JP2013243326A

JP2013243326A - プローブ装置及びプローブ装置用ウエハ載置台

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Publication number: JP2013243326A
Application number: JP2012117207A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yano; 和哉矢野; Eiji Hayashi; 栄二林; Munetoshi Nagasaka; 旨俊長坂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: US9523711B2; EP2840598A4; US20150145547A1; WO2013175954A1; TWI592672B; TW201411152A; JP6001326B2; EP2840598A1; KR20150022776A; KR101725267B1

Abstract

【課題】板厚の厚い環状部と薄厚部とを有する半導体ウエハを均一に吸着保持することのできるプローブ装置及びプローブ装置用ウエハ載置台を提供する。
【解決手段】プローブカード２０を着脱自在に保持するカードクランプ機構１３と、半導体ウエハＷを吸着保持し、プローブに、半導体ウエハＷに形成された電極を接触させるウエハ載置台１０と、を具備したプローブ装置１であって、ウエハ載置台１０は、外周縁部裏面側に突出する環状部が形成され、環状部以外の部分が環状部より板厚の薄い薄厚部とされた半導体ウエハＷを載置可能とするように、薄厚部が載置される平面部と、平面部の外周縁部に形成され環状部が配置される段差部とを有し、平面部には同心状に円形の複数の真空チャック用溝が形成され、真空チャック用溝の少なくとも一部には、少なくとも９０°以上離間した複数の部位から真空引きする複数の真空路が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ装置及びプローブ装置用ウエハ載置台に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハ上に形成された半導体デバイスの電気的な検査を行うためのプローブ装置が用いられている。このようなプローブ装置では、半導体ウエハ上の電極パッドに接触される多数のプローブが配設されたプローブカードを用いている。

そして、このプローブカードをプローブ装置のカードクランプ機構に装着し、ウエハ載置台上に半導体ウエハを吸着保持し、駆動機構によってウエハ載置台を移動させることによって、プローブカードのプローブと、半導体ウエハに形成された被測定半導体デバイスの電極とを接触させて電気的な導通を得る。そして、プローブを介してテスタから被測定半導体デバイスに検査信号を供給し、被測定半導体デバイスからの信号を測定することによって被測定半導体デバイスの電気的な検査を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

プローブ装置のウエハ載置台は、真空チャックによって半導体ウエハを吸着保持するようになっている。このため、ウエハ載置台の載置面には、例えば、円形の真空チャック用溝が同心状に等間隔で複数配設されている。そしてこれらの真空チャック用溝に接続された真空路から真空排気することによって、半導体ウエハを載置面に吸着するようになっている。

近年、半導体ウエハの薄厚化が行われており、また、このような薄厚化した半導体ウエハの取り扱いを容易にするため、裏面側の外周縁部に板厚の厚い環状部が形成され、環状部以外の部分が環状部より板厚の薄い薄厚部とされた所謂タイコ（Ｔａｉｋｏ）ウエハが用いられている（例えば、特許文献２参照。）。このように板厚の厚い環状部と薄厚部とを有する半導体ウエハは、薄厚部の剛性が通常の半導体ウエハに比べて非常に低く撓み易く、かつ、環状部と薄厚部の剛性が著しく異なるという特性を有している。このため、このような半導体ウエハを、プローブ装置のウエハ載置台に載置して吸着保持する場合、通常の半導体ウエハを吸着保持する場合と異なり、全体を均一に吸着することが困難であるという問題がある。

特開２０１０−８０７７５号公報特開２０１０−９８０５６号公報

上記のとおり、従来のプローブ装置では、板厚の厚い環状部と薄厚部とを有する半導体ウエハをウエハ載置台に吸着保持する際に、全体を均一に吸着することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、板厚の厚い環状部と薄厚部とを有する半導体ウエハを均一に吸着保持することのできるプローブ装置及びプローブ装置用ウエハ載置台を提供することを目的とする。

本発明のプローブ装置の一態様は、多数のプローブを有するプローブカードを、着脱自在に保持するカードクランプ機構と、半導体ウエハを吸着保持し、駆動機構を駆動することによって前記カードクランプ機構に固定された前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるウエハ載置台と、を具備したプローブ装置であって、前記ウエハ載置台は、外周縁部裏面側に突出する環状部が形成され、前記環状部以外の部分が前記環状部より板厚の薄い薄厚部とされた前記半導体ウエハを載置可能とするように、前記薄厚部が載置される平面部と、前記平面部の外周縁部に形成され前記環状部が配置される段差部とを有し、前記平面部には同心状に円形の複数の真空チャック用溝が形成され、前記真空チャック用溝の少なくとも一部には、少なくとも９０°以上離間した複数の部位から真空引きする複数の真空路が接続されていることを特徴とする。

