JP2022113293A - 真空チャック及びそれを備える検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りが大きく形成されたウェーハであっても個別チップに分割する前に半導体チップの機能検査をウェーハの状態で検査する装置を提供する。【解決手段】真空チャックは、真空チャック本体１９０の上側表面に形成された複数の同心円状の第１の円周溝１５２と、複数の第１の円周溝の各々の位置において、上下方向に延び周方向に間隔を置いて形成した複数の第１の穴１５４と、半径方向に延び第１の穴を半径方向に連通する第１の連通穴１５８と、チャック本体の上側表面の複数の同心円状の位置に、周方向に間隔を置いて形成された複数の第２の穴１３２と、半径方向に延び第２の穴を半径方向に連通する第２の連通穴１３６と、チャック本体の上面側であって、第１の穴及び第２の穴が配設された位置よりも半径方向外側に形成された第２の円周溝１４０と、第２の円周溝に嵌合するリング状の弾性体とを備える。第２の円周溝は、上面部が底部より狭いアリ溝である。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェーハを吸着する真空チャック及びそれを備える検査装置に係り、特に反りを有する半導体ウェーハを吸着するのに好適な、真空チャック及びそれを備える検査装置に関する。

半導体装置の高速・高集積化が進み、実装面積を縮小できる他にも、配線の実効インダクタンスも削減できるという利点を有するウェーハレベルパッケージ（ＷＬＰ：Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）が多く使用される。ＷＬＰは、ウェーハ上でチップをパッケージングするもので、より少ない消費電力で、より大きな帯域幅、スピード、及び信頼性を得ることができる。これらの利点を生かして、モバイルコンシューマ機器、ハイエンド・スーパーコンピューティング、ゲーム、人工知能、インターネット関連製品で使用されるマルチチップ・パッケージに、より幅広いフォームファクタが提供可能になっている。
ＷＬＰの一種である超広帯域メモリ（ＨＢＭ：Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄ－ｗｉｄｔｈ Ｍｅｍｏｒｙ）では、１個のプロセッサに積層された複数のメモリを連結しておりその作製では、半導体ウェーハからなる基板上に、一般的には平面形が矩形形状を有する多数の超広帯域メモリチップを形成し、その後約１００～２００ｍｍ^２程度の大きさの多数の超広帯域メモリに半導体ウェーハを分割している。超広帯域メモリでは、プロセッサと、複数のメモリ（ＤＲＡＭ）が上下方向に積層されたメモリ部とをシリコン介在物（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）を介して連結しており、プロセッサとメモリ部の連結物が、シリコン介在物を介して基板に連結及び載置される構造になっている。

このように形成される超広帯域メモリの機能検査を実施する場合、半導体ウェーハから分割形成された超広帯域メモリチップ単体を個々に検査するよりも、分割する直前のウェーハ状態で各超広帯域メモリを検査するほうが、検査効率が向上することは明らかである。分割されていない半導体ウェーハの状態で、超広帯域メモリを一括して検査するためには、検査用プローブを保護しながら検査プローブを所定位置に容易に位置決めできるよう、半導体ウェーハが平坦である必要がある。しかしながら、以下に記載のように超広帯域メモリが形成されたウェーハでは、反りが生じている場合があり、現状では半導体ウェーハから分割された超広帯域メモリを個々に検査する方法が用いられている。

一方、反りのある半導体ウェーハであっても半導体ウェーハの状態でウェーハに形成された、超広帯域メモリではないものの一般の半導体チップを検査する試みもある。超広帯域メモリがその上に形成された直径φ３００ｍｍの１２インチウェーハでは、超広帯域メモリの数が、例えば４００個以上も形成される場合もある。このようなウェーハでは大径化してもその厚さは数百μｍ程度であるからウェーハ全体の剛性は低く、ウェーハ処理時に、特にパッケージング時に加わる外力等で、ウェーハに反りやうねり（変形）が生じやすくなっている。ウェーハの反りは、周辺部と中央部との間の高さの差で示されるが、その値は数ｍｍ程度になる場合もある。

