JP2012151370A - パワーデバイス用のウエハキャリア及びパワーデバイスの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーデバイスをウエハ状態のまま検査することができるパワーデバイス用のウエハキャリアを提供する。
【解決手段】本発明のパワーデバイス用のウエハキャリア２０は、パワーデバイスの電気的特性検査をウエハレベルで行う際に、検査装置１０の載置台１１上に吸着固定して用いられ且つ複数のパワーデバイスが形成されたウエハＷを保持するもので、キャリア本体２１と、キャリア本体２１の第１の主面上にウエハの載置面として形成された導電性金属膜２３と、載置面に形成された真空吸着用の溝２０Ａと、載置台１１の真空吸着用の溝１１Ａと連通し且つ真空吸着用の溝２０Ａ内で開口する吸引孔２０Ｂと、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、パワーデバイス用のウエハキャリア及びパワーデバイスの検査方法に関し、更に詳しくは、パワーデバイスの電気的特性検査をウエハレベルで実現することができるウエハキャリア及びこのウエハキャリアを用いるパワーデバイスの検査方法に関するものである。

従来の検査装置は、例えば、被検査体（例えば、ウエハ）を収納するローダ室と、ウエハの電気的特性検査を行うプローバ室と、制御装置と、を備えている。ローダ室は、ウエハをカセット単位で収納するウエハ収納部と、カセットとプローバ室の間でウエハを搬送するウエハ搬送機構と、プローバ室へウエハを搬送する途中でウエハのプリアライメントを行うプリアライメント機構と、を備えている。プローバ室は、ウエハが載置される移動可能な載置台と、載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、ウエハに形成された複数の電極パッドと複数のプローブとのアライメントを行うアライメント機構と、を備えている。

ウエハの検査をする場合には、制御装置の制御下で、ウエハをローダ室のカセットからプローバ室内の載置台上へウエハを搬送し、プリアライメント後のウエハを載置台上に載置し、ウエハのアライメントを行った後、複数の電極パッドと複数のプローブを所定の接触荷重で接触させてウエハに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行う。

ところで、近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなるパワーデバイスの開発が活発化している。これらのパワーデバイスは、電気自動車やハイブリッド車等への実用化が現実のものとなってきており、その需要が急激に伸びることが予測されているため、パワーデバイスの開発が急務になっている。開発段階のパワーデバイスや開発後のパワーデバイスの電気的特性検査には、上記のような検査装置も用いられている。その場合、パワーデバイスをウエハから一個ずつ切り離した後、切り離されたパワーデバイスについての電気的特性検査が行われる。このような検査に対して、例えば本出願人が特許文献１において提案したチップキャリアを用いることができる。

そこで、本出願人が提案したチップキャリアについて説明する。このチップキャリアは、例えば図５に示すように、円形状のキャリア本体１と、キャリア本体１の上面にマトリックス状に区画して形成され且つパワーデバイスを収納する収納区域２と、これらの収納区域２を囲み且つ収納区域２内にパワーデバイスを位置決めする矩形状の位置決め部材３と、を備えている。収納区域２には、キャリア本体１を貫通する複数の吸引孔４が形成されている。

ところが、チップキャリアを用いてパワーデバイスの検査をする場合には、予め複数のパワーデバイスが収納されたチップキャリアをローダ室のウエハ収納部から搬送し、プリアライメント後にプローバ室の載置台上に載置する。プローバ室では、アライメント機構を用いてパワーデバイスの電極パッドと複数のプローブとのアライメントを行った後、個々のパワーデバイスの検査を行う、検査後には、載置台上のチップキャリアをローダ室のウエハ収納部の元の場所へ戻す。

チップキャリアを用いる場合には、パワーデバイスをウエハから個々のパワーデバイスを切断し、チップキャリアの各収納区域２内に収納しなくてはならない。そこで、最近のパワーデバイスへの需要の高まりと相俟って、ウエハ状態のままでの検査用の要望が強くなってきている。パワーデバイスをウエハ状態のまま検査する場合には、そのウエハをプローバ室内の載置台上に載置し、各パワーデバイスに高電圧を印加して各パワーデバイスの電気的特性検査を行う。

