JP2010186765A - Wafer supporter for wafer prober and wafer prober carrying the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエハ載置面に載置した半導体ウエハの電気特性を検査するためのウエハプローバに使用されるウエハ保持体、及びそれを搭載したウエハプローバに関するものである。 The present invention relates to a wafer holder used in a wafer prober for inspecting electrical characteristics of a semiconductor wafer placed on a wafer placement surface, and a wafer prober on which the wafer holder is placed.
従来、半導体の検査工程では、半導体基板(ウエハ)に対して出荷後の不良の発生を予防するバーンインが行われている。このバーンインでは、半導体回路が形成されたウエハを個々のチップに切断する前に通常の使用温度よりも高温に加熱し、不良になる可能性の高い半導体チップを加速的に不良化させ、各チップの電気的な性能を測定して不良品を取り除いている。このバーンイン工程においては、スループットの向上のために、処理時間の短縮が強く求められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor inspection process, burn-in is performed on a semiconductor substrate (wafer) to prevent occurrence of defects after shipment. In this burn-in, the wafer on which the semiconductor circuit is formed is heated to a temperature higher than the normal use temperature before being cut into individual chips, and semiconductor chips that are likely to become defective are accelerated and defective. Measure the electrical performance and remove defective products. In this burn-in process, reduction of processing time is strongly demanded in order to improve throughput.
ところで、バーンイン工程ではウエハを保持して加熱するためのヒータが用いられているが、従来のヒータは、ウエハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるので、金属製のものが用いられていた。この金属製の平板ヒータの上に回路を形成したウエハを載置し、その上から通電用の電極ピン(プローブピン)を多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子を、数10kgfから数百kgfの力で押さえつけてチップの電気的特性を測定していた。 By the way, a heater for holding and heating the wafer is used in the burn-in process, but a conventional heater is made of metal because the entire back surface of the wafer needs to be in contact with the ground electrode. It was. A wafer having a circuit formed thereon is placed on the metal flat plate heater, and a probe called a probe card having a large number of electrode pins (probe pins) for energization is placed on the metal plate heater from several tens kgf to several hundred kgf. The electrical characteristics of the chip were measured by pressing with force.
このとき、ヒータが薄いと変形してしまい、ウエハとプローブピンとの間に接触不良が発生することがあった。そのため、ヒータの剛性を保つ目的で、厚さ15mm以上の厚い金属板を用いる必要があり、その結果、熱容量が増加してヒータの昇降温に長時間を要し、スループット向上の大きな障害となっていた。 At this time, if the heater is thin, the heater is deformed, and a contact failure may occur between the wafer and the probe pin. Therefore, in order to maintain the rigidity of the heater, it is necessary to use a thick metal plate having a thickness of 15 mm or more. As a result, the heat capacity increases and it takes a long time to raise and lower the heater, which is a great obstacle to improving the throughput. It was.
また、バーンイン工程では、チップに電気を流して電気的特性を測定するが、近年のチップの高出力化に伴い、電気的特性の測定時にチップが大きく発熱し、場合によってはチップが自己発熱によって破壊することがあるので、測定後には急速に冷却することが求められている。また、測定中は、できるだけ均熱であることが求められている。そこで、金属板の材質には熱伝導率が403W/mKと高い熱伝導率を有する銅(Cu)が用いられていた。 In the burn-in process, electricity is passed through the chip to measure the electrical characteristics. With the recent increase in chip output, the chip generates a lot of heat when measuring the electrical characteristics, and in some cases, the chip self-heats. Since it may break down, it is required to cool rapidly after the measurement. In addition, it is required to be as uniform as possible during the measurement. Therefore, copper (Cu) having a high thermal conductivity of 403 W / mK has been used as the material of the metal plate.
一方、特許文献1では、厚い金属板の代わりに、薄くても剛性が高く変形しにくいセラミック基板を用い、その表面に薄い金属層を形成することにより、変形しにくくかつ熱容量の小さなウエハプローバを作製する技術が提案されている。この特許文献1によれば、剛性が高いので接触不良を起こしにくく、熱容量が小さいので短時間で昇温及び降温が可能であるとされている。そして、ウエハプローバを設置するための支持台として、アルミニウム合金やステンレスなどを使用することができるとされている。
On the other hand, in
しかし、特許文献1に記載されているように、ウエハプローバをその最外周のみで支持すると、プローブカードの押圧によって、ウエハプローバが反ることがあるので、多数の支柱を設けるなどの工夫が必要であった。
However, as described in
更に、近年、半導体プロセスの微細化に伴い、プロービング時の単位面積あたりの荷重が増加するとともに、プローブカードとウエハプローバとの位置合わせに高い精度が求められている。ウエハプローバは、通常、ウエハを所定の温度に加熱し、プロービング時に所定の位置に移動し、プローブカードを押し当てるという動作を繰り返す。従って、ウエハプローバを所定の位置にまで動かすために使用される駆動系に関しても上記位置合わせの高い精度が要求されている。 Furthermore, in recent years, with the miniaturization of semiconductor processes, the load per unit area during probing increases, and high accuracy is required for alignment between the probe card and the wafer prober. The wafer prober normally repeats the operation of heating the wafer to a predetermined temperature, moving to a predetermined position during probing, and pressing the probe card. Therefore, high accuracy of the alignment is also required for the drive system used to move the wafer prober to a predetermined position.
しかしながら、従来のウエハプローバではチャックトップに保持したウエハを所定の温度、すなわち100〜200℃程度の温度に加熱した際、その熱が駆動系に伝わり、駆動系の金属部品類が熱膨張し、これにより精度が損なわれるという問題があった。更には、プロービング時の荷重の増加により、ウエハを載置するウエハプローバ自体の剛性も要求されるようになってきた。剛性が不足してチャックトップ自体がプロービング時の荷重により変形すると、プローブカードのプローブピンがウエハに均一に接触できなくなって検査ができなくなり、最悪の場合はウエハが破損するおそれがある。 However, in the conventional wafer prober, when the wafer held on the chuck top is heated to a predetermined temperature, that is, a temperature of about 100 to 200 ° C., the heat is transferred to the drive system, and the metal parts of the drive system are thermally expanded. As a result, there is a problem that accuracy is impaired. Furthermore, due to an increase in load during probing, the rigidity of the wafer prober itself on which the wafer is placed has been required. If the chuck top itself is deformed by a load during probing due to insufficient rigidity, the probe pins of the probe card cannot be uniformly contacted with the wafer and cannot be inspected, and in the worst case, the wafer may be damaged.
プローバを大型化すればある程度ウエハプローバの変形を抑えることができるが、プローバ自身の重量が増加し、この重量増が駆動系の精度に悪影響を及ぼすという問題があった。また、ウエハプローバの大型化に伴い、ウエハプローバの昇温及び冷却時間が非常に長くなり、スループットが低下するという問題も存在していた。 If the prober is increased in size, the deformation of the wafer prober can be suppressed to some extent, but the weight of the prober itself increases, and there is a problem that this increase in weight adversely affects the accuracy of the drive system. In addition, with the increase in size of the wafer prober, there has been a problem that the temperature rise and cooling time of the wafer prober becomes very long and the throughput is lowered.
更に、ウエハプローバの昇降温速度を速めてスループットを向上するために、冷却機構が設けられていることが多い。しかしながら、従来は例えば特許文献1に示されるように、冷却機構が空冷であったり、金属製ヒータの直下に金属製の冷却板を設けたりしていた。前者の場合、空冷であるため、冷却速度が遅いという問題があった。また後者の場合でも、冷却板が金属製であるため、プロービング時に冷却板に直接プローブカードの圧力がかかると変形しやすいという問題があった。
Further, a cooling mechanism is often provided in order to increase the temperature raising / lowering speed of the wafer prober and improve the throughput. However, conventionally, as disclosed in
これらの問題点を解決するために、特許文献1ではチャックトップにセラミックスを用いる手法がとられている。しかしながら、チャックトップがセラミックスの場合、ウエハを所定の温度、すなわち100〜200℃程度の温度に加熱した際、チャックトップとこれを支持する支持体との間の熱膨張差によりチャックトップに負荷がかかり、チャックトップ自身の破壊強度を超えて割れが生じたり、プローブピンがウエハに均一に接触できなくなって検査ができなくなったりすることがあった。また、最悪の場合はウエハが破損することもあった。
In order to solve these problems,
そこで、特開2001−135681号公報では、有底円筒状の支持容器に多数の支持柱を設けることによって、セラミックス製のチャックトップの反りや割れを防止する方法が提案されている。これら支持柱は、1〜10mm間隔で碁盤目状に配置されることが好ましく、また、多数の箇所で支持することが好ましいと記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-135681 proposes a method for preventing warping and cracking of a ceramic chuck top by providing a large number of support columns in a bottomed cylindrical support container. It is described that these support columns are preferably arranged in a grid pattern at intervals of 1 to 10 mm, and are preferably supported at a number of locations.
しかしながら、多数の支持柱で支持する場合、100〜200℃程度の温度に加熱したチャックトップから支持柱を経由して支持容器に熱が流入しやすくなり、流入した熱によって支持容器に反りが生じてチャックトップに悪影響を及ぼす可能性があるため、チャックトップの反りの問題は解決されていない。この熱の流入の対策として断熱材を介在させることも考えられるが、金属では効果的に断熱することができず、樹脂等では剛性の低下が懸念される。また、多数の支持柱及び支持容器に対して公差1〜2μmレベルの高精度な断熱材が必要となるが、そもそも断熱材の平面度の制御は困難であるため非常に高コストなものになる上、組み付け自体にも困難を伴うことが予想される。 However, when supporting by a large number of support pillars, heat easily flows into the support container from the chuck top heated to a temperature of about 100 to 200 ° C. via the support pillar, and the support container warps due to the inflowed heat. Therefore, the problem of chuck top warping has not been solved. Although it is conceivable to interpose a heat insulating material as a countermeasure against the inflow of heat, it is not possible to insulate effectively with metal, and there is a concern that the rigidity of resin or the like may decrease. In addition, a high-accuracy heat insulating material with a tolerance of 1 to 2 μm is required for a large number of support pillars and support containers. However, since it is difficult to control the flatness of the heat insulating material, it is extremely expensive. In addition, the assembly itself is expected to be difficult.
一方、特許第3945527号においては、チャックトップと支持体との間に空隙を設けることで、高剛性を損なうことなく断熱効果を高めて位置合わせの精度の向上や均熱性の向上を達成し、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウエハプローバ用ウエハ保持体が開示されている。しかしながら、近年の配線の微細化の進展からチャックトップ上面の高精度の要求はますます高まっており、昇温時や冷却時のチャックトップ厚み方向の温度分布によりチャックトップ自体に反りが発生して、常温時のチャックトップ上面の平面度の精度を昇温時や冷却時には維持できなくなる問題が無視できなくなっている。 On the other hand, in Japanese Patent No. 3945527, by providing a gap between the chuck top and the support body, the heat insulation effect is enhanced without impairing the high rigidity, thereby improving the alignment accuracy and heat uniformity. Furthermore, a wafer holder for a wafer prober capable of rapidly raising and cooling the chip is disclosed. However, the demand for high accuracy on the top surface of the chuck top has been increasing due to the recent progress in miniaturization of wiring, and the chuck top itself has warped due to the temperature distribution in the thickness direction of the chuck top during temperature rise and cooling. The problem that the accuracy of the flatness of the upper surface of the chuck top at room temperature cannot be maintained at the time of temperature rise or cooling cannot be ignored.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち本発明は、常温時の高精度なチャックトップ上面の平面度を常温時に限らず昇温時や冷却時にも高精度に維持することができ、プロービングによる押圧に対してもチャックトップの変形や破損を防止することができ、昇温時や冷却時にも高精度な温度分布を実現でき、軽量かつ断熱性の高い構造により下部駆動系への負荷を軽減するとともに熱の流入を遮断でき、高精度なプロービングが実現でき、繰り返し使用しても正確な測定を再現できるウエハプローバ用ウエハ保持体及びそれを搭載したウエハプローバ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, according to the present invention, the flatness of the upper surface of the chuck top with high accuracy at normal temperature can be maintained with high accuracy not only at normal temperature but also at the time of heating or cooling. Damage can be prevented, high-accuracy temperature distribution can be achieved even during temperature rise and cooling, and the lightweight and highly heat-insulating structure reduces the load on the lower drive system and blocks heat inflow. An object of the present invention is to provide a wafer holder for a wafer prober that can realize accurate probing and can reproduce accurate measurements even when used repeatedly, and a wafer prober apparatus equipped with the wafer holder.