ところで、大径のウェーハで周囲部が中心部に比べて大きく反って変形していると、ウェーハをチャックに載置した際に周囲部を真空吸引しても、従来の吸引径では周囲空気を空引きする状態となり、ウェーハの周囲部はチャックに吸引されることなく反り状態を維持したままとなる。もし反り状態のままで検査を実行すると、検査プローブがウェーハ表面に斜めに当接し、最悪の場合、ウェーハもしくは高価なプローブを損傷する虞れがある。このようなウェーハの反りに起因する不具合を解消するために、ウェーハを検査中にウェーハの反りをキャンセルする方法が、従来種々提案されている。

特許文献１には、大きな反りが存在するウェーハ等の基板を吸着保持する場合であっても、基板の平坦度を良好に保持することが記載されている。具体的には、基体の上面における連通経路の開口部を囲う位置に、環状に窪んだ環状凹部を形成し、環状の弾性素材からなるシール部材の下部要素を環状凹部に配置する。一方、シール部材の上部要素を基体の上面から突出させる。そして上部要素に、環状の内側方向に向かいながら上方に向かって延在する第１の部分と、環状の外側方向に向かいながら上方に延在する第２の部分を設けている。

また特許文献２には、反りが生じているワークを真空吸着するワークステージが、真空を供給する凹部を有する基台と、凹部上に取り付ける複数の貫通孔を形成した吸着板を備えることが記載されている。さらに、反りが生じたワークを吸着保持する吸着板の周辺部にシール用弾性体を設けることも記載されている。

特許文献３には、ウェーハ加工機がウェーハの平坦度に影響されずにウェーハを吸着保持できる吸着盤構造を有することが記載されている。具体的には、吸着盤の外周に、ゴム板である弾性素材で形成されスカート状に拡開して吸着盤の吸着面から所定長さ延在した、筒体を設ける。これにより、ウェーハ面と吸着面との間に隙間が生じても、筒体がウェーハ面の反り、うねりあるいは段差に応じて弾性変形しながらウェーハ面に密着し、囲いを形成する。その結果、上記隙間をシールすることができ、エアや研削液が吸引溝から吸引されるのを防止する。

特開２０１９－４０１７号公報 特開２０１０－１５３４１９号公報 特開平７－３０８８５６号公報

上記特許文献１に記載の真空チャックでは、ほぼ円形のセラミックス製基体の周縁部に環状凹部を形成し、その環状凹部に弾性体からなるシール部材を配置している。弾性体は蛇腹またはベローズ状であり、その上端面でウェーハに接する。真空吸着したときに、ウェーハと弾性体の接触位置を変化させることなく、蛇腹状もしくはベローズ状の弾性体が伸縮して基体に対してウェーハを吸着する。これにより、ウェーハは平坦にされて所定位置で保持される。

しかしながらこの特許文献１に記載の真空チャックでは、蛇腹状の弾性体を縮める場合に、弾性体を収納する大きな溝をセラミックス基体に設ける必要がある。それとともに、ベローズ状であり単純形状でないので、縮めたときに弾性体の一部が円滑な変形からずれて、面内方向においてセラミック基体の上面とウェーハ裏面の間にはみ出す虞れがある。もし弾性体が溝からはみ出ると、ウェーハ裏面に異物が付着する虞れがあり、異物が付着するとウェーハを吸引したときの吸着力でウェーハが破損する事態も起こり得る。さらに、ウェーハを検査の適正位置に位置決めできなくなるとともに、ウェーハの吸着方向高さが変化し平坦度を担保できなくなり、プローブとの衝突現象を発生する虞れも生じる。超広帯域メモリの機能検査が温度制御環境下での検査、例えば低温機能検査または高温機能検査であれば、ウェーハ位置が適正でないと設定温度がずれる虞れもある。