特開２００９−１２８２０４

しかしながら、ウエハ状態のままパワーデバイスの電気的特性検査を行う場合には、ウエハ中に不良デバイスが混じっていると、不良デバイスに高電圧を印加して高い異常電流が流れて不良デバイスが破損し、載置台のチャックトップが損傷することがあり、高価なチャックトップを交換しなくてはならないことがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、パワーデバイスをウエハ状態のまま検査することができ、しかも不良デバイスに高い異常電流が流れても載置台のチャックトップを損傷させることなくパワーデバイスの電気的特性検査を行うことができるパワーデバイス用のウエハキャリア及びこのウエハキャリアを用いるパワーデバイスの検査方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のウエハキャリアは、パワーデバイスの電気的特性検査をウエハレベルで行う際に、検査装置の載置台上に吸着固定して用いられ且つ複数のパワーデバイスが形成されたウエハを保持するウエハキャリアであって、キャリア本体と、上記キャリア本体の第１の主面上に上記ウエハの載置面として形成された導電性金属膜と、上記載置面に形成された真空吸着用の溝と、上記載置台の真空吸着用の溝と連通し且つ上記真空吸着用の溝内で開口する吸引孔と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のウエハキャリアは、請求項１に記載の発明において、上記導電性金属膜が上記ウエハの外周より大径に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のウエハキャリアは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記導電性金属膜が複数の金属薄膜を積層して形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のウエハキャリアは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記導電性金属膜が樹脂膜に被着されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のウエハキャリアは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記キャリア本体がシリコンまたはガラスによって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のウエハキャリアは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記樹脂膜が上記キャリア本体に対して剥離可能に接合されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求７に記載のパワーデバイスの検査方法は、複数のパワーデバイスが形成されたウエハを載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記複数のプローブと上記ウエハの複数の電極をアライメントするアライメント機構と、を備えた検査装置を用いて上記複数のパワーデバイスの電気的特性検査を行う際に、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウエハキャリアを用いてウエハ状態のまま上記複数のパワーデバイスの電気的特性検査を行うパワーデバイスの検査方法であって、上記ウエハキャリアのプリアライメントを行う工程と、上記プリアライメント後の上記ウエハキャリアを上記載置台上に載置する工程と、上記ウエハキャリアを上記載置台上に固定する工程と、上記ウエハをプリアライメントする工程と、上記プリアライメント後の上記ウエハを上記ウエハキャリア上に載置する工程と、上記ウエハキャリア上に上記ウエハを固定する工程と、上記載置台と上記アライメント機構と用いて上記キャリア上の上記ウエハの複数の電極と上記複数のプローブのアライメントを行う工程と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、パワーデバイスをウエハ状態のまま検査することができ、しかも不良デバイスに高い異常電流が流れても載置台のチャックトップを損傷させることなくパワーデバイスの電気的特性検査を行うことができるパワーデバイス用のウエハキャリア及びパワーデバイスの検査方法を提供することができる。

本発明の検査装置の一実施形態を示す概念図である。 図１に示す検査装置を用いられる本実施形態のウエハキャリアを示す平面図である。 図１に示す検査装置の載置台とその上に載置されたウエハキャリア及びウエハの関係を模式的に示す断面図である。 図１に示す検査装置を用いる本発明の検査方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。 従来のパワーデバイスの検査方法に用いられるチップキャリアを示す平面である。

本発明の一実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。
まず、本実施形態のウエハキャリアを適用する検査装置について説明する。本実施形態に用いられる検査装置１０は、例えば、図１に示すように、本実施形態のウエハキャリア２０で保持されたウエハＷを載置する移動可能な載置台１１と、載置台１１を水平方向及び上下方向へ移動させる駆動機構１２と、載置台１１の上方に配置された複数のプローブ１３Ａを有するプローブカード１３と、複数のプローブ１３Ａとウエハキャリア２０上のウエハＷの複数の電極とのアライメントを行うアライメント機構１４と、これらの各機器を制御する制御装置１５と、を備え、制御装置１５の制御下でウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。尚、図１において、１３Ｂはプローブカード１３と一体化したカードホルダで、プローブカード１３はカードホルダ１３Ｂを介してプローバ室の上面を形成するヘッドプレート１６に固定されている。