上記目的を達成するため、本発明が提供するウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される温度制御手段と、温度制御手段においてチャックトップに対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a wafer holder for a wafer prober provided by the present invention includes a chuck top having a wafer mounting surface, and temperature control means installed on the chuck top on the surface opposite to the wafer mounting surface. And a warpage preventing plate installed on the surface opposite to the surface facing the chuck top in the temperature control means, and a support having a gap is provided below the warpage preventing plate, The thermal expansion coefficient difference between the warpage prevention plate and the chuck top is not more than a predetermined value.
また、本発明が提供するウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記チャックトップと前記反り防止板との間には収納部が設けられており、前記収納部に温度制御手段が具備されており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。 Further, the wafer holder for a wafer prober provided by the present invention has a chuck top having a wafer placement surface, and a warp prevention plate installed on the chuck top on the surface opposite to the wafer placement surface, A support having a gap is provided at a lower portion of the warpage prevention plate, and a storage portion is provided between the chuck top and the warpage prevention plate, and the storage portion includes a temperature control means. The thermal expansion coefficient difference between the warpage preventing plate and the chuck top is not more than a predetermined value.
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体においては、チャックトップと反り防止板との間に第1支持部材を備えることが好ましい。また、この第1支持部材として第1リング状部材を設け、この第1リング状部材の内側に上記収納部を形成しても良い。 In the wafer holder for a wafer prober of the present invention, it is preferable that a first support member is provided between the chuck top and the warp prevention plate. Moreover, a 1st ring-shaped member may be provided as this 1st support member, and the said accommodating part may be formed inside this 1st ring-shaped member.
また、上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体においては、支持体を底部基板と、この底部基板上に配置され、前記反り防止板を支持する第2支持部材及び/又は前記チャックトップを支持する第3支持部材とからなることが好ましい。この第2支持部材は、複数の第2支持柱と第2リング状部材とから構成することができる。 In the wafer holder for a wafer prober according to the present invention, the support is disposed on the bottom substrate, and the second support member and / or the chuck top disposed on the bottom substrate and supporting the warpage prevention plate. It is preferable to consist of a 3rd support member. The second support member can be composed of a plurality of second support columns and a second ring-shaped member.
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハプローバ用の温度制御ユニットに具備することができる。更に、この温度制御ユニットは、ウエハプローバに具備することができる。 The wafer holder for a wafer prober of the present invention can be provided in a temperature control unit for a wafer prober. Further, this temperature control unit can be provided in a wafer prober.
本発明によれば、軽量で剛性が高く、昇温時や冷却時にチャックトップが反りによって変形することがほとんどなく、均熱性及び急速な昇降温に優れ、更に繰り返し使用しても高精度な測定を再現できるプローバ用ウエハ保持体及びそれを搭載したプローバ用温度制御ユニット及びそれを搭載したウエハプローバを提供することができる。 According to the present invention, it is lightweight and has high rigidity, the chuck top hardly deforms due to warping during temperature rise or cooling, is excellent in heat uniformity and rapid temperature rise and fall, and is highly accurate even after repeated use. Can be provided, a prober temperature control unit equipped with the prober wafer holder, and a wafer prober equipped with the prober temperature control unit.
本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の一実施態様は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側に設置される温度制御手段と、温度制御手段においてチャックトップに対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。 One embodiment of a wafer holder for a wafer prober according to the present invention includes a chuck top having a wafer placement surface, temperature control means installed on the chuck top opposite to the wafer placement surface, and a chuck in the temperature control means. It has a warpage prevention plate installed on the surface opposite to the surface facing the top, and the thermal expansion coefficient difference between the warpage prevention plate and the chuck top is not more than a predetermined value.
これにより、ウエハ上に形成された半導体デバイスの電気的特性を、例えば−数十℃の低温から150〜200℃の高温までの温度範囲において測定する際、チャックトップとチャックトップに取り付けられた例えば金属製の冷却モジュールやヒータなどの温度制御手段の各部材との熱膨張差によって生じる反りによるチャックトップの変形を防止することができ、上記温度範囲において常温時と変わらず高精度なプロービングを実現できる。 Thereby, when measuring the electrical characteristics of the semiconductor device formed on the wafer in a temperature range from a low temperature of −several tens of degrees Celsius to a high temperature of 150 to 200 degrees Celsius, for example, the chuck top and the chuck top attached to the chuck top, for example It can prevent deformation of the chuck top due to warpage caused by differences in thermal expansion with each member of temperature control means such as metal cooling modules and heaters, and achieves high-accuracy probing in the above temperature range, the same as normal temperature it can.
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップに反り防止板が具備されているので高い剛性を有している。これらに剛性の高い材料を用いることでプロービング時の押圧によるチャックトップの変形をより一層抑えることができ、繰り返し使用しても高精度な測定を再現できる。 The wafer prober for a wafer prober according to the present invention has high rigidity since the warp prevention plate is provided on the chuck top having the wafer mounting surface. By using a highly rigid material for these, deformation of the chuck top due to pressing during probing can be further suppressed, and high-precision measurement can be reproduced even when used repeatedly.
チャックトップと反り防止板との間には第1支持部材を設けることが好ましい。この第1支持部材は、リング状部材でも支持柱でも良い。チャックトップと接する面には貫通孔やざぐり穴を設けることにより断熱性を高めることができ、接触面積を適宜制御することで高い剛性と高い断熱性を両立することができる。より剛性を重視する場合には、リング状部材でチャックトップの外縁部を支持することが好ましく、リング状部材及び/又は複数の支持柱を適宜組み合わせることで所望の剛性を得ることができる。 A first support member is preferably provided between the chuck top and the warp prevention plate. The first support member may be a ring-shaped member or a support column. By providing a through hole or a counterbore on the surface in contact with the chuck top, heat insulation can be enhanced, and high rigidity and high heat insulation can be achieved by appropriately controlling the contact area. When more importance is attached to rigidity, it is preferable to support the outer edge portion of the chuck top with a ring-shaped member, and desired rigidity can be obtained by appropriately combining the ring-shaped member and / or a plurality of support columns.
上記反り防止板の下部には、空隙部を有する支持体が設けられている。この空隙部の断熱効果により、プロービング時に150〜200℃の高温又は−数十℃の低温となるウエハの熱が、反り防止板及び支持体を経由して更に下方に位置する駆動系に伝わるのを効果的に抑えることができる。その結果、反り防止板と支持体との温度差を小さくすることができ、チャックトップの変形を抑えることができる。更に、駆動系における昇温時の温度上昇及び冷却時の温度降下を小さくして駆動系の精度劣化を抑えることができる。 A support having a gap is provided below the warpage prevention plate. Due to the heat insulating effect of the gap, the heat of the wafer, which becomes a high temperature of 150 to 200 ° C. or a low temperature of −several tens of ° C. during probing, is transmitted to the drive system located further below through the warp prevention plate and the support. Can be effectively suppressed. As a result, the temperature difference between the warpage preventing plate and the support can be reduced, and deformation of the chuck top can be suppressed. Furthermore, the temperature rise at the time of temperature rise in the drive system and the temperature drop at the time of cooling can be reduced to suppress deterioration in accuracy of the drive system.
この支持体は、底部基板と、該底部基板の上に設置され、反り防止板を支持する第2支持部材とから構成するのが好ましく、これらは一体物でも良いが、分離可能に当接していることがより好ましい。かかる構造にすることによって、反り防止板と第2支持部材との間、及び第2支持部材と底部基板との間に熱抵抗となる接触界面を設けることができ、チャックトップから駆動系への断熱効果をより一層増すことができる。その結果、チャックトップの変形を防止することができるとともに、駆動系の熱伝達量を低減し、駆動系の温度上昇を抑えることで精度悪化をより抑えることができる。 The support body is preferably composed of a bottom substrate and a second support member that is installed on the bottom substrate and supports the warp prevention plate. These members may be integrated, but are in a separable contact. More preferably. By adopting such a structure, it is possible to provide a contact interface serving as a thermal resistance between the warp prevention plate and the second support member and between the second support member and the bottom substrate, and from the chuck top to the drive system. The heat insulation effect can be further increased. As a result, the deformation of the chuck top can be prevented, the amount of heat transfer in the drive system can be reduced, and the increase in temperature of the drive system can be suppressed to further suppress deterioration in accuracy.
第2支持部材の形状としては柱状やリング状が好ましく、それらの組み合わせでも良い。反り防止板を部分的に局部支持するこれら第2支持部材の配置場所とその接触面積を適切に制御することで高い剛性と高い断熱性を両立させることができる。また、第2支持部材を介して反り防止板と底部基板とを締結しても良い。これにより、従来のようにチャックトップと底部基板とを直接締結する場合に比べて、締結部の温度差を小さくできるので熱膨張差を小さくでき、チャックトップの変形を防止することができる。 The shape of the second support member is preferably a columnar shape or a ring shape, and may be a combination thereof. High rigidity and high heat insulation can be achieved by appropriately controlling the location of the second support member that partially supports the warpage prevention plate and the contact area thereof. Further, the warpage preventing plate and the bottom substrate may be fastened via the second support member. As a result, compared to the conventional case where the chuck top and the bottom substrate are directly fastened, the temperature difference of the fastening portion can be reduced, so that the difference in thermal expansion can be reduced, and deformation of the chuck top can be prevented.
更に、第2支持部材にリング状部材を採用することにより剛性を高めることができるだけでなく、反り防止板とリング状部材の締結位置と底部基板とリング状部材との締結位置をずらすことで、リング状部材が応力緩和層としての役割を果たすことができ、支持柱のみの場合に比べて高温時及び低温時の反りを低減することができ、高精度な測定を実現できる。 Furthermore, by adopting a ring-shaped member as the second support member, not only can rigidity be improved, but also by shifting the fastening position of the warpage prevention plate and the ring-shaped member and the fastening position of the bottom substrate and the ring-shaped member, The ring-shaped member can serve as a stress relaxation layer, can reduce warping at high temperatures and low temperatures compared to the case of using only support columns, and can realize highly accurate measurement.
また、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の他の実施態様は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側に設置される反り防止板とを有し、この反り防止板とチャックトップとの間に収納部が設けられており、この収納部に温度制御手段が配置されている。これにより、一般に金属製であることが多い温度制御手段を介さずに剛性の高いチャックトップを支えることができ、温度制御手段を介してのみ支持される場合に比べて剛性を高めることができ、チャックトップの変形を抑えることができる。 Further, another embodiment of the wafer holder for a wafer prober of the present invention includes a chuck top having a wafer mounting surface, and a warp preventing plate installed on the chuck top opposite to the wafer mounting surface. A storage portion is provided between the warp prevention plate and the chuck top, and temperature control means is disposed in the storage portion. Thereby, it is possible to support a highly rigid chuck top without using a temperature control means that is often made of metal, and it is possible to increase the rigidity as compared with the case where it is supported only through the temperature control means, Deformation of the chuck top can be suppressed.
