JP2013080938A

JP2013080938A - 半導体検査装置

Info

Publication number: JP2013080938A
Application number: JP2012258048A
Authority: JP
Inventors: Chikaomi Mori; 親臣森
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-05-02

Abstract

【課題】ウエハの位置ずれを防止することが可能な半導体検査装置を提供する。
【解決手段】半導体ウエハを固定する真空チャックを備えたウエハ保持具３と、上記ウエハ保持具３と対向して配置され、プローブ４が設けられたカード基板２と、上記ウエハ保持具３と上記カード基板２の間に密閉空間を作るために、上記ウエハ保持具３と上記カード基板２の間に上記半導体ウエハ６と上記プローブ４を取り囲むように設けられたスペーサ５と、上記密閉空間を減圧し、上記真空チャックにより上記半導体ウエハ６を吸着するための減圧装置を備えた半導体検査装置であって、上記密閉空間の圧力を、大気圧より低く、かつ、上記真空チャックの圧力よりも高い状態に維持するように減圧装置を制御する制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体デバイスを一括して検査するための半導体検査装置に関する。

最近の半導体デバイスの検査においては、デバイスの複数同時検査が主流となっている。そのために、半導体検査で使用するカード基板のプローブの数は増加している。

その数は、約３万〜４万にもなり、この約３万〜４万プローブを同時に検査対象となる半導体デバイス電極に同時に接触させて検査を行っている。そのために、カード基板を半導体デバイスに押圧するには、大きな圧力が必要となる。

このような検査に対応するための従来技術としては、特許文献１（特開２００３−７７８２号公報）に記載されているような、圧力基板、ウエハトレイおよびシーリングによって構成される空間を減圧することによって、上記構成に対して加わる大気圧を、カード基板をウエハに押圧する圧力として使用することが提案されている。

このような構成を用いることにより、ウエハ全体に対して均一に大きな圧力を加えることが可能となる。例えば、プローブの数が４万本の場合、プローブ１本あたりの加重を４ｇｆとすると、総荷重は１６０ｋｇｆとなり、この１６０ｋｇｆの荷重をウエハと基板の間に容易に作用させることが可能となる。
特開２００３−７７８２号公報

このような構成の場合には、上述のような大きな荷重が得られるが、プローブを通じてカード基板からウエハに対して荷重が加えられる際には、必ずしもウエハ全体に均一な状態で荷重が加えられるのではなく、特に、プローブが片持ち梁の形状の場合には、タッチダウンを繰り返す毎に、プローブからウエハに対してウエハ表面に平行な方向の力が作用し、ウエハの設定位置から位置ずれを起こすことになる。

また、一般的に、半導体ウエハを加工する場合や、半導体検査装置においてウエハを固定する場合には、真空チャックが使用されている。上述の従来技術において、ウエハを配置する空間を減圧するために、上記真空チャックを使用すると、空間の減圧に伴って真空チャックによってウエハを固定する力が弱まり、ウエハの位置ずれが起こるという新たな問題が発生する。

本願発明では、このような問題点を鑑みて、上述のようなウエハの位置ずれを防止することが可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体検査装置は、半導体ウエハを吸着して固定する真空チャックを備えたウエハ保持具と、上記ウエハ保持具と対向して配置され、プローブが設けられたカード基板と、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に密閉空間を作るために、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に上記半導体ウエハと上記プローブを取り囲むように設けられたスペーサを備え、上記密閉空間が減圧され、大気圧より低く、かつ、上記真空チャックの圧力よりも高い状態に維持されていることを特徴とする。

そして、上記密閉空間の圧力と、上記真空チャックの圧力との差が、上記プローブの針圧の総和に応じて調整されている。

本発明の半導体検査装置は、半導体ウエハを吸着して固定する真空チャックを備えたウエハ保持具と、上記ウエハ保持具と対向して配置され、プローブが設けられたカード基板と、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に密閉空間を作るために、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に上記半導体ウエハと上記プローブを取り囲むように設けられたスペーサを備え、上記密閉空間が減圧され、大気圧より低く、かつ、上記真空チャックの圧力よりも高い状態に維持されていることにより、コンタクト圧を確保し、良好な接触状態を保ち、より精度の高い検査を行うことが可能となる。