図３に示すように、載置台１１の上面には複数の吸着溝１１Ａが同心円状に形成され、これらの吸着溝１１Ａは互いに径方向に形成された溝（図示せず）によって連通されている。また、吸着溝１１Ａでは真空装置に接続された排気通路１１Ｂが開口しており、真空装置によって吸着溝１１Ａ及び排気通路１１Ｂから排気し、吸着溝１１Ａにおいてウエハキャリア２０を真空吸着するようにしてある。そして、一部の吸着溝１１Ａは、ウエハキャリア２０の真空吸着用の溝に連通している。

また、アライメント機構１４は、図１に示すように、載置台１１の側方に付設されて複数のプローブ１３Ａを撮像する第１ＣＣＤカメラ１４Ａと、アライメントブリッジ１４Ｂに設けられて載置台１１上のウエハＷを撮像する第２ＣＣＤカメラ１４Ｃと、第１、第２ＣＣＤカメラ１４Ａ、１４Ｃからの撮像信号に基づいて画像処理する画像処理装置１４Ｄと、を備え、第１、第２ＣＣＤカメラ１４Ａ、１４Ｃからの撮像信号に基づいて複数のプローブ１３ＡとウエハＷの複数の電極とのアライメントを行う。

而して、本実施形態のウエハキャリア２０は、図１に示すように、複数のパワーデバイスが形成されたウエハを保持した状態で載置台１１上に載置し、複数のパワーデバイスの電気的特性検査をウエハ状態のままできるようになされており、例えばローダ室に設けられたバッファテーブルに収納されている。このウエハキャリア２０は、例えば図２に示すようにウエハＷの外径より大径の円形状に形成され、例えば４インチ、６インチ、８インチの３種類のウエハを保持するように形成されている。このウエハキャリア２０の上面には例えば３つの真空吸着用の溝（以下、「吸着溝」と称す。）２０Ａが同心円状に形成されている。これらの吸着溝２０Ａでは、図３に示すように載置台１１の同心円状の吸着溝１１Ａと連通すると共にウエハキャリア２０を貫通する吸引孔２０Ｂが開口している。８インチウエハの時には全ての吸着溝２０Ａでウエハを吸着し、４インチウエハの時には最小径の吸着溝２０Ａでウエハを吸着する。

従って、真空装置が駆動して載置台１１の排気通路１１Ｂから排気し、ウエハキャリア２０を載置台１１上へ真空吸着し、ウエハキャリア２０を載置台１１上に固定する。尚、図２、図３において、２０Ｃは載置台１１に設けられた昇降ピンが通る貫通孔で、ウエハキャリア２０上においてウエハＷの受け渡す時に昇降ピンが貫通孔２０Ｃからウエハキャリア２０の上面から突出する。

ウエハキャリア２０は、例えば図２、図３に示すように、キャリア本体２１と、キャリア本体２１の上面全面に形成された樹脂膜２２と、樹脂膜２２の上面全面に形成された導電性金属膜２３と、キャリア本体２１の下面全面に接合された板部材２４と、を備え、導電性金属膜２３がウエハＷのコレクタ電極Ｃと電気的に接触してコレクタ電極として機能するように構成されている。

ウエハキャリア２０の各層は次のように構成されている。キャリア本体２１は例えばシリコンやガラスによって形成され、樹脂膜２２は例えばポリイミド系樹脂によって形成されている。樹脂層２２は、キャリア本体２１に接着剤を介して接合されており、導電性金属膜２３が損傷した時には樹脂膜２２と一緒に取り替え可能になっている。導電性金属膜２３は、図３に示すように、樹脂膜２２の上面に被着された銅薄膜層２３Ａと、銅薄膜層２３Ａの上面全面に被着されたニッケル薄膜層２３Ｂと、ニッケル薄膜層２３Ｂの上面に被着された金薄膜層２３Ｃと、を有する三層構造になっている。これらの薄膜層はいずれも例えばメッキ処理によって形成されている。