次に、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の具体例を、図面を参照しつつ説明する。図1には、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の一具体例が示されている。このウエハプローバ用ウエハ保持体1は、ウエハ載置面10aを有するチャックトップ10と、チャックトップ10においてウエハ載置面10aとは反対側の面に設置される温度制御手段20と、温度制御手段20においてチャックトップ10に対向する面とは反対側の面に配置される反り防止板30とから構成される。
Next, a specific example of the wafer holder for a wafer prober of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a specific example of a wafer holder for a wafer prober according to the present invention. The wafer
反り防止板30とチャックトップ10との熱膨張係数差は所定の値以下になっている。これにより、温度制御手段20によってウエハプローバ用ウエハ保持体1の温度を高温又は低温に変化させても、チャックトップ10の反りによる変形はほとんど生じない。
The difference in thermal expansion coefficient between the
すなわち、互いの熱膨張係数差が所定の値以下であるチャックトップ10と反り防止板30によって温度制御手段20を挟持することで、温度制御手段20によってチャックトップ10が高温に加熱される場合も、逆に低温に冷却される場合もチャックトップ10と反り防止板30の熱膨張量を略同一にしてバランスさせることができる。これにより、反り防止板30がない場合や反り防止板30とチャックトップ10の熱膨張係数が大きく離れている場合に比べて温度変化によるチャックトップ10の変形量を小さくすることができる。
That is, the
チャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度は10μm以下であることが好ましい。この値が10μmを超えると、プロービング時のプローブピンが片あたりを起こして特性を正しく評価できなかったり、接触不良により誤って不良品であると判定して歩留まりを必要以上に悪く評価したりすることがある。また、チャックトップ10のウエハ載置面10aと、後述する支持体の底面との平行度は10μm以下であることが好ましい。この値が10μmを超えると、上記と同様に接触不良を生じることがある。
The flatness of the
尚、面の平面度とは、当該面を挟む平行な2枚の面の内、それらの間の距離が最も短いものを想定したとき、その距離のことをいう。また、2つの面の平行度とは、一方の面(基準平面)に平行な2つの幾何学的平面で他方の面を挟んだとき、これら2つの幾何学的平面の間隔が最小となる場合のその間隔のことをいう。 The flatness of a surface means the distance when assuming the shortest distance between two parallel surfaces sandwiching the surface. The parallelism of two surfaces means that when the other surface is sandwiched between two geometric planes parallel to one surface (reference plane), the distance between these two geometric planes is minimized. That interval.
室温時にチャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度及びこれと支持体の底面との平行度がそれぞれ10μm以下で良好であっても、例えば200℃でのプロービング時にこれら平面度や平行度が10μmを超えると前述と同様に好ましくない。また、例えば−60℃でのプロービング時においても同様である。すなわち、プロービングを行う温度範囲全域において平面度及び平行度ともに10μm以下であることが必要である。
Even when the flatness of the
例えば、反り防止板30の熱膨張係数がチャックトップ10より5×10−6/K大きい場合には、100〜200℃に昇温した場合、チャックトップ10の下部に温度制御手段20を介して配置される反り防止板30の熱膨張量がチャックトップ10より大きくなるため、バイメタル効果により、チャックトップ10にウエハ載置面10aが中凹状に湾曲するような応力がかかり、チャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度が悪化する。
For example, when the thermal expansion coefficient of the
このように、室温時にチャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度及びそれと支持体の底面との平行度が10μm以下で良好であっても、100〜200℃に昇温されたときのプロービング時に、これら平面度や平行度が10μmを超えると好ましくない。更に、チャックトップ10の中心部に支持部材を配置している場合には、当該支持部材が中凹状に変形したチャックトップ10の中央部を突き上げることになり、ひどい場合はチャックトップ10を破損させ、プロービングが継続できなくなることもある。
Thus, even when the flatness of the
逆に−60℃に冷却した場合には、反り防止板30がチャックトップ10に比べてより収縮して小さくなるため、チャックトップ10にウエハ載置面10aが中凸状に湾曲するような応力がかかり、チャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度が悪化する。このように、室温時にチャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度及びそれと支持体の底面との平行度が10μm以下で良好であっても、−60℃に冷却したときのプロービング時においてこれら平面度や平行度が10μmを超えると好ましくない。
Conversely, when cooled to −60 ° C., the
反り防止板30とチャックトップ10の熱膨張係数差は5×10−6/K以下であることが好ましく、略同一であることがより好ましい。特に、プロービング温度が−60〜200℃の範囲であるならば、チャックトップ10と反り防止板30との熱膨張係数差は2×10−6/K以下が好ましい。この範囲であるならばプロービングを行う温度範囲全域において前述した平面度及び平行度ともに10μm以下とすることができる。
The difference in thermal expansion coefficient between the
尚、当然のことながら、プロービング時の温度範囲が上記範囲より広い場合には、チャックトップ10と反り防止板30の熱膨張係数差はより小さくする必要があるし、逆にプロービング時の温度範囲が狭ければ上記熱膨張係数差よりも大きくても良い。本発明者らの検討結果によれば、ウエハプローバの一般的な使用温度範囲を考慮すれば、2×10−6/K以下が好ましい。
Of course, when the temperature range at the time of probing is wider than the above range, the difference in thermal expansion coefficient between the
また、図2の(a)に示すように、チャックトップ10において反り防止板30に対向する側の面に外縁部を残してざぐり穴を設け、このざぐり穴からなる収納部に温度制御手段20を嵌め込んだ上で、チャックトップ10と反り防止板30とで温度制御手段20を挟持することもできる。
Further, as shown in FIG. 2A, a countersunk hole is provided on the surface of the
このとき、上記と同様に、反り防止板30とチャックトップ10との熱膨張係数差を所定の値以下にすることで、温度制御手段20によりウエハプローバ用ウエハ保持体1を高温又は低温に変化させた際のチャックトップ10の変形を抑えることができる。更に、チャックトップ10の外縁部を、剛性の高いチャックトップ10の平板部と剛性の高い反り防止板30とで支持することになるので、温度制御手段20を介してチャックトップ10を支持した場合に比べて高い剛性を得ることができる。
At this time, similarly to the above, the temperature control means 20 changes the wafer
温度制御手段20が嵌め込まれる収納部としては、図2の(b)のように、反り防止板30においてチャックトップ10に対向する側にざぐり穴を設けて温度制御手段20を嵌め込み、平板状のチャックトップ10とで挟持しても良いし、図2の(c)のように、チャックトップ10における反り防止板30に対向する側と、反り防止板30におけるチャックトップ10に対向する側の両方にざぐり穴を設けて、これら両ざぐり穴に温度制御手段20を嵌め込んでも良い。
As shown in FIG. 2B, the storage portion into which the temperature control means 20 is fitted is provided with a counterbore hole on the side of the
また、チャックトップ10と反り防止板30との間に第1支持部材40を設けても良い。例えば図3に示すように、リング状の第1支持部材40aを設けることによって、この第1リング状部材40aの内側を収納部として温度制御手段20を嵌め込むこともできる。このときも上記の場合と同様に、反り防止板30とチャックトップ10との熱膨張係数差を所定の値以下にすることで、温度制御手段20によってウエハプローバ用ウエハ保持体1を高温又は低温に変化させた際のチャックトップ10の変形を小さくすることができ、剛性を高くすることができる。更に、チャックトップ10と反り防止板30との間の接触界面を増やすことができるので、チャックトップ10の外縁部からの熱の逃げを緩和することができ、図2に示す場合に比べて均熱性を良くすることができる。
Further, the first support member 40 may be provided between the
また、図4に示すように、第1支持部材40として複数の第1支持柱40bを設けても良い。これにより剛性を高めることができる上、チャックトップ10の外縁部を支持する必要がなくなるので、チャックトップ10の外縁部からの熱逃げを緩和できる。更に、温度制御手段20を外縁部まで配置できるので、図2や図3に示す構造に比べて均熱性を良くすることができる。図2〜図4に示す構造によりチャックトップ10と反り防止板30との間に温度制御手段20を挟み込むことによって、温度制御手段20からの熱をチャックトップ10と反り防止板30へ平等に伝えることができ、且つチャックトップ10の支持を温度制御手段20に直接担わせなくても良くなる。
As shown in FIG. 4, a plurality of
その結果、温度制御手段20は、チャックトップ10や反り防止板30にかかるネジなどの締結手段70の応力、あるいはプロービング時にチャックトップ10のウエハ載置面10aから受けるプローブピンなどからの応力の影響を受けることがない。よって、温度制御手段20を、これら応力を考慮しない無負荷な構造にすることができる。逆に、チャックトップ10及び反り防止板30に対しては、温度制御手段20の熱変形などによる応力の影響を受けない無負荷な構造とすることができる。
As a result, the temperature control means 20 is affected by the stress of the fastening means 70 such as screws applied to the
このように、チャックトップ10及び反り防止板30は、温度制御手段20に対して無負荷な構造にすることができるから、チャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度に対する温度制御手段20の影響を回避することができ、チャックトップ10と反り防止板30の熱膨張係数差のみを制御することにより、高温時及び低温時のチャックトップ10のウエハ載置面10aの平面度や平行度を制御することができる。
As described above, the
チャックトップ10を支持する複数の第1支持柱40bは、図5の(a)に示すように、チャックトップ10の中心部に加え、チャックトップ10に対して同心円状の円上に周方向に均等に配置するのが好ましい。このとき、同心円状の円の直径は、チャックトップ10の直径の1/2以上であることが好ましい。この値が1/2未満であれば、プロービング時にチャックトップ10の端部を押圧した際、チャックトップ10の変形量(撓み量)が許容量を超え、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがある。
As shown in FIG. 5A, the plurality of
複数の第1支持柱40bの他の配置例としては、図5の(b)に示すように、チャックトップ10に対して同心円状の1つの円上に周方向に均等に複数箇所配置しても良い。また、図5の(c)に示すように、直径(R1、R2、・・・)の複数の円をチャックトップ10に対して同心円状に配置した各円上に、周方向に均等に複数箇所配置しても良い。更に、図5の(d)に示すように、図5の(c)に加えて中心部に1箇所配置しても良い。
As another arrangement example of the plurality of
複数の同心円状の円上に配置する場合は、最外周の円の直径はチャックトップ10の直径の1/2以上であることが好ましく、更に2/3以上であることがより好ましい。この直径がチャックトップ10の直径の1/2未満であると、前述と同様に、チャックトップ10の外周部におけるプロービング押し圧が強くなるとチャックトップ10の変形量(撓み量)が許容量を超え、正確なプロービングができなくなるからである。
When arranged on a plurality of concentric circles, the diameter of the outermost circle is preferably 1/2 or more of the diameter of the
また、最外周の円上においては、3箇所以上に第1支持柱40bを配置することが好ましく、6箇所以上が特に好ましい。3箇所未満では、隣接する支持柱間のスパンが広くなりすぎるため、隣接する支持柱の中間部分にプロービング時の押圧がかかった場合、チャックトップ10の変形量(撓み量)が大きくなり、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがあるからである。
In addition, on the outermost circle, the
第1支持部材40の数は、多ければ多いほどプロービング時の押圧による撓みに対しては有利であるが、多すぎると温度制御手段20に第1支持部材40用の貫通孔を多数設けなければならないので、均熱性が低下するおそれがある。従って、必要とされる剛性と均熱性の両面から適宜設計する必要がある。一般的には、チャックトップ10と第1支持部材40の接触面積は、チャックトップ10のウエハ載置面10aの面積の20%以下が好ましい。この範囲であれば、均熱性を損なうことなく高い剛性を保つことができる。
The larger the number of first support members 40 is, the more advantageous is the bending due to pressing during probing, but if there are too many, the temperature control means 20 must have a large number of through holes for the first support member 40. Therefore, the soaking property may be lowered. Therefore, it is necessary to design appropriately from both the required rigidity and soaking characteristics. In general, the contact area between the