本発明のプローブ装置用ウエハ載置台の一態様は、半導体ウエハを吸着保持し、駆動機構を駆動することによってプローブカードのプローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるプローブ装置用ウエハ載置台であって、外周縁部裏面側に突出する環状部が形成され、前記環状部以外の部分が前記環状部より板厚の薄い薄厚部とされた前記半導体ウエハを載置可能とするように、前記薄厚部が載置される平面部と、前記平面部の外周縁部に形成され前記環状部が配置される段差部とを有し、前記平面部には同心状に円形の複数の真空チャック用溝が形成され、前記真空チャック用溝の少なくとも一部には、少なくとも９０°以上離間した複数の部位から真空引きする複数の真空路が接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、板厚の厚い環状部と薄厚部とを有する半導体ウエハを均一に吸着保持することのできるプローブ装置及びプローブ装置用ウエハ載置台を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプローブ装置の構成を模式的に示す図。図１のプローブ装置のウエハ載置台の縦断面構成を示す図。図１のプローブ装置のウエハ載置台の上面構成を示す図。比較例のプローブ装置のウエハ載置台の上面構成を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

まず、図１を参照して、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの検査を行うプローブ装置の構成について説明する。図１に示すように、プローブ装置１は、筺体２を具備しており、この筺体２内には、半導体ウエハＷを載置して吸着保持するためのウエハ載置台１０が配設されている。このウエハ載置台１０は、駆動機構１１を具備しており、ｘ、ｙ、ｚ、及びθ方向に移動可能とされている。

ウエハ載置台１０の上方に位置する筺体２には、円形の開口部が設けられており、この円形の開口部の周縁部に沿ってインサートリング１２が配設されている。このインサートリング１２には、カードクランプ機構１３が設けられており、このカードクランプ機構１３によって、プローブカード２０が、着脱自在に保持されている。

プローブカード２０は、配線基板及びこの配線基板と電気的に接続された複数のプローブ（図示せず。）等から構成されており、プローブカード２０のプローブは、半導体ウエハＷ上に形成された半導体デバイスの電極に対応して配設されている。

また、ウエハ載置台１０の側方には、プローブの先端部を研磨するための針研盤１４と、上方に向けて配置され上部の画像を撮像可能とされたカメラ１５が配設されている。このカメラ１５は、例えばＣＣＤカメラ等からなり、プローブカードのプローブ等を撮像してプローブとの位置合わせを行うためのものである。

また、プローブカード２０の上方には、検査用の信号を送るとともに、半導体デバイスからの信号を検出して半導体デバイスの状態を検査するためのテスタに接続されたテストヘッド３０が配設される。

本実施形態において、プローブ装置１で電気的な検査を行う半導体ウエハＷは、図２に示すように、外周縁部裏面側に突出する環状部１２０が形成され、環状部１２０以外の部分が環状部１２０より板厚の薄い薄厚部１２１とされた、所謂タイコ（Ｔａｉｋｏ）ウエハである。

この場合、薄厚部１２１は、厚さが例えば１００μｍ以下（例えば４０μｍ）程度とされており、通常の半導体ウエハ（例えば厚さ７００μｍ）に比べて厚さが非常に薄くなっている。このため、薄厚部１２１の剛性が低く、変形し易くなっている。また、環状部１２０は厚さが厚いので、剛性が高くなっており、この環状部１２０が設けられることで、半導体ウエハＷの全体が変形することを抑制し、容易に取り扱えるようになっている。なお、このような半導体ウエハＷは、例えば、環状部１２０の部分を残してその内側を研削することによって製造する。

ウエハ載置台１０は、上記構成の半導体ウエハＷを載置可能とするため、その載置面が、図２に示すように、薄厚部１２１が載置される平面部１１１と、平面部１１１の外周縁部に形成され、環状部１２０を配置可能とするように下側に下がる段差が形成された段差部１１０とを有する構成となっている。

また、図３に示すように、ウエハ載置台１０の平面部１１１には、同心状に円形の複数の真空チャック用溝１１２（１１２ａ〜１１２ｎ）が形成されている。真空チャック用溝１１２（１１２ａ〜１１２ｎ）は、内側の真空チャック用溝１１２ｎからから外側に等間隔で配設されているが、最外周部の真空チャック用溝１１２ａと、最外周から２番目の真空チャック用溝１１２ｂと、最外周から３番目の真空チャック用溝１１２ｃとは、これらの間の間隔（距離）が、他の真空チャック用溝１１２（１１２ｃ〜１１２ｎ）間の間隔の１／２となるように配設されている。

なお、本実施形態では、上記のように最外周部に配設されている３本の真空チャック用溝１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの溝間の間隔（距離）が他の部位より近接するように配設されているが、少なくとも、最外周部に形成された２本の真空チャック用溝１１２ａ，１１２ｂの溝間の間隔（距離）が他の部位より近接するように配設されていればよい。