特許文献２に記載のワークステージでは、矩形形状の基台の周縁近傍にシール材を配置してその上にワークを載置し、一方シール材で区画した基台の内部の空間に矩形の穴あき吸着板を配置している。そして、矩形の吸着板の裏面から真空吸引することでシール材を収縮させ、ワークを平板の吸着板に倣わせている。

しかしこのワークステージは露光等に使用するものであるから、周縁部で大きな反りがあるワークを下に凸形状でワークステージ上に配置すると、真空吸引前の状態では、ワークはシール材では当接せずに中央部が吸着板に当接することになり、ワークの反りを解消して吸引することが困難になる。このようなワークを真空吸引前の状態でシール材にワークを当接させるためには、シール材の高さを高くすればよいが、シール材の高さを高くしても真空吸引時には吸着板との距離が短いシール材の中央部がすぐに吸着板に当接し、ワークは反りを維持したままもしくはわずかに反りを低減して吸着された状態になりがちである。一方、上に凸形状にしてワークをワークステージ上に配置すると、真空吸引前にワークはシール材に当接することが可能である。しかしながら、シール材で区画された部分の中央部では吸着板との距離が長くなりすぎて十分な真空吸着効果を得ることが難しく、反りが維持された状態となる。

特許文献３に記載のウェーハ加工機では、ウェーハの外周研削等の加工時に、チャックが反りのあるウェーハを真空吸着して保持している。そして、チャックは外周部に弾性体を有し、ウェーハの裏面を弾性体に当接させた後、真空吸引してチャックにウェーハを保持する。それとともに、弾性体にウェーハを当接させて、チャックとウェーハ間に隙間を無くし、研削水等がウェーハ裏面に侵入することを防止している。しかしながらこの公報に記載の加工機は研削水の侵入が防げればよいので、ウェーハの反り自体を補正することは考慮されていない。つまり、外周研削等をウェーハが反った形状のまま継続しても、何ら問題を生じていない。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は大径であるがゆえにその周縁部での反りが大きく形成されたウェーハであっても、半導体チップの機能検査を、個別チップに分割する前にウェーハの状態で検査可能にすることにある。そして好ましくは、一括して半導体チップの機能検査をウェーハ状態で可能にすることも目的とする。なお機能検査は温度環境下の試験を含み、ウェーハに形成された全半導体チップに対して均一な温度環境を実現することも目的とする。そして本発明は、これら複数の目的の内の少なくとも一つを実現することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、半導体ウェーハを真空吸着する、円板状に形成されたチャック本体を有する真空チャックにおいて、前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第１の円周溝と、複数の前記第１の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第１の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第１の穴を半径方向に連通する第１の連通路と、前記チャック本体の上面の複数の同心円状の位置に周方向に間隔を置いて形成した複数の第２の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第２の穴を前記チャック本体の半径方向に連通する第２の連通路と、前記チャック本体の上面側であって、前記第１の穴及び前記第２の穴が配設された位置よりも半径方向外側に形成された第２の円周溝と、前記第２の円周溝に嵌合するリング状の弾性体とを備え、前記第２の円周溝は、前記チャック本体の上面における半径方向幅が底面における半径方向幅よりも狭く形成されたアリ溝としたことにある。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、半導体ウェーハを真空吸着する、円板状に形成されたチャック本体を有する真空チャックにおいて、前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第１の円周溝と、複数の前記第１の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第１の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第１の穴を半径方向に連通する第１の連通路と、前記チャック本体の上面の複数の同心円状の位置に周方向に間隔を置いて形成した複数の第２の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第２の穴を前記チャック本体の半径方向に連通する第２の連通路と、前記チャック本体の上面側であって、前記第１の穴及び前記第２の穴が配設された位置よりも半径方向外側に形成された第２の円周溝と、前記第２の円周溝に嵌合するリング状の弾性体とを備え、前記弾性体は、リング状チューブに形成されているかもしくは発泡材料製の中実Ｏリング形状に形成されていることにある。