再度図1を参照すると、反り防止板30の下部には支持体50が設けられている。支持体50は、底部基板51と、この底部基板51上に設けられ、反り防止板30を支持する第2支持部材52とからなる。第2支持部材52は、反り防止板30を複数の局部のみで支持する構造を有することが好ましい。これにより、反り防止板30と支持体50の接触面積を小さくすることができる上、反り防止板30底部基板51との間に空隙部60を容易に形成することができる。
Referring to FIG. 1 again, a
空隙部60によって、チャックトップ10と底部基板51との間の大部分が空気層となるため、効率的な断熱構造とすることができる。空隙部60の形状には特に制約はなく、温度制御手段20で発生した熱や、ウエハプローバ用ウエハ保持体1周りの冷気が底部基板51に伝わるのを効果的に抑えることができるのであればいかなる形状であっても良い。
Due to the
第2支持部材52は底部基板51と一体化されていても分離可能に当接されていてもどちらでも良いが、分離可能に当接されていた方が好ましい。反り防止板3と第2支持部材52との間、及び第2支持部材52と底部基板51との間が接触界面になるため、その熱抵抗としての効果が期待できるからである。
The
上記のようにチャックトップ10から支持体50、更には支持体50の下部へ伝わる熱を効率良く断熱することで、支持体50の温度変化量を低く抑えることができ、支持体50の温度変化による反りを低減することができ、チャックトップ10の反りへの影響を低減できる。更には、駆動系への熱の伝達を抑えることができるため、プロービング時の位置合わせの精度の悪化を防ぐことができ、高精度なプロービングが実現できる。
As described above, by efficiently insulating the heat transmitted from the
第2支持部材52は、適宜自由に配置できるが、第1支持柱40bと同様に配置するのが好ましい。すなわち、反り防止板30を支持する第2支持部材52は、図5の(a)に示すように、チャックトップ10の中心部に加え、チャックトップ10に対して同心円状の円上に周方向に均等に配置するのが好ましい。このとき、同心円状の円の直径は、チャックトップ10の直径の1/2以上であることが好ましい。この値が1/2未満であれば、プロービング時にチャックトップ10の端部を押圧した際、チャックトップ10の変形量(撓み量)が許容量を超え、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがある。
Although the
第2支持部材52の他の配置例としては、図5の(b)に示すように、チャックトップ10に対して同心円状の1つの円上に周方向に均等に複数箇所配置しても良い。また、図5の(c)に示すように、直径(R1、R2、・・・)の複数の円をチャックトップ10に対して同心円状に配置した各円上に、周方向に均等に複数箇所配置しても良い。更に、図5の(d)に示すように、図5の(c)に加えて中心部に1箇所配置しても良い。
As another arrangement example of the
複数の同心円状の円上に配置する場合は、最外周の円の直径はチャックトップ10の直径の1/2以上であることが好ましく、更に2/3以上であることがより好ましい。この直径がチャックトップ10の直径の1/2未満であると、前述と同様に、チャックトップ10の外周部におけるプロービング押し圧が強くなるとチャックトップ10の変形量(撓み量)が許容量を超え、正確なプロービングができなくなるからである。
When arranged on a plurality of concentric circles, the diameter of the outermost circle is preferably 1/2 or more of the diameter of the
また、最外周の円上においては、3箇所以上に第2支持部材52を配置することが好ましく、6箇所以上が特に好ましい。3箇所未満では、隣接する支持柱間のスパンが広くなりすぎるため、隣接する支持柱の中間部分にプロービング時の押圧がかかった場合、チャックトップ10の変形量(撓み量)が大きくなり、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがあるからである。
Moreover, it is preferable to arrange | position the 2nd supporting
第2支持部材52の数は、多ければ多いほどプロービング時の押圧による撓みに対しては有利であるが、多すぎると、反り防止板30と第2支持部材52との接触面積が大きくなりすぎて昇温時にはチャックトップ10の熱が第2支持部材52を介して支持体50の底部基板51、更には駆動系にまで伝わり、測定精度を低下させてプロービングを継続できなくなるおそれがある。従って、反り防止板30と第2支持部材52の接触面積は、反り防止板30において底部基板51に対向する面の面積の20%以下が好ましい。この範囲であれば、伝熱量が制限されて高精度を保つことができる。
The larger the number of the
上記した中でも、特に、第2支持部材52は、底部基板51の中心部及び外周部に具備することが好ましい。この第2支持部材52は、チャックトップ10を支持する反り防止板30を支えており、チャックトップ10にプローブカードが押し付けられた際に、チャックトップ10の変形を抑えることができる。
Among the above, in particular, the
また、図6に示すように、チャックトップ10と底部基板51とを直接的に支持する第3支持部材53をそれらの中心部にのみ設けても良い。更に、チャックトップ10の外周部においては第1支持柱40bに挿通させた締結手段70を介してチャックトップ10と反り防止板30とを締結し、内周部においては第2支持部材52に挿通させた締結手段70を介して反り防止板30と底部基板51とを締結しても良い。このとき、チャックトップ10の外周部については、底部基板51とチャックトップ10との間及び底部基板51と反り防止板30との間のいずれも締結しないようにできる。
Further, as shown in FIG. 6, a
この締結方法により、チャックトップ10と底部基板51の温度差があることによる熱膨張差による反りの影響を大幅に削減することができ、チャックトップ10と底部基板51を直接支持し固定する場合に比べて、高温時、低温時のチャックトップ10の反りを小さく抑えることができる。
By this fastening method, the influence of warpage due to the difference in thermal expansion due to the temperature difference between the
また、支持体50の底部基板51とチャックトップ10とを複数の第3支持部材53を用いて直接支持しても良い。これにより剛性を強化することもできるが、第2支持部材52を用いて反り防止板30を支持する場合に比べて温度制御手段20や反り防止板30に第3支持部材53を挿通する穴を開ける必要が生じて剛性が若干劣化する上、後述する温度制御手段20のヒータパターンや冷媒水路パターンの設計の自由度が制限され、高温時や低温時における均熱性が低下する。この支持方法については、後に図10を参照して詳細に説明する。
In addition, the
上記したように、反り防止板30を部分的に局部支持するように第2支持部材52を構成することによって、反り防止板30と底部基板51との間を中空構造にすることができるため、従来行われていたような、チャックトップの外径と同等の外径を有する円柱状の支持体を設けたり、チャックトップの外周部をリング状に支持する支持体を設けたりする場合に比べて軽量化できるため、急速な昇温や降温に優れ、検査工程のスループットを上げることができる。
As described above, by configuring the
第2支持部材52は、図7の(a)に示すように、複数の第2支持柱52aによって反り防止板30を支持しても良いし、図7の(b)に示すように、外縁部に配置された第2リング状部材52bと、その内側に配置された複数の第2支持柱52aとによって反り防止板30を支持しても良い。後者の場合は、第2支持柱52aの本数を削減できるので前者の場合に比べて部品点数を少なくできる上、剛性を高めることができる。
The
前述したように、チャックトップ10の中心部のみを第3支持部材53によって支持する場合は、図8に示すように、チャックトップ10と底部基板51とを第3支持部材53及びその締結手段70を用いて直接締結し、外縁部については第2リング状部材52b及びその締結手段70a、bを介して、内周部については第2支持柱52a及びその締結手段70を介して反り防止板30と底部基板51とを締結しても良い。
As described above, when only the center portion of the
第2リング状部材52bを反り防止板30及び底部基板51に締結する際は、図8及び9に示すように、締結手段70a及びbを第2リング状部材52bの周方向において反り防止板30及び底部基板51に交互に締結しても良い。これにより第2リング状部材52bが応力緩和層として機能し、チャックトップ10と底部基板51の温度差により生じる熱膨張差による反りの影響を大幅に削減することができ、チャックトップ10と底部基板51を直接支持し固定する場合に比べ、高温時や低温時のチャックトップ10の反りを小さく抑えることができる。
When fastening the second ring-shaped
温度制御手段20とチャックトップ10との間、及び温度制御手段20と反り防止板30との間に空隙があると、伝熱を阻害し、昇温速度や冷却速度の低下につながるし、均熱性を悪化させる。このため、チャックトップ10と温度制御手段20との間や温度制御手段20と反り防止板30との間には耐熱性の高熱伝導樹脂シートを配置することが好ましい。これにより、互いの密着性が高まり、上記問題を解決できる。高熱伝導樹脂シートとして、例えば、シリコーン樹脂などは弾力性があり、更には耐熱性を有し、電気絶縁性があるため好ましい。
If there are gaps between the temperature control means 20 and the
この高熱伝導樹脂シートの樹脂中には樹脂の熱伝導を高める役割を有するフィラーを分散させることができる。かかるフィラーの材質としては、樹脂との反応性のない限り特に制約はなく、例えば窒化硼素や、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を使用することができる。 A filler having a role of enhancing the heat conduction of the resin can be dispersed in the resin of the high thermal conductive resin sheet. The filler material is not particularly limited as long as it does not react with the resin. For example, boron nitride, aluminum nitride, alumina, silica, or the like can be used.
反り防止板30は、チャックトップ10と同じ材質(熱膨張、熱伝導率、ヤング率)であることが好ましい。当然のことながら、同材質であれば、熱膨張係数も同一であり、熱膨張差を生じないため、高温時、低温時のおいてもチャックトップ10に反りが発生しにくくなる。
The
反り防止板30の材料はチャックトップ10と異なる材料であっても良いが、この場合はチャックトップ10の材料の熱膨張係数にあわせて適宜選択することになる。この条件が合えば、反り防止板30の材料は金属でもセラミックスでも金属セラミックス複合体でも良い。
The material of the
反り防止板30の厚みは特に制約はないが、前述したように、反り防止板30がチャックトップ10を第1リング状部材40aや複数の第1支持柱40bを介して支持する場合には、厚くすればするほど剛性を強くできるが、チャックトップ10より厚いと熱容量が大きくなり、昇降温速度が遅くなるので、目的や用途に応じて適当な厚みを設定することが好ましい。この場合、反り防止板30の材料がチャックトップ10と異なる材料の場合は、プロービング時の荷重によるチャックトップ10上面の変形を防ぐためヤング率が100GPa以上であることが好ましく、200GPa以上であるとより好ましい。
The thickness of the
一方、前述したように、複数の第3支持部材53を用いてチャックトップ10と底部基板51とを締結し、反り防止板30をチャックトップ10の支持に関与させない構造にする場合は、反り防止板30はプロービング時の剛性に寄与しないため、剛性確保のために厚くする必要はなく、第3支持部材53を回避するための穴やねじ穴を形成できるだけの厚みがあれば良い。
On the other hand, as described above, when the
このように反り防止板30がチャックトップ10の支持に関与しない場合は、図10に示すように、反り防止板30を薄くできるので熱容量が小さくなり、昇温速度や降温速度を速くすることができる。また、比較的加工性の容易な剛性の低い材料を用いることにより比較的安価に製造することもできる。この場合は、反り防止板30のヤング率は特に問わないが、100GPa以上であるのが好ましい。ヤング率が低すぎると、ネジなどで締結する際の応力でへこみやねじれを生じてしまい、反り防止板30として機能できなくなるからである。
When the
温度制御手段20は、発熱体及び/又は冷却モジュールからなり、チャックトップ10は、この温度制御手段20によって加熱及び/又は冷却される。近年、半導体ウエハのプロービングにおいては、ウエハを100〜200℃の温度に加熱する場合が多く、もしチャックトップ10を加熱する発熱体の熱が支持体50に伝わることを防止することができなければ、支持体50の下部に備わる駆動系に熱が伝わり、当該駆動系を構成する各部品の熱膨張差により機械精度にずれを生じ、チャックトップ10の上面(ウエハ載置面10a)の平面度や平行度を著しく劣化させる原因となる。
The
これに対して、本実施形態の支持体50は、チャックトップ10を複数の局部のみで支持することができるため、チャックトップ10と支持体50との接触面積を低減でき、更に支持体50は空隙部60を有することから断熱効果が高く平面度や平行度を著しく劣化させることはない。
On the other hand, since the
ところで、前述した特許第3945527号公報に記載のウエハ保持体では、支持体にリング状部材を用いる場合には、発熱体及び冷却モジュールの外径をリング状部材の内径より小さくする必要があるため、これら発熱体及び冷却モジュールをチャックトップと同サイズにすることができなかった。このため、昇温時は外周の熱垂れが大きく均熱特性の向上に限界があった。冷却時にも冷媒の流路をチャックトップの外周部まで広げることができないため、冷却時の均熱特性の向上にも限界があった。 By the way, in the wafer holder described in Japanese Patent No. 3945527, when the ring-shaped member is used as the support, the outer diameter of the heating element and the cooling module needs to be smaller than the inner diameter of the ring-shaped member. These heating elements and cooling modules could not be made the same size as the chuck top. For this reason, at the time of temperature rise, the thermal drooping of the outer periphery is large and there is a limit to the improvement of the soaking characteristic. Even during cooling, the flow path of the refrigerant cannot be extended to the outer periphery of the chuck top, so there is a limit to the improvement of the soaking characteristic during cooling.