そして、上記真空チャックの圧力との差が、上記プローブの針圧の総和に応じて調整されていることにより、コンタクト圧に対応して、各圧力を調節し、適切な状態を維持することが可能となる。

以下に図を用いて本発明の半導体検査装置１について詳しく説明する。図１が半導体検査装置１の全体の概略断面図であり、図２が減圧装置８の詳細を示す概略断面図である。

本発明の半導体検査装置１は、半導体ウエハ６を固定する真空チャックを備えたウエハ保持具３と、上記ウエハ保持具３と対向して配置され、プローブ４が設けられたカード基板２と、上記ウエハ保持具３と上記カード基板２の間に密閉空間７を作るために、上記ウエハ保持具３と上記カード基板２の間に上記半導体ウエハ６と上記プローブ４を取り囲むように設けられたスペーサ５と、上記密閉空間７を減圧し、上記真空チャックにより上記半導体ウエハ６を吸着するための減圧装置８を備えている。

上記カード基板２には、下面に下面電極１４、上面に上面電極１６が設けられ、内部には上記下面電極１４と上記上面電極１６を接続する配線１５が設けられている。そして、上記下面電極１４に上記プローブ４が接合されている。上記プローブ４は、上記半導体ウエハ６上のデバイス１３と対向する位置に配置されている。

さらに、上記カード基板２の上方には、上記カード基板２の上面電極１６と接続端子１９により接続される配線基板１７および補強板１８を備える。

上記スペーサ５と上記ウエハ保持具３と上記カード基板２によって、密閉空間７が形成されている。上記密閉空間７の気密性を高めるために、上記スペーサ５の上記ウエハ保持具３と接する面には、エアーシール材１２が設けられている。

上記減圧装置８は、真空排気手段１１および２種類の減圧ライン９，１０から構成される。上記真空排気手段１１は、密閉空間７内部の空気を排出する装置であり、上記ウエハ保持具３に設けられた開口に接続された上記減圧ライン９，１０から空気を排出する。

上記減圧ライン９は、上記ウエハ保持具３の半導体ウエハ６を保持する領域以外の場所に設けられた開口に接続されている。これにより、密閉領域７内の空気を上記真空排気手段１１によって排出し、密閉領域７内を減圧することが可能となる。

そして、上記減圧ライン１０は、上記ウエハ保持具３の半導体ウエハ６を保持する領域に設けられた開口に接続されている。これにより、半導体ウエハ６を保持することが可能となる。このように減圧装置８は、密閉空間７の減圧と半導体ウエハ６の保持と両方の機能を有する構成となっている。

また、上記減圧装置８は、圧力を調節するための制御手段２０を備えており、上記制御手段２０によって、上記減圧ライン９，１０に、それぞれ設けられた弁２１，２２を調節して、密閉領域７内の圧力および半導体ウエハ６を吸着する真空チャックの圧力が調整可能となっている。

上記減圧装置８を上記制御手段２０によって適切な圧力を維持するように調節する方法について以下に説明する。初めに、大気圧をＶｏ、上記密閉領域７の圧力をＶａ、真空チャックの圧力をＶｂとする。

上記減圧装置８を用いて減圧ライン９を通して密閉空間７内部の減圧を行い、圧力（Ｖａ）を大気圧（Ｖｏ）よりも低い状態とする。これにより、Ｖｏ＞Ｖａの状態となる。これにより、カード基板２から上記半導体ウエハ６に対して、圧力を加えることが可能となる。

同時に、上記減圧装置８を用いて減圧ライン１０を通して、半導体ウエハ６とウエハ保持具３の間の減圧を行い、圧力を大気圧（Ｖｏ）および上記密閉空間の圧力（Ｖａ）よりも低い状態とする。この時の気圧は、上記密閉空間７の気圧よりもさらに低い気圧に調節する。これにより、半導体ウエハ６の保持を維持する。