各真空チャック用溝１１２ａ〜１１２ｎのうち、内側に位置する真空チャック用溝１１２ｉ〜１１２ｎは、真空路を形成する真空配管１１３に接続されている。また、外側に位置する真空チャック用溝１１２ａ〜１１２ｈは、真空路を形成する２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂに接続されている。そして、２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂは、周方向に沿って９０°以上離間した位置（本実施形態では、約１３０°離間した位置）に配設されている。ここで、２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂを周方向に沿って９０°以上離間した位置に配設するのは、真空配管から離間することによって吸着力が弱くなる部分を無くすためである。したがって、２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂは、１２０°以上離間した位置に配設することがより好ましく、１８０°離間した位置に配設することが最も好ましい。

なお、本実施形態では、上記のように２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂを配設したが、３つ以上の真空配管を配設してもよい。３つの真空配管を配設する場合、例えば、各真空配管を周方向に沿って１２０°離間した位置に配設することが好ましく、４つの真空配管を配設する場合、例えば、各真空配管を周方向に沿って９０°離間した位置に配設することが好ましい。

また、本実施形態では、内側に位置する真空チャック用溝１１２ｉ〜１１２ｎに接続された真空配管１１３と、外側に位置する真空チャック用溝１１２ａ〜１１２ｈに接続された真空配管１１４ａ及び真空配管１１４ｂとを別々に配設した構成となっている。しかしながら、例えば、真空配管１１４ａ及び真空配管１１４ｂを、内側に位置する真空チャック用溝１１２ｉ〜１１２ｎにも接続し、真空配管１１３を配設しない構成としてもよい。

上記構成のウエハ載置台１０では、厚さの厚い環状部１２０と、板厚の薄い薄厚部１２１を具備する所謂タイコ（Ｔａｉｋｏ）ウエハである半導体ウエハＷを均一に吸着保持することができる。

ここで、例えば図４に示すように、各真空チャック用溝１１２が全てその溝間の間隔を同一とされ図３と比べた場合に最外周から２番目の真空チャック用溝１１２ｂが無く、かつ、真空配管１１４ｂを有しないウエハ載置台１０ａで、厚さの厚い環状部１２０と、板厚の薄い薄厚部１２１を具備する所謂タイコ（Ｔａｉｋｏ）ウエハを吸着保持すると、均一に吸着保持することができない。

すなわち、同一の厚さの薄厚部１２１において、環状部１２０近傍の外周部の薄厚部１２１は、環状部１２０の存在によってその剛性が高くなっている。これに対して、中央部の薄厚部１２１は、剛性の高い環状部１２０から離れているため、その剛性が外周部に比べて低くなっている。このため、真空配管１１３と真空配管１１４ちａによって真空排気を開始すると、先ず薄厚部１２１の中央部が吸着されるとともに、薄厚部１２１の外周部においては、真空配管１１４ａの近傍から周方向両側に向けて順次吸着される。そして、最後に吸着される真空配管１１４ａと１８０°離れた部位においては、他の部位に比べて吸着力が弱いことが目視によって確認できる。

なお、目視によって吸着力の強弱を確認できるのは、薄厚部１２１の厚さが薄いため、ウエハの表面側から真空チャック用溝１１２を見ることができ、吸着力の強い部分では真空チャック用溝１１２をはっきり見ることができ、吸着力の弱い部分では真空チャック用溝１１２をはっきり見ることができないからである。

上記のように、真空配管１１４ａから１８０°離れた部位における吸着力が弱くなるのは、この部位が真空配管１１４ａから最も離れた位置であることと、この部分が最後に吸着されるため薄厚部１２１の撓みがこの部分に集中するためと推測される。また、図４に示す構造のウエハ載置台１０ａでは、内周部に比べて外周部における吸着力が弱いことも確認できた。これは、内周部に比べて外周部の方が相対的に剛性が高いためと推測される。

上記のように、半導体ウエハＷのウエハ載置台１０ａへの吸着状態が不均一になると、このウエハ載置台１０ａ上に吸着保持された半導体ウエハＷの電極にプローブを接触させる際に、プローブの接触圧が不均一になる等の問題が生じる。

これに対して、図３に示した本実施形態のウエハ載置台１０では、外側に位置する真空チャック用溝１１２ａ〜１１２ｈには、周方向に沿って９０°以上離間した位置（約１３０°離間した位置）において、真空路を形成する２つの真空配管１１４ａと、真空配管１１４ｂとが接続されている。これによって、真空配管から離間することによって、吸着力が弱くなる部分が無くなるとともに、吸着開始時に、外周部の吸着が、真空配管１１４ａの近傍と、真空配管１１４ｂの近傍とにおいて、夫々周方向両側に向けて進行するため、薄厚部１２１の撓みが１箇所に集中することがなく分散される。この結果、半導体ウエハＷの全体が均一にウエハ載置台１０に吸着される。