これに対し、本実施形態の構造では、チャックトップ10を局部で支持する構造にできるため、チャックトップ10とほぼ同じサイズの外径を持つ発熱体や冷却モジュールを搭載することができる。このため、平面度や剛性を維持したまま優れた均熱特性を昇温時及び冷却時に提供することができる。
On the other hand, in the structure of this embodiment, since the
例えば図11の(a)に示すように、温度制御手段20としてチャックトップ10とほぼ同サイズの外径を有する発熱体21を具備することができる。この場合は、抵抗発熱体21aをマイカやシリコーン樹脂などの絶縁シート21bで挟み込んだ構造にするのが簡便であるので好ましい。抵抗発熱体21aには、金属材料を使用することができる。例えば、ニッケル、ステンレス、銀、タングステン、モリブデン、ニクロム又はこれらの金属の合金からなる例えば金属箔を用いることができる。
For example, as shown in FIG. 11A, the temperature control means 20 can include a
これらの金属の中では、ステンレスとニクロムが好ましい。ステンレスあるいはニクロムは、抵抗発熱体21aの形状に加工する時、エッチングなどの手法により、抵抗発熱体21aの回路パターンを比較的精度良く形成することができるからである。また、比較的安価である上、耐酸化性を有するので、使用温度が高温であっても長期間の使用に耐えることができるからである。
Of these metals, stainless steel and nichrome are preferred. This is because when stainless steel or nichrome is processed into the shape of the
また、抵抗発熱体21aを挟み込む絶縁シート21bとしては、耐熱性を有する絶縁体であれば特に制約はない。例えば上記のようにマイカや、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、このような絶縁性の樹脂で抵抗発熱体21aを挟み込む場合、抵抗発熱体21aで発生した熱をよりスムースにチャックトップ10に伝えるために、樹脂中にフィラーを分散させることができる。樹脂中に分散するフィラーの役割は、シリコン樹脂等の熱伝導を高める役割があり、材質としては、樹脂との反応性がなければ特に制約はなく、例えば窒化硼素や、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を使用することができる。
Further, the insulating
図11の(a)に示すように、発熱体21のみからなる温度制御手段20をチャックトップ10に取り付ける場合は、発熱体21をチャックトップ10と反り防止板30の間に配置し、チャックトップ10と反り防止板30とをねじ止め等の機械的手段で固定することができる。
As shown in FIG. 11A, when the temperature control means 20 consisting only of the
また、図11の(b)に示すように、温度制御手段20が冷却モジュール22を具備する場合は、この冷却モジュール22の水路22aにチラー(図示せず)で別途冷却した不凍冷媒を供給することによって、チャックトップ10を急速に冷却することができる。チャックトップ10を加熱する際は、冷却モジュール22の下部に備えた発熱体21で昇温することになる。
As shown in FIG. 11B, when the temperature control means 20 includes a
このとき、冷却モジュール22は均熱板としての役割を担わせることができるので、冷却モジュール22にCuやAl等の高熱伝導材を用いることでより高い均熱化を図ることができる。尚、冷却モジュール22やチャックトップ10に埋め込んだ熱電対や白金抵抗体を用いて温度モニターすることによって、冷却しながら発熱体21の発熱量を制御し、冷却時の細かい温度制御を行うこともできる。
At this time, since the
温度制御手段20を図11の(b)に示す構造にする場合は、チャックトップ10においてウエハ載置面10aとは反対側の面に冷却モジュール22を隣接させて設置し、更に冷却モジュール22の下面に絶縁シート21bに挟み込まれた構造の抵抗発熱体21aを隣接して配置し、これらをチャックトップ10と反り防止板30とで挟持して固定することができる。この時、チャックトップ10においてウエハ載置面10aとは反対側の面と冷却モジュール22との間に、変形能と耐熱性を有し、かつ熱伝導率の高い軟性材23を挿入することもできる。
When the temperature control means 20 has the structure shown in FIG. 11B, the
例えば、Si樹脂等の軟性材23を挿入することで、チャックトップ10と冷却モジュール22の間に互いの平面度や反りを緩和でき、接触面積をより広くとることができる。その結果、冷却モジュール22が本来備える冷却能力を十分に発揮することができるので、冷却速度を高めることができる。
For example, by inserting a
温度制御手段20の別の実施形態としては、図11の(c)に示すように、チャックトップ10においてウエハ載置面10aとは反対側の面に絶縁シート21bで挟み込んだ構造の抵抗発熱体21aを設置し、その下面に冷却モジュール22を配置し、これらをチャックトップ10と反り防止板30とで挟持する場合がある。
As another embodiment of the temperature control means 20, as shown in FIG. 11C, a resistance heating element having a structure in which the
温度制御手段20の更に別の実施形態としては、図11の(d)に示すように、冷却モジュール22の上下両方に抵抗発熱体21aを設置し、これらをチャックトップ10と反り防止板30とで挟持しても良い。これにより、チャックトップ10と反り防止板30の温度を略同一にするように各抵抗発熱体21aの温度を個別に制御することが可能となるので、抵抗発熱体21aが冷却モジュール22の上下いずれかに設けられた図11の(b)や(c)の場合に比べて、チャックトップ10の昇温時や冷却時にチャックトップ10上面の平面度が殆ど変化しない極めて高精度なチャックトップ10を提供することができる。
As another embodiment of the temperature control means 20, as shown in FIG. 11 (d),
チャックトップ10を加熱する発熱体21とチャックトップ10との間には電磁波を遮断(シールド)するための金属層(図示せず)を設けることが好ましい。この電磁波シールド用金属層は、発熱体21等で発生した電磁波や電場等のウエハのプロービングに影響を与えるノイズを遮断する役割を有している。このノイズは通常の電気特性の測定には大きな影響は与えないが、ウエハの特に高周波特性を測定する場合に顕著に影響を及ぼすものである。
It is preferable to provide a metal layer (not shown) for shielding (shielding) electromagnetic waves between the
この電磁波シールド用金属層は、例えば、発熱体21とチャックトップ10との間に挿入される金属箔から形成され、チャックトップ10及び発熱体21から絶縁されている必要がある。金属箔の材料には特に制約はないが、発熱体21が200℃程度の温度になるため、ステンレスやニッケル、あるいはアルミニウムなどの箔が好ましい。
The electromagnetic wave shielding metal layer is formed of, for example, a metal foil inserted between the
チャックトップ10が絶縁体である場合には、電磁波シールド用金属層と、チャックトップ10のウエハ載置面10aに形成されたチャックトップ導体層との間、チャックトップ10が導体である場合には、チャックトップ10自身と電磁波シールド用金属層との間に電気回路上コンデンサが形成され、このコンデンサ成分がウエハのプロービング時にノイズとして影響することがある。そこで、このノイズを低減するために、電磁波シールド用金属層とチャックトップ10との間に絶縁層(図示せず)を形成して上記ノイズを低減することが好ましい。
When the
更に、チャックトップ10と電磁波シールド用金属層との間に、絶縁層を介してガード電極層(図示せず)を備えることが好ましい。このガード電極層を後述する支持体50に形成される金属層に接続することで、ウエハの高周波特性を測定するときに影響するノイズを更に低減することができる。すなわち、発熱体21と支持体50とを併せた全体を導体で覆うことで、高周波におけるウエハ特性測定時のノイズの影響を小さくすることができる。更に、ガード電極層を支持体50に設けた金属層に接続することにより、ノイズの影響を更に小さくすることができる。
Furthermore, it is preferable to provide a guard electrode layer (not shown) between the
第1〜第3支持部材を支持柱で形成する場合、その外径の大きさには特に制約はないが、外径が5mm以上であることが好ましい。外径が5mm未満である場合は、支持の効果が十分でなく、支持部材が変形しやすくなるため好ましくない。また外径が20mm以下であることが好ましい。外径が20mmを超えると接触面積が大きくなり、断熱効果を得にくくなる。 When the first to third support members are formed of support columns, the outer diameter is not particularly limited, but the outer diameter is preferably 5 mm or more. When the outer diameter is less than 5 mm, the support effect is not sufficient, and the support member is easily deformed, which is not preferable. Moreover, it is preferable that an outer diameter is 20 mm or less. When the outer diameter exceeds 20 mm, the contact area increases and it becomes difficult to obtain a heat insulating effect.