このような状態の時に、各圧力の関係は、Ｖｏ＞Ｖａ＞Ｖｂとなる。この時に上記密閉空間７の圧力と真空チャックの圧力の差、Ｖａ−ＶｂをＶｘとすると、上記Ｖｘを調節して、上記半導体ウエハ６を固定状態を維持し、位置ずれを防止しなければならない。そのために、上記制御手段２０によって、各圧力の調節を行う。

圧力の調節を行うには、上記密閉空間７の圧力と真空チャックの圧力の差（Ｖｘ）を、プローブのコンタクト圧として上記半導体ウエハ６に加えられる圧力に応じて増加させる必要がある。そして、上記コンタクト圧はプローブの針圧の総和（プローブの針圧×プローブの本数）に比例するので、プローブの針圧の総和を設定して、上記制御手段２０に入力する。

上記制御手段２０にプローブの針圧の総和が入力されると、上記制御手段２０が、適切な上記密閉空間７の圧力と真空チャックの圧力の差（Ｖｘ）となるように、上記真空排気手段１１および弁２１，２２を調節して、上記密閉空間７の圧力と真空チャックの圧力を制御する。

具体的には、直径３００ｍｍの半導体ウエハ６を対象とする場合には、密閉空間７の圧力を０．７７気圧に減圧することによって約１６０ｋｇのコンタクト圧（プローブの総荷重）を得ることができ、真空チャックの圧力としては、０．７７気圧よりも高真空にすれば一応吸着する状態を得ることができるが、プローブによって加えられる力に対応できるようにするために、コンタクト圧によって生じる力の約３％の力、すなわち、約４．８ｋｇの力が発生するように気圧の差を設定して、０．７４気圧以下になるように真空引きするように制御すれば適切な圧力の制御を行うことができる。

上述のように、制御手段２０による圧力の制御を行うことにより、上記密閉空間７の圧力と真空チャックの圧力の差（Ｖｘ）が適切な値となると、必要とされるコンタクト圧を確保しながら、半導体ウエハの保持状態を良好に保つことができるので、位置ずれを防止し、より精度の高い検査を行うことが可能となる。

また、上述のような状態で検査を行った場合、カード基板２に上向きの荷重が掛かったとしても、密閉空間７の気圧が外部の気圧より低いことによりカード基板２には下向きの荷重が絶えず掛かった状態となっているので、従来のようなカード基板２の中央部の反りを防止することが可能となる。

そのために、カード基板２は変形することなく、カード基板２の中央部のプローブ４も初期状態を保つことができるので、プローブ４のデバイス１３への接触圧力が確保されて良好な接触状態が保たれ、接触不良を起こさなくなるので、より精度の高い検査が可能となる。

さらに、ウエハ保持具３に、半導体ウエハ６を加熱及び冷却するデバイスを備えることにより、種々の検査に対応可能となる。

本発明の半導体検査装置全体の概略断面図である。減圧装置の詳細を示す概略断面図である。

１半導体検査装置
２カード基板
３ウエハ保持具
４プローブ
５スペーサ
６半導体ウエハ
７密閉空間
８減圧装置
９減圧ライン
１０減圧ライン
１１真空排気手段
１２エアーシール材
１３デバイス
１４下面電極
１５配線
１６上面電極
１７配線基板
１８補強板
１９接続端子
２０制御手段
２１弁
２２弁

Claims

半導体ウエハを吸着して固定する真空チャックを備えたウエハ保持具と、上記ウエハ保持具と対向して配置され、プローブが設けられたカード基板と、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に密閉空間を作るために、上記ウエハ保持具と上記カード基板の間に上記半導体ウエハと上記プローブを取り囲むように設けられたスペーサを備え、上記密閉空間が減圧され、大気圧より低く、かつ、上記真空チャックの圧力よりも高い状態に維持されていることを特徴とする半導体検査装置。
上記密閉空間の圧力と、上記真空チャックの圧力との差が、上記プローブの針圧の総和に応じて調整されていることを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。