また、ウエハ載置台１０では、最外周部の真空チャック用溝１１２ａと、最外周から２番目の真空チャック用溝１１２ｂと、最外周から３番目の真空チャック用溝１１２ｃとは、これらの間の間隔が他の真空チャック用溝１１２間の間隔の１／２となるように配設されている。これによって、外周部の吸着力が高くなり、内周部に比べて外周部の吸着力が弱くなることを回避できるので、さらに半導体ウエハＷの全体を均一にウエハ載置台１０に吸着することができる。

図１に示すように、上記構成のプローブ装置１は、ＣＰＵ等を備えた制御部４０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部４０は、操作部４１と、記憶部４２とを具備している。

操作部４１は、工程管理者がプローブ装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プローブ装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部４２には、プローブ装置１で実行される各種動作を制御部４０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や検査条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、操作部４１からの指示等にて任意のレシピを記憶部４２から呼び出して制御部４０に実行させることで、制御部４０の制御下で、プローブ装置１での各種動作が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

以上のように構成されたプローブ装置１を用いて、半導体ウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的な検査を行う際には、半導体ウエハＷをウエハ載置台１０上に載置し、吸着保持する。この後、ウエハ載置台１０によって半導体ウエハＷを移動させ、半導体ウエハＷの各電極を、プローブカード２０の対応するプローブに接触させることによって電気的な導通を得、テストヘッド３０に接続されたテスタによって半導体デバイスの電気的特性の良否を検査する。

以上本発明を実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。

１……プローブ装置、２……筺体、１０……ウエハ載置台、１１……駆動機構、１２……インサートリング、１３……カードクランプ機構、１４……針研盤、１５……カメラ、２０……プローブカード、３０……テストヘッド、４０……制御部、４１……操作部、４２……記憶部。

Claims

多数のプローブを有するプローブカードを、着脱自在に保持するカードクランプ機構と、
半導体ウエハを吸着保持し、駆動機構を駆動することによって前記カードクランプ機構に固定された前記プローブカードの前記プローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるウエハ載置台と、
を具備したプローブ装置であって、
前記ウエハ載置台は、外周縁部裏面側に突出する環状部が形成され、前記環状部以外の部分が前記環状部より板厚の薄い薄厚部とされた前記半導体ウエハを載置可能とするように、前記薄厚部が載置される平面部と、前記平面部の外周縁部に形成され前記環状部が配置される段差部とを有し、
前記平面部には同心状に円形の複数の真空チャック用溝が形成され、前記真空チャック用溝の少なくとも一部には、少なくとも９０°以上離間した複数の部位から真空引きする複数の真空路が接続されている
ことを特徴とするプローブ装置。
請求項１記載のプローブ装置であって、
複数の前記真空チャック用溝のうち、内周側の前記真空チャック用溝には１つの真空路が接続され、外周側の前記真空チャック用溝には複数の真空路が接続されていることを特徴とするプローブ装置。
請求項１又は２記載のプローブ装置であって、
複数の前記真空チャック用溝のうち、最外周部に形成された２本の前記真空チャック用溝は、溝間の距離が他の部位より近接するように配設されていることを特徴とするプローブ装置。
半導体ウエハを吸着保持し、駆動機構を駆動することによってプローブカードのプローブに、前記半導体ウエハに形成された電極を接触させるプローブ装置用ウエハ載置台であって、
外周縁部裏面側に突出する環状部が形成され、前記環状部以外の部分が前記環状部より板厚の薄い薄厚部とされた前記半導体ウエハを載置可能とするように、前記薄厚部が載置される平面部と、前記平面部の外周縁部に形成され前記環状部が配置される段差部とを有し、
前記平面部には同心状に円形の複数の真空チャック用溝が形成され、前記真空チャック用溝の少なくとも一部には、少なくとも９０°以上離間した複数の部位から真空引きする複数の真空路が接続されている
ことを特徴とするプローブ装置用ウエハ載置台。
請求項４記載のプローブ装置用ウエハ載置台であって、
複数の前記真空チャック用溝のうち、内周側の前記真空チャック用溝には１つの真空路が接続され、外周側の前記真空チャック用溝には複数の真空路が接続されていることを特徴とするプローブ装置用ウエハ載置台。
請求項４又は５記載のプローブ装置用ウエハ載置台であって、
複数の前記真空チャック用溝のうち、最外周部に形成された２本の前記真空チャック用溝は、溝間の距離が他の部位より近接するように配設されていることを特徴とするプローブ装置用ウエハ載置台。