また、冷却モジュール22を備える場合、冷却モジュール22に第1及び第3支持部材との接触を回避するための孔を設ける必要がある。この孔は、昇降温時に伸縮した時に該支持部材に接触しないように適度な間隙を有していることが好ましく、この間隙が十分でない場合は、該支持部材が冷却モジュール22に接触し、冷却速度を損なったり、平面度を悪化させたりする原因になる。
Further, when the
第1〜第3支持部材を底部基板51又は反り防止板30から分離できるように固定する方法には特に制約はないが、活性金属によるロウ付けや、ガラス付け、ネジ止めなどを用いることができる。これらの中では、ネジ止めが特に好ましい。ネジ止めすることによって、脱着が容易となり、更には固定時に熱処理を行わないため、底部基板51又は反り防止板30、更には該支持部材の熱処理による変形を抑えることができるためである。
There are no particular restrictions on the method of fixing the first to third support members so that they can be separated from the
第1〜第3支持部材を支持柱で形成する場合、その形状は特に制約はなく、棒状体であっても円錐体状や角錐体状であっても良く、筒状体であっても良い。筒状体の場合は、図12に示すように、筒状体Aの内側にネジ等の締結手段70を挿通させることによって冷却モジュール22や発熱体21等の温度制御手段20に余分な加工を施すことなくチャックトップ10と底部基板51又は反り防止板30とを固定することができるので特に好ましい。
When the first to third support members are formed of support pillars, the shape is not particularly limited, and may be a rod-like body, a cone shape, a pyramid shape, or a cylindrical body. . In the case of a cylindrical body, as shown in FIG. 12, extra processing is applied to the temperature control means 20 such as the
尚、図12の(a)は第1支持柱40bの形状が筒状体Aである場合を示しており、図12の(b)は第3支持部材53の形状が筒状体Aである場合を示している。これら第1支持柱40b又は第3支持部材53は、底部基板51又は反り防止板30と分離可能に当接していることが好ましい。分離可能に当接することによって、接触界面を増やすことができて断熱性が一層向上する上、チャックトップ10と底部基板51又は反り防止板30が独立に伸縮でき、チャックトップ10平面度に悪影響を及ぼしにくくなるからである。
12A shows the case where the shape of the
また、底部基板51のヤング率は200GPa以上であることが好ましい。底部基板51のヤング率が200GPa未満である場合は、底部基板51の厚みを薄くできないため、空隙部60の容積を十分確保できず、断熱効果が期待できない。更に冷却モジュール22を搭載するスペースも確保できない。また、より好ましいヤング率は300GPa以上である。300GPa以上のヤング率を有する材料を用いれば、底部基板51の変形も大幅に低減することができるため、底部基板51をより小型化、軽量化できるため特に好ましい。
The Young's modulus of the
また、底部基板51の熱伝導率は、40W/mK以下であることが好ましい。底部基板51の熱伝導率が40W/mKを超えると、チャックトップ10に加えられた熱が、容易に底部基板51に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすからである。近年、プロービング時の温度として150〜200℃という高温が要求されるため、底部基板51の熱伝導率は10W/mK以下であることがより好ましく、5W/mK以下が特に好ましい。熱伝導率が5W/mK程度になると、支持体50から駆動系への伝熱量を著しく低下させることができる。
Further, the thermal conductivity of the
これらを満たす具体的な底部基板51の材質には、ムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体(ムライト−アルミナ複合体)が挙げられる。ムライトは熱伝導率が小さく断熱効果が大きい点が、アルミナはヤング率が大きく、剛性が高い点が好ましい。ムライト−アルミナ複合体は熱伝導率がアルミナより小さく且つヤング率がムライトより大きく、総合的に好ましい。
Specific materials for the
更に、第1及び第3支持部材のヤング率は100GPa以上であることが好ましい。該支持部材のヤング率が100GPa未満である場合は、多数の支持部材を配置する必要があるが、支持部材を多数本配置すると冷却モジュール22との接触を回避する穴を冷却モジュール22に多数設ける必要が生じ、冷却モジュール22の冷却能力を損なうことになるので好ましくない。また、より好ましいヤング率は底部基板51と同様に、200GPa以上である。
Furthermore, the Young's modulus of the first and third support members is preferably 100 GPa or more. When the Young's modulus of the support member is less than 100 GPa, it is necessary to arrange a large number of support members. However, when a large number of support members are arranged, a large number of holes are provided in the
第1〜第3支持部材の熱伝導率も、底部基板51と同様に40W/mK以下であることが好ましい。40W/mKを超えると、チャックトップ10に加えられた熱が容易に底部基板51に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすからである。前述したように、近年、プロービング時の温度として150〜200℃という高温が要求されるため、支持部材の熱伝導率は10W/mK以下であることが好ましく、この熱伝導率は5W/mK以下が特に好ましい。熱伝導率が5W/mK程度になると、支持体50から駆動系への伝熱量が大幅に低下するからである。
The thermal conductivity of the first to third support members is also preferably 40 W / mK or less, like the
第2及び第3支持部材の材質としては、底部基板51の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有するものが好ましいため、底部基板51がムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体(ムライト−アルミナ複合体)の場合、ムライト−アルミナ複合体、窒化珪素やコージライト、ガラスであることが好ましい。ムライト−アルミナ複合体や窒化珪素は熱膨張係数が小さく剛性が高い点が、コージライトやガラスは、特に熱膨張係数が小さい点が好ましい。
As the material of the second and third support members, a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the
第1〜第3支持部材とチャックトップ10及び/又は底部基板51との接触部分の表面粗さは、Ra0.1μm以上であることが好ましい。表面粗さがRa0.1μm未満である場合、該支持部材とチャックトップ10及び/又は底部基板51との接触面積が増加すると共に、両者の間の隙間が相対的に小さくなるため、Ra0.1μm以上の場合に比較して伝熱量が大きくなるため好ましくない。また、表面粗さの上限は特にはない。但し、表面粗さRaが5μm以上の場合、その表面を処理するためのコストが高くなることがある。
The surface roughness of the contact portion between the first to third support members and the
表面粗さをRa0.1μm以上にするための手法としては、研磨加工や、サンドブラスト等による処理を行うと良い。但しこの場合においては、その研磨条件やブラスト条件を適切に定め、Ra0.1μm以上に制御する必要がある。また底部基板51の底面の表面粗さはRa0.1μm以上であることが好ましい。上記と同様に、表面粗さを粗くすることによって、駆動系への伝熱量を小さくすることができる。上記のように、各部材間を分離可能にして接触界面とし、この接触界面の表面粗さをRa0.1μm以上とすることで底部基板51の底面から逃げる熱を低減できるため、結果的に発熱体21への電力供給量を削減することができる。
As a method for setting the surface roughness to Ra 0.1 μm or more, it is preferable to perform a process such as polishing or sand blasting. However, in this case, it is necessary to appropriately determine the polishing conditions and the blasting conditions and control them to Ra 0.1 μm or more. The surface roughness of the bottom surface of the
第1〜第3支持部材と、これらのチャックトップ10との接触面との直角度、又はこれらの底部基板51との接触面との直角度は、測定長100mmに換算して10mm以下であることが好ましい。この直角度が10mmを超えると、チャックトップ10から加わった圧力が該支持部材に加わる際に、該支持部材自身の変形が発生しやすくなるからである。尚、直角度とは、互いに直角でなければならない部分の直角からの狂いの大きさをいう。
The perpendicularity between the contact surfaces of the first to third support members and these chuck tops 10 or the contact surface with these
底部基板51の表面には、金属層が形成されていることが好ましい。なぜなら、チャックトップ10を加熱するための発熱体21、プロ−バの駆動部、更には周囲の機器等から発生する電場や電磁波が、ウエハの検査時にノイズとなり、影響を及ぼすおそれがあるが、底部基板51に金属層を形成すれば、この電磁波を遮断することができるからである。金属層を形成する方法としては、特に制約はない。例えば、銀や金、ニッケル、銅などの金属粉末にガラスフリットを添加した導体ペーストをはけなどで塗布して焼き付けて形成することができる。
A metal layer is preferably formed on the surface of the
また、アルミニウムやニッケルなどの金属を溶射により形成しても良いし、表面にめっきで金属層を形成することも可能である。更に、これらの手法を組み合わせることも可能である。すなわち、導体ペーストを焼き付けた後、ニッケルなどの金属をめっきしても良いし、溶射後にめっきを形成しても良い。これらの手法のうち特にめっき又は溶射が好ましい。めっきは密着強度が強く、信頼性が高いため好ましい。また溶射は比較的低コストで金属膜を形成することができるため好ましい。 Further, a metal such as aluminum or nickel may be formed by thermal spraying, or a metal layer may be formed on the surface by plating. Further, these methods can be combined. That is, after baking the conductor paste, a metal such as nickel may be plated, or plating may be formed after thermal spraying. Of these techniques, plating or thermal spraying is particularly preferable. Plating is preferable because it has high adhesion strength and high reliability. Thermal spraying is preferable because a metal film can be formed at a relatively low cost.
また、金属層は、底部基板51の表面の少なくとも一部に導体を具備することでも良い。使用する材質については、導体であれば特に制約はない。例えば、ステンレスやニッケル、アルミニウムなどを使用することができる。
Further, the metal layer may include a conductor on at least a part of the surface of the
導体を具備する方法には、底部基板51の側面にリング形状の導体を取り付ける方法がある。すなわち、上記した材質の金属箔を底部基板51の外径よりも大きい寸法でリング形状に成形し、これを底部基板51の側面に取り付けるものである。この導体リングをチャックトップ10の外径より大きくすることでチャックトップ10とは接触することなく、底部基板51の底部からチャックトップ10上面までの側面全体をカバーすることもできる。
As a method of providing a conductor, there is a method of attaching a ring-shaped conductor to the side surface of the
また底部基板51の底面部分に、金属箔あるいは金属板を取り付けても良く、これを側面に取り付けた金属箔と接続することにより、電磁波を遮断する効果(ガード効果)を高めることができる。また、金属箔あるいは金属板を底部基板51の上面に取り付けても良く、これを側面及び底面に取り付けた金属箔と接続することでよりガード効果を高めることができる。このような手法を採用することによって、めっきや導体ペーストを塗布する場合と比較して、比較的安価に上記ガード効果を得ることができるため好ましい。
Further, a metal foil or a metal plate may be attached to the bottom surface portion of the
金属箔及び金属板と支持体50の固定方法に関しては特に制約はないが、例えば金属ねじを用いて、金属箔及び金属板を底部基板51に取り付けることができる。また底部基板51の底面部と側面部の金属箔及び金属板を一体化することが好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular regarding the fixing method of metal foil and a metal plate, and the
本実施形態の構造では、冷却モジュール22をチャックトップ10と反り防止板30間に挟持し、好適には軟性材23を介してチャックトップ10及び反り防止板30に密着させることによって、冷却モジュール22には力が働かない構造にすることができるため、チャックトップが冷却モジュールを介して直接的又は間接的に支持体に支持されていたり、内部水路を有する金属製の冷却モジュールを兼ね備えたチャックトップが支持体に支持されていたりする従来の構造とは異なり、プロービング時のプローブカードの圧力は冷却モジュール22自体に働くことなく、繰り返し使用しても変形が極めて少ない。
In the structure of the present embodiment, the
チャックトップ10と反り防止板30との固定方法については特に制約はないが、例えばネジ止めや、クランプといった機械的な手段で固定することができる。またネジ止めで発熱体21及び冷却モジュール22を挟んでチャックトップ10と反り防止板30とを固定する場合、ネジの個数を3個以上、更には6個以上とすることで両者の密着性が高まり、チャックトップ10の昇降温速度や均熱性がより向上するため好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular about the fixing method of the chuck |
このように、チャックトップ10に対して冷却モジュール22を具備する場合、昇温時は冷却モジュール22に冷媒を流さないようにすることも可能である。これにより発熱体21で発生した熱が冷媒に奪われて系外に逃げることがなくなるため、より効率的な昇温が可能となる。尚、冷却時には冷却モジュール22に冷媒を流すことで、効率的にチャックトップ10を冷却することができる。
As described above, when the
冷却モジュール22の材質としては特に制約はないが、アルミニウムや銅及びその合金は熱伝導率が比較的高いため、急速にチャックトップ10の熱を奪うことができるため、好ましく用いられる。また、スレンレスやマグネシウム合金、ニッケル、その他の金属材料を使用することもできる。更に、この冷却モジュール22に、耐酸化性を付与するために、ニッケルや金、銀といった耐酸化性を有する金属膜をメッキや溶射等の手法を用いて形成することができる。
Although there is no restriction | limiting in particular as a material of the
また、冷却モジュール22の材質としてセラミックスを使用することもできる。この場合の材質としては、特に制約はないが、窒化アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が比較的高いため、チャックトップ10から素早く熱を奪うことができるため好ましい。また窒化珪素や酸窒化アルミニウムにおいては、機械的強度が高く、耐久性に優れているため好ましい。またアルミナやコージエライト、ステアタイトなどの酸化物セラミックスは比較的安価であるため好ましい。
Ceramics can also be used as the material of the
以上のように冷却モジュール22の材質は、種々選択できるため、用途によって材質を適宜選択すれば良い。これらの中では、アルミニウムにニッケルメッキを施したものや、銅にニッケルメッキを施したものが耐酸化性にも優れ、また熱伝導率も高く、価格も比較的安価であるため、特に好ましい。
As described above, since the material of the
また、前述したように、この冷却モジュール22の内部に冷媒を流すことも可能である。このようにすることで、発熱体21から冷却モジュール22に伝達された熱を素早く冷却モジュール22から取り除くことができるため、発熱体21の冷却速度をより一層向上できるため好ましい。冷却モジュール22内に流す冷媒としては、水や、フロリナート、エチレングリコールなどが選択でき、特に制約はない。
Further, as described above, it is also possible to flow a refrigerant into the
冷却モジュール22の限定するものではない形成方法としては、2枚の銅(無酸素銅)板を用意し、それらの一方の銅板に水を流す流路を機械加工等によって形成する。この銅板に、もう一方の銅板と冷媒の出入り口用のスレンレス製のパイプとを同時にロウ付け接合する。接合した冷却板に耐食性、耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを全面に施す。
As a method for forming the
また、別の形成方法としては、アルミニウム板もしくは銅板等の冷却板に冷媒を流すパイプを取り付けることで冷却モジュールとすることができる。この場合パイプの断面形状に近い形状のざぐり溝を冷却板に形成してパイプを密着させることで更に冷却効率を上げることができる。また、パイプと冷却板との密着性を向上させるために介在層として熱伝導性の樹脂やセラミックス等を挿入しても良い。 Moreover, as another formation method, it can be set as a cooling module by attaching the pipe which flows a refrigerant | coolant to cooling plates, such as an aluminum plate or a copper plate. In this case, the cooling efficiency can be further increased by forming a counterbored groove having a shape close to the cross-sectional shape of the pipe in close contact with the pipe. Further, in order to improve the adhesion between the pipe and the cooling plate, a heat conductive resin, ceramics, or the like may be inserted as an intervening layer.