そしてこれらの特徴において、前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第３の円周溝と、複数の前記第３の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第３の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第３の穴を半径方向に連通する第３の連通路をさらに備え、前記複数の第３の穴は、前記複数の第１の穴と前記複数の第２の穴よりも半径方向内側に位置する穴を含むことが好ましい。なお、前記第１の連通路と前記第３の連通路は兼用されていてもよい。

上記特徴において、前記複数の第２の穴の穴径は、前記第１の穴の穴径より大径に形成されていることが好ましく、前記真空チャックにおいて、前記第１の連通路及び前記第２の連通路が形成されている部分よりも下方に、この真空チャックを加熱するヒーター、もしくはヒーター及びこの真空チャックを冷却可能な冷却液が流通する冷却液通路を配設してもよく、前記第１の穴と前記第３の穴の半径方向配設数の和は、前記第２の穴の半径方向配設数より多くしてもよい。

上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、ウェーハの検査装置が上記いずれかの特徴を備える真空チャックと、ウェーハの上面に形成される複数の半導体チップを一括して測定可能なプローブカードを備えることにある。

本発明によれば、ウェーハの機能検査に用いる、ウェーハを吸着する真空吸着チャックにおいて、真空吸着チャックの外周縁近傍に環状の溝を形成し、その溝に嵌合した状態で真空吸引前にウェーハが有する反り量よりも高く溝から突出する弾性体を真空吸着チャックに配設し、溝近くに開口する真空吸引用通路を形成したので、半導体チップの機能検査を、個別チップに分割する前にウェーハの状態で検査可能になる。また、ウェーハに形成された全半導体チップに対して均一な温度環境を実現できる。

本発明に係る検査装置の一実施例の正面図である。 検査装置が検査する半導体ウェーハの一例を示す図である。 本発明に係る真空チャックの一実施例の斜視図である。 図３に示した真空チャックの上面図である。 真空チャックの模式断面図である。 図４に示した真空チャックの吸引部の詳細形状を示す断面図である。 ウェーハの真空吸着を説明する断面図である。 真空チャックを加熱及び冷却するシステムのブロック図である。

以下、本発明に係るウェーハ検査用に適した真空チャック及びそれを備える検査装置の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る真空チャック１００を備えたウェーハ検査装置２００の一実施例の正面図である。本ウェーハ検査装置２００では、半導体ウェーハ（以下ウェーハとも称す）Ｗ上に形成された半導体チップのパッドに、プローブカード２６６が有する複数のプローブ２６４を同時に接触させて、電気的検査を実施する。電気的検査では、各種温度状態における作動状態をもチェックする。そのため、ウェーハＷを加熱及び冷却する手段が、一般的に設けられている。

図１に示すように、ウェーハ検査装置２００は、基台２３６と、基台２３６上に設けられた移動ベース２４２とＸＹＺ－Θテーブル２４０とを備える。ＸＹＺ－Θテーブル２４０の上面には、ウェーハＷが載置されウェーハＷを真空吸着する本発明に係る真空チャック（以下チャックとも称す）１００が配設されている。詳細を後述するように、真空チャック１００は制御装置２１０が備える温度制御システム３００に接続されており、真空チャック１００に載置されるウェーハＷの温度を制御可能になっている。また、ウェーハＷの真空吸着を確実にするために、真空チャック１００には真空ポンプ等の真空排気装置２７０が接続されている。

ＸＹＺ－Θテーブル２４０は、ウェーハＷをＸ方向（図で左右方向）に移動させるＸ軸テーブル２４４と、ウェーハＷをＹ方向（図で奥行き方向）に移動させるＹ軸テーブル２４６と、ウェーハＷをＺ方向（図で上下方向）に移動させるＺ軸テーブル２４８を備える。ＸＹＺ－Θテーブル２４０は、ウェーハＷを上下方向軸周りに回転させるΘテーブル２５２をさらに備える。

