設けられた金属スペーサ６２と、金属スペーサ６２を支持するように配置されたバックプレート６６と、バックプレート６６の内部に設けられたヒータ６４と、を有する。ヒータ６４は、周囲を金属体６５で覆われている。バックプレート６６は、導電性材料で作られるか、又は表面に導電層が形成されており、導電層６１Ｂと金属スペーサ６２に電気的に接続されている。以上の構成は、図２に示した従来例と基本的な構成は同じであり、３軸ケーブル５０を使用する場合には、第１ケーブル５１が導電層６１Ａに、第２ケーブル５２が導電層６１Ｂに、第３ケーブル５３がヒータ６４の金属体６５に接続される。

導電層６１Ａがウエハの裏面が接触される第１導電体に対応し、絶縁性チャックトップ６１が絶縁部に対応し、導電層６１Ｂが第２導電体に対応する。なお、第１実施例のように、導電層６１Ｂはヒータ６４の金属体６５から電気的に絶縁されている。

第１実施例のプローバ用チャックの絶縁性チャックトップ６１は、９９．７％以上の高純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作られている。なお、絶縁板６３は、絶縁性チャックトップ６１と同じものである必要はない。

炭化系のセラミックス材は、絶縁抵抗が低いため、本実施例のプローバ用チャックには適さない。プローバ用チャックトップは測定条件によっては高温になる場合もあるので、高温時にも高絶縁性が維持されることが必要であり、窒化系セラミックスは高温時に絶縁抵抗が低下して安定した絶縁抵抗が確保できないため望ましくない。また、ジルコニアやムライトなどは断熱効果は高いが、熱歪が大きく、温度変化の特性も良くないので適さない。

更に、樹脂系のテフロン（登録商標）材、ポリイミド材及びシリコン材などは熱膨張が大きく、チャック表面の平面度に悪影響を与えるため、プローバ用チャックトップには適さない。

高純度アルミナ・セラミックスが高温での絶縁抵抗の安定性に優れ、熱歪も小さいことからプローバ用チャックトップに適している。しかし、アルミナ・セラミックスは、高純度の材料を使用しないと、窒化系のセラミックスと同様に、高温時の絶縁抵抗が低下し、リーク電流が増加する。例えば、純度９９．０％の材料から作ったアルミナ・セラミックスでは高温時に絶縁抵抗が低下するが、純度９９．５％の材料から作ったアルミナ・セラミックスでは高温時の絶縁抵抗は若干低下するが、微小電流を測定可能な範囲である。このようなことから、純度は９９．５％、できれば９９．７％以上であることが望ましい。

しかし、純度の高い材料でアルミナ・セラミックスを作るだけでは、放電時間が長いという問題に問題がある。そこで、高純度のアルミナ・セラミックスの材料の粒子を選別して所定の粒径以下、例えば１０μｍや５μｍ以下の材料のみを使用して焼結してアルミナ・セラミックスを製作したところ、高温でも絶縁抵抗が維持された上、放電時間も短くなることが分かった。実験によれば、使用する粒径が小さくなるほど放電時間も短くなる傾向であり、粒径が１０μｍ以下の材料を使用すれば実用的であるが、できれば粒径が５μｍ以下の材料を使用することが望ましい。

図４は、顕微鏡写真などによる解析から考察した、使用する粒径に応じて放電時間が短くなる理由を説明する図である。粒子状の材料を焼結してセラミックスを形成すると、粒子が相互に接触した形で結び付き、元の粒子の形状がある程度残る。放電の際、電荷は粒子の内部は通らずに、粒子の周囲を伝わると考えられる。そのため、大きな粒径の粒子を含む材料を使用すると、図４の（Ａ）に示すように、大きな径の粒子が接触して、大きな空隙が生じ、放電の際に電荷が通過する経路が長くなると考えられる。これに対して、小さな粒径の粒子のみを含む材料を使用すると、図４の（Ｂ）に示すように、小さな径の粒子が密に接触しており、放電の際に電荷が通過する経路が短くなると考えられる。

図５は、本発明の第２実施例のプローバ用チャックの構成を示す図である。図５に示すように、第２実施例のプローバ用チャックは、導電性チャックトップ７１と、導電性チャックトップ７１を支持するように設けられ、下面に導電層７１Ａが形成された絶縁部材７２と、バックプレート７６と、ヒータユニット７５と、を有する。ヒータユニット７５は、バックプレート７６内に収容される。ヒータユニット７５は、内部に、ヒータ７３と、ヒータ７３を覆うように設けられた金属体７４と、を有し、金属体７４を絶縁物で覆ったものである。バックプレート６６は、絶縁材料で作られている。以上の構成は、図２に示した従来例と基本的な構成は同じであり、３軸ケーブル５０を使用する場合には、第１ケーブル５１が導電性チャックトップ７１に、第２ケーブル５２が導電層７２Ａに、第３ケーブル５３がヒータ７３の金属体７４に接続される。

導電性チャックトップ７１がウエハの裏面が接触される第１導電体に対応し、導電層７２Ａが第２導電体に対応する。

第２実施例では、絶縁部材７２が、９９．７％以上の高純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作られている。

以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

本発明は、リーク電流が微小で高精度の測定を行うプローバのチャックであれば、適用可能である。

プローバテストシステムの概略構成を示す図である。高精度測定用ウエハチャックの基本構造を模式的に示す図である。本発明の第１実施例のプローバ用チャックの構成例を示す図である。第１実施例のプローバ用チャックにおける作用を説明する図である。本発明の第２実施例のプローバ用チャックの構成例を示す図である。

符号の説明

１８ウエハチャック
６１絶縁性チャックトップ
６１Ａ導電層（第１導電体）
６１Ｂ導電層（第２導電体）
６２金属スペーサ
６３絶縁板
６４ヒータ
６６バックプレート

Claims

表面に電子デバイスが形成されたウエハを、裏面が接触するように保持するプローバ用チャックであって、
前記ウエハの裏面が接触される第１導電体と、
絶縁材料で作られ、前記第１導電体の下に設けられた絶縁部と、
前記絶縁部の下に設けられた第２導電体と、を備え、
前記絶縁部は、９９．７％以上の純度で、結晶粒径が１０μｍ未満のアルミナを焼結したセラミックスで作られていることを特徴とするプローバ用チャック。
前記第１導電体は、前記絶縁部の上面にメッキ、又はイオンプレーティングにより形成された導電層である請求項１に記載のプローバ用チャック。
前記第２導電体は、前記絶縁部の下面にメッキ、又はイオンプレーティングにより形成された導電層である請求項１または２に記載のプローバ用チャック。
前記第２導電体は、前記絶縁部の下面に密着して支持するように配置される金属製のプレートである請求項１または２に記載のプローバ用チャック。