チャックトップ10のウエハ載置面10aには、チャックトップ導体層を形成する。チャックトップ導体層を形成する目的としては、半導体製造で通常使用される腐食性のガス、酸、アルカリの薬液、有機溶剤、水などからチャックトップ10を保護すること、及びチャックトップ10に載置するウエハに影響を及ぼすチャックトップ10より下部からの電磁ノイズを遮断するためにアースに落す役割を担わせることである。
A chuck top conductor layer is formed on the
チャックトップ導体層の形成方法としては、特に制約はなく、導体ペーストをスクリーン印刷によって塗布した後焼成する手法、蒸着やスパッタ等の手法、あるいは溶射やメッキ等の手法が挙げられる。これらのうちでも、特に溶射法とメッキ法が好ましい。なぜなら、導体層を形成する際に熱処理を伴わないため、チャックトップ10自体に熱処理による反りが発生しないこと、またコストが比較的安価であるために特性の優れた安価な導体層を形成することができるからである。
The method for forming the chuck top conductor layer is not particularly limited, and examples thereof include a technique in which a conductor paste is applied by screen printing and then firing, a technique such as vapor deposition and sputtering, and a technique such as spraying and plating. Of these, thermal spraying and plating are particularly preferable. Because no heat treatment is involved in forming the conductor layer, the
特に、チャックトップ10上に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成することが特に好ましい。この方法により、良好な密着強度を有し且つ良好な電気伝導性を有する導電層を形成することができるからである。すなわち、溶射膜は、セラミックスや、金属−セラミックスとの密着性がメッキ膜より優れている。これは、溶射される材料、例えばアルミニウムやニッケル等は、溶射時に若干の酸化物や窒化物あるいは酸窒化物を形成し、この形成された化合物がチャックトップ10の表面層と反応し、強固に密着することができる。しかし、溶射された膜にはこれらの化合物が含まれるため、膜の導電率が低くなる。
In particular, it is particularly preferable to form a sprayed film on the
これに対してメッキは、ほぼ純粋な金属を形成することができるため、チャックトップ10との密着強度は溶射膜ほど高くはないかわりに、導電性に優れた導体層を形成することができる。そこで、下地に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成することによって、メッキ膜は、溶射膜が金属である溶射膜に対しては良好な密着強度を有し、更に良好な電気伝導性を付与することができる。
On the other hand, since plating can form a substantially pure metal, the adhesion strength with the
更にチャックトップ10上の導体層の表面粗さはRaで0.5μm以下であることが好ましい。なぜなら、表面粗さが0.5μmを超えると、発熱量の大きなウエハの測定をする場合、プロービング時にウエハ自身の自己発熱により発生する熱をチャックトップ10から放熱することができずウエハ自身が昇温されて熱破壊してしまうことがあるからである。表面粗さはRaで0.02μm以下であるとより効率良く放熱できるためより好ましい。
Further, the surface roughness of the conductor layer on the
発熱体21によって加熱し、例えば200℃でチャックトップ10上のウエハをプロービングする際、支持体50の下面の温度が150℃以下であることが好ましい。150℃を超えると、支持体50の下部に備わるプロ−バ駆動系に熱膨張係数差による歪を生じ、その精度が損なわれ、プロービング時の位置ずれや、反り、平行度の悪化によるプローブの片あたりなど不具合を生じ、ウエハの正確な評価ができなくなるおそれがある。また、200℃まで昇温して測定した後に室温で測定をする際、200℃から室温までの冷却に時間を要するためスループットが悪くなる。
When heating by the
チャックトップ10のヤング率は、250GPa以上が好ましく、更には300GPaが好ましい。ヤング率が250GPa未満であると、プロービング時にチャックトップ10に加わる荷重によりチャックトップ10に撓みが発生するからである。その結果、チャックトップ10上面の平面度、平行度が著しく劣化し、プローブピンの接触不良が発生するので、正確な検査ができない。更にはウエハの破損を招くこともある。
The Young's modulus of the
また、チャックトップ10の熱伝導率は15W/mK以上であることが好ましい。15W/mK未満である場合、チャックトップ10上に載置するウエハの温度分布が悪くなり好ましくない。一方、熱伝導率が15W/mK以上であれば、プロービングに支障の無い程度の均熱性を得ることができる。このような熱伝導率の材料としては、純度99.5%のアルミナ(熱伝導率30W/mK)を挙げることができる。特に好ましくは170W/mK上であることが好ましい。
Further, the thermal conductivity of the
チャックトップ10の厚みは8mm以上、更には10mm以上であることが好ましい。厚みが8mm未満であるとプロービング時にチャックトップ10に加わる荷重によりチャックトップ10に撓みが生じ、チャックトップ10上面の平面度、平行度が著しく劣化することにより、プローブピンの接触不良により正確な検査ができなくなるからである。この場合、更にはウエハの破損を招くこともある。
The thickness of the
チャックトップ10を形成する材料は、金属−セラミックスの複合体や、セラミックス、金属が好ましい。金属−セラミックスの複合体としては、比較的熱伝導率が高く、ウエハを加熱した際に均熱性が得られやすいアルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体、又はアルミニウムとシリコンと炭化ケイ素の複合体のいずれかであることが好ましい。これらのうち、シリコンと炭化ケイ素の複合体はヤング率が特に高く、熱伝導率も高いため特に好ましい。
The material forming the
また、これらの複合材料は導電性を有するため、抵抗発熱体21aを形成する手法としては、例えばウエハ載置面とは反対側の面に、溶射やスクリーン印刷等の手法によって絶縁層を形成し、その上に導体層をスクリーン印刷し、あるいは蒸着等の手法によって導体層を所定のパターンに形成し、抵抗発熱体21aとすることができる。
In addition, since these composite materials have conductivity, as a method of forming the
また、ステンレスやニッケル、銀、モリブデン、タングステン、二クロム及びこれらの合金などの金属箔を、エッチングにより所定の発熱体パターンを形成し抵抗発熱体21aとすることができる。この手法においては、チャックトップ10との絶縁を、上記と同様の手法によって形成することもできるが、例えば絶縁性のシートをチャックトップ10と発熱体との間に挿入することができる。この手法は、上記の手法に比べて非常に安価に、しかも容易に絶縁層を形成することができるため好ましい。
Further, a metal foil such as stainless steel, nickel, silver, molybdenum, tungsten, dichrome, and alloys thereof can be formed into a
この手法に使用できる樹脂としては、耐熱性という観点からマイカシートや、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。この中でも特にマイカが好ましい。その理由としては、耐熱性、電気絶縁性に優れ加工性が良く、しかも安価だからである。 Examples of the resin that can be used in this method include mica sheet, epoxy resin, polyimide resin, phenol resin, and silicon resin from the viewpoint of heat resistance. Of these, mica is particularly preferable. The reason is that it has excellent heat resistance, electrical insulation, good workability, and is inexpensive.
また、チャックトップ10の材質にセラミックスを使用する場合は、上記のように絶縁層を形成する必要が無いため、比較的利用しやすい。また、この場合の抵抗発熱体21aの形成方法としては、上記と同様の手法を選択することができる。セラミックスの材質の中でも特にアルミナや窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、アルミナとムライトの複合体が好ましい。これらの材料はヤング率が比較的高いため、プローブカードの押し当てによる変形が少ないため、特に好ましい。これらのうち、アルミナに関しては、比較的コストも安く、また高温における電気的特性も優れているため、最も優れている。
Further, when ceramics is used as the material of the
また、チャックトップ10の材質に金属を適用することも可能である。この場合、特にヤング率の高いタングステンやモリブデン及びこれらの合金を使用することも可能である。具体的な合金としては、タングステンと銅の合金、モリブデンと銅の合金が挙げられる。これらの合金は、タングステンやモリブデンに銅を含浸させて作製することができる。これらの金属は、上記のセラミックス−金属の複合体と同様に導電体であるため、上記の手法をそのまま適用して、チャックトップ導体層を形成し、発熱体を形成することでチャックトップ10として使用することができる。
It is also possible to apply metal to the material of the
チャックトップ10に3.1MPaの荷重を加えたときに、その撓み量は30μm以下であることが好ましい。チャックトップ10上のウエハには、プローブカードからウエハを検査するための多数のプローブピンが押し付けられるため、その圧力がチャックトップ10にも影響を及ぼし、少なからずチャックトップ10も撓む。このときの撓み量が30μmを超えると、プローブカードのプローブピンをウエハに均一に押しあてることができないため、ウエハの検査ができなくなり、好ましくない。この圧力を加えたときの撓み量は、10μm以下が更に好ましい。
When a load of 3.1 MPa is applied to the
本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ等の被処理物を加熱、検査するために好適に用いることができる。例えば、ウエハプローバあるいはハンドラ装置あるいはテスター装置に適用すれば、高剛性、高熱伝導率である特性を特に活かすことができ、更に高温時低温時にも高精度を維持できるので、好適である。 The wafer holder for a wafer prober of the present invention can be suitably used for heating and inspecting an object to be processed such as a wafer. For example, if it is applied to a wafer prober, a handler device or a tester device, it is possible to take advantage of the characteristics of high rigidity and high thermal conductivity, and it is preferable because high accuracy can be maintained even at high temperatures and low temperatures.
以上、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体を実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能であることを理解すべきである。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。 As described above, the wafer holder for a wafer prober of the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. Should be understood. That is, the technical scope of the present invention extends to the claims and their equivalents.