ＸＹＺ－Θテーブル２４０を取り囲んで側部には、支柱２１８が、上方にはヘッドステージ２３４が設けられている。ヘッドステージ２３４は、一部に開口部が設けられており、その開口部にカードホルダ２６２が取り付けられている。カードホルダ２６２には、ウェーハＷに形成される検査対象の半導体チップ４５０（図２（ａ）参照）に応じたプローブカード２６６が取り付けられている。さらに、プローブカード２６６には半導体チップ４５０に当接する複数のプローブ２６４が配設されている。プローブ２６４はチップ４５０に形成されるμｍオーダーの微小な端子を特定して当接するために、繊細な構造であり、余分な負荷が働かない構造をしている、したがって、プローブ２６４は検査時に、ウェーハＷに所定姿勢及び所定速度で接近するよう設定されている。

支柱２１８の上端には回動可能にテストヘッド２２０が設けられている。テストヘッド２２０が回動したときに、テストヘッド２２０がプローブカード２６６に対向する面には、コンタクトシリンダ２６８が設けられており、プローブ２６４が検出した情報をテストヘッド２２０を介して制御装置２１０に送信する。

ＸＹＺ－Θテーブル２４０は、移動ベース２４２を介して図で左右方向に移動可能である。ウェーハＷが搬送部２３０に搬送されていると、ＸＹＺ－Θテーブル２４０は図で右側のウェーハ情報取得・設定位置２０４に移動し、ウェーハＷを真空チャック１００に載置及び吸着したのち、ヘッドステージ２３４に固定されたカメラ２３２等を用いて位置情報やチップ４５０情報を取得する。ウェーハの情報を取得したら、ＸＹＺ－Θテーブル２４０は図で左側の検査位置２０２に移動し、プローブ２６４を用いた検査を一括して行う。ここで、「一括」とは、ウェーハＷを真空チャック１００に吸着したまま、ＸＹＺ－Θテーブル２４０を駆動して複数のチップ４５０、好ましくはウェーハＷ面上に作成されたすべてのチップ４５０について連続して検査することを意味する。

図２に、本発明に係る真空チャック１００が載置及び吸着可能な半導体ウェーハＷの一例を示す。なお、真空チャック１００が載置及び吸着可能な半導体ウェーハＷは図２に示すものに限らず、あらゆる半導体ウェーハＷが載置及び吸着可能であり、特に反りを有する半導体ウェーハＷであっても本真空チャック１００は吸着できるという、格別な特徴を有する。

図２（ａ）は、半導体ウェーハＷの上面図であり、図２（ｂ）は半導体ウェーハＷ上に多数形成される半導体チップ４５０の一例を示す、側面模式図である。半導体ウェーハＷはいわゆる１２インチウェーハで直径φ３００ｍｍであり、オリエンテーションフラットが形成された面内に、幅約１３．３ｍｍで長さ約１０．９ｍｍのチップ４５０が４００個以上形成されている。

図２（ｂ）に示す半導体チップ４５０は、超広帯域メモリ（ＨＢＭ：Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｍｅｍｏｒｙ）と呼ばれるもので、プロセッサ４１０と多数層（図では４層）が積層されたメモリ（ＤＲＡＭ）４２０を有し、積層部のメモリ４２０の下方にインターフェイス（Ｉ／Ｆ）４２６が配置されている。プロセッサ４１０とメモリ４２０は、シリコン介在物（インターポーザ）４３０を介して接続され、プロセッサ４１０とメモリ４２０の一体品が、シリコン介在物４３０を介して半導体ウェーハ基板（シリコン基板）４００に接続されている。プロセッサ４１０とシリコン介在物４３０の間、シリコン介在物４３０と半導体ウェーハ基板４００の間、及びシリコン介在物４３０とインターフェイス４２６の間は、それぞれに形成された端子４１２、４０２、４２２等を用いて接続され、各メモリ４２０間はリード線４２４で接続されている。このように形成した半導体チップ４５０は、プロセッサ４１０と積層されたメモリ４２０の重量の相違、及びチップ４５０を形成する時の加工方法等に起因して、数１００μｍの厚さに形成される半導体チップ４５０をひずませる要因となる。