ウエハキャリア２０を適用するウエハＷにはＩＧＢＴ等のパワーデバイスが形成されている。ＩＧＢＴは、ゲート電極、エミッタ電極及びコレクタ電極を有している。図３では、ウエハＷの上面に形成されたエミッタ電極Ｅとウエハの下面に形成されたコレクタ電極Ｃのみが図示されている。これらのパワーデバイスの電気的特性検査は、図３に示すように２対、４本のプローブを用いる四端子ケルビン測定法によって行われる。

一対プローブ１３Ａ、１３Ａにはソース電源３０Ａが接続されていると共に、他の一対のプローブ１３Ａ、１３Ａにはモニタ３０Ｂが接続されている。ソース電源３０Ａ側では、一方のプローブ１３Ａがパワーデバイスのエミッタ電極と電気的に接触し、他方のプローブ１３Ａがウエハキャリア２０の導電性金属膜２３と電気的に接触するように構成されている。モニタ３０Ｂ側では、一方のプローブ１３Ａがパワーデバイスのエミッタ電極Ｅと電気的に接触し、他方のプローブ１３Ａがウエハキャリア２０の導電性金属膜２３と電気的に接触するように構成されている。従って、ソース電源３０Ａからパワーデバイスに電流を流し、モニタ３０Ｂにおいてパワーデバイス間の電圧を検出することによってパワーデバイスの電気的特性検査を行う。また、ウエハＷ側に接触するプローブ１３Ａは、スイッチ機構（図示せず）によってパワーデバイスを一個ずつあるいは複数個ずつ検査する度に切り換えられるようになっている。

次に、本実施形態の検査方法について図４を参照しながら説明する。まず、ローダ室においてウエハ搬送機構がバッファテーブルからウエハキャリア２０を搬出し、プリアライメント機構（図示せず）へ引き渡し、ここでウエハキャリア２０のプリアライメントが行われる（ステップＳ１）。その後、ウエハ搬送機構がプリアライメント機構からウエハキャリア２０をプローバ室内の載置台１１上へ載置すると（ステップＳ２）、ウエハキャリア２０は、載置台１１上で真空吸着により固定される。この際、ウエハキャリア２０は、プリアライメント後であるため、その中心が載置台１１の載置面の中心と一致している。

その後、ウエハ搬送機構がカセット（図示せず）からウエハＷを搬出すると、プリアライメント機構がウエハキャリア２０と同様にウエハＷのプリアライメントを行う（ステップＳ３）。ウエハ搬送機構は、プリアライメント後のウエハＷを載置台１１上に固定されたウエハキャリア２０上に載置する（ステップＳ４）。この際にもウエハＷの中心と載置台１１及びウエハキャリア２０の中心が一致する。この際、ウエハキャリア２０は吸着溝２０を介してウエハＷを真空吸着して固定する。

引き続き、載置台１１とアライメント機構１４が協働してウエハＷのアライメントを行った後（ステップＳ５）、載置台１１が水平方向へ移動してウエハＷをプローブカード１３の真下へ搬送し、この位置から上昇して、ウエハＷと複数のプローブ１３Ａを一括して電気的に接触させる。そして、複数のパワーデバイスについて、一個あるいは同時に複数個の電気的特性検査を行う（ステップＳ６）。その後、全パワーデバイスの検査が終了したか否かを判断し、未検査のパワーデバイスがあれば、ステップＳ６に戻って次のパワーデバイスの検査を行う。ステップＳ６及びステップＳ７を繰り返し、ステップ７において全てのパワーデバイスの検査を終了したと判断すれば、そのウエハＷは、ウエハ搬送機構を介してカセットの元の場所へ戻される（ステップＳ８）。

次いで、カセット内に次に検査すべきウエハＷが存在するか否かについて判断し（ステップＳ９）、次に検査すべきウエハＷが存在すると判断すれば、ステップＳ３に戻り、次のウエハＷの検査をステップＳ３〜ステップＳ７の手順を踏んでウエハＷの全パワーデバイスの検査を行う。そして、最後のウエハＷの検査を終了すると、ステップＳ９において全てのウエハＷの検査が終了したと判断し、ウエハＷの検査を終了する。