[実施例1]
下記の方法で試料1〜9を作製した。先ず、熱膨張係数3×10−6/KのSi−SiC基板を使用し、これを直径310mm、厚み10mmに加工してチャックトップ10とした。このチャックトップ10のウエハ載置面10aに真空吸着用の溝、穴を形成し、ニッケルメッキを施してチャックトップ導体層を形成した。
[Example 1]
次に、チャックトップ10の下部に銅製の冷却モジュール22を設置し、冷却モジュール22の下部には、スレンレス箔をエッチングして形成した抵抗発熱体をAl2O3粉末入りシリコン樹脂で挟み込んだ発熱体21を設置した。尚、チャックトップ10と冷却モジュール22との間に厚み500μmのAl2O3粉末入りシリコン樹脂を挿入した。
Next, a
更に、発熱体21の下部に、チャックトップ10と同じ直径及び厚みを有する反り防止板30を設置し、反り防止板30とチャックトップ10をネジ止めにより固定した。尚、反り防止板30とチャックトップ10をネジ止めする際、ネジと冷却モジュール22及び発熱体21とは昇温時も降温時も接触しないだけの間隙を設定した。また、反り防止板30の下部には温度を測定するための熱電対を取り付けた。
Further, a
ここで、反り防止板30の材料に熱膨張係数3×10−6/KのSi−SiCを用いたものを試料1とし、熱膨張係数4.5×10−6/KのAlNを用いたものを試料2とし、熱膨張係数4.2×10−6/KのAl−SiCを用いたものを試料3とし、熱膨張係数7×10−6/KのAl2O3を用いたものを試料4とし、熱膨張係数4.5×10−6/KのWを用いたものを試料5とし、熱膨張係数5.2×10−6/KのMoを用いたものを試料6とし、熱膨張係数17.3×10−6/Kのステンレスを用いたものを試料7とし、熱膨張係数3.2×10−6/KのSiCを用いたものを試料8とし、熱膨張係数4.8×10−6/Kのコバールを用いたものを試料9とした。
Here, the material of the
これら試料1〜9のそれぞれに対して、常温時(20℃)のチャックトップ10のウエハ載置面10aの反り量を接触式の変位計にて測定し、その後発熱体21に電圧を印加し、200℃でのチャックトップ10のウエハ載置面10aの常温に対する変形量を接触式の変位計にて測定し、更に−60℃における変形量も同様に測定した。−60℃では、結露防止のため、ドライエアを流しながら行った。更に200℃におけるウエハの均熱性についてもウエハ温度計を用いて測定した。また反り防止板30の下部に熱電対を取り付け、200℃における温度を測定した。その結果を下記の表1に示す。
For each of these
次に、チャックトップ10として、熱膨張係数4.5×10−6/KのAlN基板を使用し、このAlN基板のウエハ載置面10a側にTiを蒸着し、更にMo膜を蒸着により形成した後Niメッキ膜を形成し、チャックトップ導体層とした。得られたチャックトップ10に上記と同様に冷却モジュール22、発熱体21、反り防止板30を取り付けて試料10〜18とした。これら試料10〜18のそれぞれに対して、上記試料1〜9と同様に測定を行った。その結果を下記の表2示す。
Next, an AlN substrate having a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 −6 / K is used as the
[実施例2]
下記の表4に示すように、材料にSi−SiCを使用したチャックトップ10と、冷却モジュール22及び発熱体21からなる発熱体20と、材料にSi−SiC、AlN、又はMoのいずれかを使用した反り防止板30とを図2(a)〜(c)のいずれかに示す構造で結合し、更に発熱体21と反り防止板30との間に厚み500μmのAl2O3粉末入りシリコン樹脂を挿入した以外は実施例1と同様にして試料28〜36を作製した。
[Example 2]
As shown in Table 4 below, the
尚、外周部の肉厚は、図2(a)〜(c)のいずれも6mmとした。また、冷却モジュール22及び発熱体21は、昇温時及び冷却時ともに外周肉厚部の内側側面とは接触しないだけの間隙を設けた。これら試料28〜36に対して、実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表4に示す。
In addition, the thickness of the outer peripheral portion was 6 mm in all of FIGS. In addition, the
次に、下記の表5に示すように、チャックトップ10の材料にAlNを使用し、反り防止板30の材料にSi−SiC、AlN、又はAl2O3のいずれかを使用した以外は上記試料28〜36と同様にして、試料37〜45を作製した。これら試料37〜45に対して、上記実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表5に示す。
Next, as shown in Table 5 below, the above except that AlN is used as the material of the
次に、下記の表6に示すように、チャックトップ10の材料にAl2O3を使用し、反り防止板30の材料にAl2O3、Mo、又はSiCのいずれかを使用した以外は上記試料28〜45と同様にして、試料46〜54を作製した。これら試料46〜54に対して、上記実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表6に示す。
Next, as shown in Table 6 below, Al 2 O 3 is used as the material for the
この表4〜6の結果から、図2(a)〜(c)の構造においても、チャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、チャックトップ10の温度が変化してもチャックトップ10の反りの変化が小さいことがわかる。
From the results of Tables 4 to 6, also in the structures of FIGS. 2A to 2C, the temperature of the chuck top 10 changes as the difference in thermal expansion coefficient between the
[実施例3]
下記の表7に示すように、材料にSi−SiCを使用したチャックトップ10と、冷却モジュール22及び発熱体21からなる発熱体20と、材料にSi−SiC、AlN、又はMoのいずれかを使用した反り防止板30とを図3又は図4に示す構造で結合し、更にチャックトップ10と冷却モジュール22との間、及び発熱体21と反り防止板30との間に厚み500μmのAl2O3粉末入りシリコン樹脂を挿入した以外は実施例1と同様にして試料55〜60を作製した。
[Example 3]
As shown in Table 7 below, the
尚、図3のリング状部材は幅6mmとし、チャックトップ10にはムライト−アルミナ複合体を使用し、熱膨張係数をチャックトップ10と合致させた。また、図4の支持柱については、外径10mm、内径6mmのパイプ状のセラミックスを使用し、その材質は上記と同様チャックトップ10の熱膨張係数と合うように、ムライト−アルミナ複合体を使用した。
3 has a width of 6 mm, a mullite-alumina composite was used for the
更に、冷却モジュール22及び発熱体21は、昇温時及び冷却時ともに図3においてはリング状部材の内側側面に接触しないだけの間隙を設け、図4においては、支持部材の外周側面と接触しないだけの間隙を設けた。これら試料55〜60に対して、実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表7に示す。
Further, the
次に、下記の表8に示すように、チャックトップ10の材料にAlNを使用し、反り防止板30の材料にSi−SiC、AlN、又はAl2O3のいずれかを使用した以外は上記試料55〜60と同様にして、試料61〜66を作製した。これら試料61〜66に対して、上記実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表8に示す。
Next, as shown in Table 8 below, AlN was used as the material for the
次に、下記の表9に示すように、チャックトップ10の材料にAl2O3を使用し、反り防止板30の材料にAl2O3、Mo、又はSiCのいずれかを使用し、図3のリング状部材及び図4の支持柱の材質にはAl2O3を使用した以外は上記試料55〜66と同様にして、試料67〜72を作製した。これら試料67〜72に対して、上記実施例1と同様に測定を行った。その結果を下記の表9に示す。
Next, as shown in Table 9 below, Al 2 O 3 is used as the material of the
この表7〜9の結果から、図3又は図4の構造においても、チャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、チャックトップ10の温度が変化してもチャックトップ10の反りの変化が小さいことがわかる。
From the results of Tables 7 to 9, even in the structure of FIG. 3 or FIG. 4, the smaller the coefficient of thermal expansion between the
[実施例4]
上記実施例3で使用した試料58〜59の各々に対して、図7の(a)、図8及び図6に示す構造の支持体を取り付け、試料73〜78を作製した。更に、反り防止板30の厚みを3mmとしたこと以外は上記試料73〜78と同様のものを作製し、それぞれ試料79〜84とした。
[Example 4]
A support having the structure shown in FIG. 7A, FIG. 8 and FIG. 6 was attached to each of the samples 58 to 59 used in Example 3 to prepare samples 73 to 78. Further, samples other than the thickness of the
尚、第1〜第3支持部材には直径10mm、内径6mmのムライト−アルミナ複合体パイプを使用し、第2リング状部材も外径310mm、内径288mmのムライト−アルミナ複合体を使用した。また底部基板51には直径310mmのアルミナ基板を用いた。これら試料73〜84に対して、上記実施例1と同様に測定を行った。
A mullite-alumina composite pipe having a diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm was used for the first to third support members, and a mullite-alumina composite having an outer diameter of 310 mm and an inner diameter of 288 mm was also used for the second ring member. The
更に、昇降温速度と剛性についても測定した。尚、昇降温速度は室温(RT)から200℃、RTから−60℃への到達時間の合計で判定した。また、剛性はチャックトップ10へ同じ荷重を加えた場合の、チャックトップ10上面の変形量を変位計で測定し比較した。尚、○は測定結果が良好であったことを示し、◎は測定結果が極めて良好であったことを示している。その結果を下記の表10に示す。
Furthermore, the temperature raising / lowering speed and rigidity were also measured. The temperature rising / falling speed was determined by the total arrival time from room temperature (RT) to 200 ° C and from RT to -60 ° C. The rigidity was compared by measuring the amount of deformation of the top surface of the
次に、上記実施例3で使用した試料64〜65に対しても上記試料58〜59と同様にして、試料85〜96を作製した。これら試料85〜96に対して、上記試料73〜84と同様に測定を行った。その結果を下記の表11に示す。 Next, Samples 85 to 96 were produced in the same manner as Samples 58 to 59 for Samples 64 to 65 used in Example 3 above. These samples 85 to 96 were measured in the same manner as the samples 73 to 84. The results are shown in Table 11 below.
次に、上記実施例3で使用した試料70〜71に対しても上記試料58〜59や試料64〜65と同様にして、試料97〜104を作製した。これら試料97〜104に対して、上記試料73〜96と同様に測定を行った。その結果を下記の表12に示す。
Next, Samples 97 to 104 were produced in the same manner as Samples 58 to 59 and Samples 64 to 65 for
この表10〜12の結果から、底部基板51の温度を大幅に低減することできることがわかった。また、厚みには関係なくチャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、高温時でも低温時でもチャックトップ10の反りが小さくなることがわかる。一方で、反り防止板30の厚みが厚いほど剛性は強くなり、薄くするほど昇降温速度は速くなった。よって、条件に合わせて適宜設計することができることがわかった。すなわち、チャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差を所定の値以下とすることで、昇降温時の反りを軽減でき、且つ剛性を高めたい場合は、反り防止板30を厚くし、昇降温速度を速めたい場合は、反り防止板30を薄くすることで対応できる。
From the results of Tables 10 to 12, it was found that the temperature of the
[実施例5]
上記実施例1で使用した試料1、2及び9の各々に対して、図10に示す構造となるように支持体を取り付け、試料105〜107を作製した。更に、反り防止板30の厚みを3mmとしたこと以外は上記試料105〜107と同様のものを作製して試料108〜110とした。
[Example 5]
A support was attached to each of the
尚、支持部材に、直径10mm、内径6mmのムライト−アルミナ複合体パイプを使用し、底部基板51には直径310mmのアルミナ基板を用いた。これら試料105〜110に対して、上記実施例4と同様に測定を行った。その結果を下記の表13に示す。
A mullite-alumina composite pipe having a diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm was used as the support member, and an alumina substrate having a diameter of 310 mm was used as the
次に、上記実施例1で使用した試料10、11及び18の各々に対しても上記試料1、2及び9と同様にして、試料111〜116を作製した。これら試料111〜116に対して、上記試料105〜110と同様に測定を行った。その結果を下記の表14に示す。
Next, Samples 111 to 116 were produced in the same manner as
次に、上記実施例1で使用した試料22、24及び25の各々に対しても上記試料1、2及び9や試料10、11及び18と同様にして、試料117〜122を作製した。但し、試料119及び122については、反り防止板30の材料を熱膨張係数8.4×10−6/KのTiにした。これら試料117〜122に対して、上記105〜116と同様に測定を行った。その結果を下記の表15に示す。
Next, Samples 117 to 122 were prepared for
この表13〜15の結果から、図10の構造では、厚みには関係なくチャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、高温時でも低温時でもチャックトップ10の反りが小さくなることがわかる。一方で、反り防止板30の厚みが厚くても剛性には寄与せず、薄くするほど昇降温速度は速くなった。
From the results of Tables 13 to 15, in the structure of FIG. 10, the smaller the difference in thermal expansion coefficient between the
[実施例6]
上記実施例4及び5の試料73〜122に対して、温度制御手段を図11(d)に示すような冷却モジュール22の上下両方に発熱体21を設ける構造に代えて、それぞれ試料123〜172を作製した。これら試料123〜172に対して、上記試料73〜122と同様に測定を行った。その結果を下記の表16〜21に示す。
[Example 6]
For the samples 73 to 122 of Examples 4 and 5, the temperature control means is replaced with a structure in which the
この表16〜21の結果から、冷却モジュール22の上下両方に発熱体21を設けることによって、チャックトップ10の反りがより一層小さくなることがわかる。
From the results of Tables 16 to 21, it can be seen that the warpage of the
[実施例7]
実施例1〜5で作製した試料1〜122のうち、下記の表22に示す試料に対して300mmウエハを載置し、200℃でプロービングを行った。その結果を下記の表22に示す。尚、◎は24時間連続で試験しても問題なかったことを示し、○は12時間連続で試験しても問題なかったが、12時間を超えると、一部でウエハとプローブカードの間にずれが生じたことを示し、×は初期段階からプロービングできない事態が生じたことを示す。
[Example 7]
Of the
この表22の結果から、チャックトップ10基板と反り防止板30の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、プロービング時に問題が生じにくくなることがわかる。
From the results in Table 22, it can be seen that the smaller the difference in the coefficient of thermal expansion between the
1 ウエハプローバ用ウエハ保持体
10 チャックトップ
20 温度制御手段
21 発熱体
22 冷却モジュール
23 軟性材
30 反り防止板
40 第1支持部材
50 支持体
51 底部基板
52 第2支持部材
53 第3支持部材
60 空隙部
70 締結手段
DESCRIPTION OF
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