ウエハＷの検査を繰り返している間に、いずれかのウエハＷの不良デバイスの検査で異常電流が流れ、ウエハキャリア２０の導電性金属膜２３が焦げつくなどして破損することがある。その場合にはそのウエハＷ中の他のパワーデバイスの検査を終えた後、ウエハキャリア２０を交換して予備のウエハキャリア２０を用いて検査を続行する。破損したウエハキャリア２０は、樹脂膜２２をキャリア本体２１から剥がし、代わりの樹脂膜２３をキャリア本体２１に貼り付けてウエハキャリア２０を修復する。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハＷのパワーデバイスの検査をする時には、ウエハＷを保持するウエハキャリア２０を予め載置台１１上に設置し、ウエハキャリア２０上にウエハＷを載置することにより、ウエハ状態のままウエハＷの電気的特性検査を行うことができる。また、万一、ウエハＷに不良デバイスが混じっていて、不良デバイスの検査時に異常電流が発生してもウエハキャリア２０の導電性金属膜２３が犠牲になるだけで、載置台１１の損傷を防止することができる。

また、本実施形態によれば、導電性金属膜２３が被着された樹脂膜２２がキャリア本体２１に対して剥離可能になっているため、導電性金属膜２３が異常電流等で損傷することがあっても、交換してウエハキャリア２０を再生することができる。また、本実施形態のウェハキャリア２０は、仕様により薄いウエハやＴＡＩＫＯウェハの搬送用としても使用することができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の構成要素を適宜設計変更することができる。例えば、導電性金属膜２３は、銅薄膜２３Ａ、ニッケル薄膜２３Ｂ及び金薄膜２３Ｃの三層構造になっているが、他の金属を用いて三層構造以外の層構造を採用することもできる。

１０ 検査装置
１１ 載置台
１３ プローブカード
１３Ａ プローブ
１４ アライメント機構
１５ 制御装置
２０ ウエハキャリア
２０Ａ 吸着溝
２０Ｂ 吸着用孔
２１ キャリア本体
２２ 樹脂膜
２３ 導電性金属膜
２３Ａ 銅薄膜
２３Ｂ ニッケル箔膜
２３Ｃ 金薄膜
Ｗ ウエハ

Claims (7)

1. パワーデバイスの電気的特性検査をウエハレベルで行う際に、検査装置の載置台上に吸着固定して用いられ且つ複数のパワーデバイスが形成されたウエハを保持するウエハキャリアであって、キャリア本体と、上記キャリア本体の第１の主面上に上記ウエハの載置面として形成された導電性金属膜と、上記載置面に形成された真空吸着用の溝と、上記載置台の真空吸着用の溝と連通し且つ上記真空吸着用の溝内で開口する吸引孔と、を備えたことを特徴とするウエハキャリア。
2. 上記導電性金属膜が上記ウエハの外周より大径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハキャリア。
3. 上記導電性金属膜が複数の金属薄膜を積層して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエハキャリア。
4. 上記導電性金属膜が樹脂膜に被着されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のウエハキャリア。
5. 上記キャリア本体がシリコンまたはガラスによって形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のウエハキャリア。
6. 上記樹脂膜が上記キャリア本体に対して剥離可能に接合されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のウエハキャリア。
7. 複数のパワーデバイスが形成されたウエハを載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記複数のプローブと上記ウエハの複数の電極をアライメントするアライメント機構と、を備えた検査装置を用いて上記複数のパワーデバイスの電気的特性検査を行う際に、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウエハキャリアを用いてウエハ状態のまま上記複数のパワーデバイスの電気的特性検査を行うパワーデバイスの検査方法であって、
   上記ウエハキャリアのプリアライメントを行う工程と、
   上記プリアライメント後の上記ウエハキャリアを上記載置台上に載置する工程と、
   上記ウエハキャリアを上記載置台上に固定する工程と、
   上記ウエハをプリアライメントする工程と、
   上記プリアライメント後の上記ウエハを上記ウエハキャリア上に載置する工程と、
   上記ウエハキャリア上に上記ウエハを固定する工程と、
   上記載置台と上記アライメント機構とを用いて上記キャリア上の上記ウエハの複数の電極と上記複数のプローブのアライメントを行う工程と、を備えた
   ことを特徴とするパワーデバイスの検査方法。

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