図３ないし図６を用いて、図１に示した検査装置２００が備える、本発明に係る真空チャック１００の一実施例を説明する。図３は、真空チャック１００の斜視図であり、図４はその上面図である。図５は、真空チャック１００が備えるチャック本体１９０の模式縦断面図であり、ウェーハＷの加熱及び／または冷却手段を備える各種の例を示す図であり、図５（ａ）は加熱手段のみを備える場合の例であり、図５（ｂ）は、加熱及び冷却の双方の手段を備える最も標準的な場合の例であり、図５（ｃ）は真空吸着部と冷却部が一体化した加熱及び冷却の双方の手段を備える場合の例である。この図５では、左半分を図４のＢ位置における断面で、右半分を図４のＡまたはＣ位置における断面で示している。図６は、チャック本体１９０に形成する吸引穴と真空シールの詳細を説明するための図であり、図６（ａ）は吸引穴の位置関係を説明するためのチャック本体１９０の縦断面図、図６（ｂ）は弾性体の嵌合状態を説明するための断面図である。

以下の説明では、図５（ｂ）に示した標準型の真空チャック１００を例にとり説明するが、図５（ａ）、（ｃ）に示したその他の真空チャック１００の場合も同様である。図５（ｂ）に示すように、真空チャック１００は、最上部に位置する円板状の真空吸着ブロックであるチャック本体１９０と、このチャック本体１９０の下方に配置される円板状の冷却ブロック１７０と、冷却ブロック１７０の下方に配置される円板状の加熱ブロック１８０とを備える。これらのブロック１９０、１７０、１８０は、図示しないボルト等を用いて一体化されて、円柱状の真空チャック１００を形成する。冷却ブロック１７０には、複数の冷却液通路１７２が形成されており、チラーで冷却された冷却水のような冷却液が流通する。また、加熱ブロック１８０にはヒーター１８２が配設されており、渦巻き状に多重に巻回されている。

真空チャック１００の最上部を形成する真空吸着ブロック１９０には、ウェーハＷを安定して吸着・保持するために従来から多数の穴や溝が形成されている。本発明では、これらの従来の穴や溝に加えて、反りのあるウェーハＷに対応可能なように新たな穴と溝及び溝に嵌合する弾性体１１０を真空チャック１００に設けている。

図３及び図４に示すように、チャック本体１９０はウェーハＷより大径の円形に形成されており、ウェーハＷが載置される部分には、平坦なウェーハＷを吸引して固定保持するために、半径方向に複数の第１の吸引穴１５４が形成されている。これらの吸引穴１５４は周方向に複数個所（図では４か所、Ｃ位置）に設けられており、同心円状に多数形成した深さが浅い溝１５２内に形成されている。溝１５２の数は、吸着するウェーハＷがφ３００ｍｍ程度の場合には、好ましくは１０個以上、より好ましくは２０個以上であり、吸引穴１５４の周方向個数は、好ましくは４個以上である。

なお、チャック本体１９０の中心側（小径側）では、第１の吸引穴１５４の個数を減らしてもよい。周方向の同一位置にある各第１の吸引穴１５４は、外周部から半径方向に延びた第１の連通路１５８で連通している。チャック本体１９０の外周部には、第１の連通路１５８のそれぞれの位置に応じて真空吸引用の金具が取り付けられた真空吸引配管接続部１２０が設けられており（図３参照）、配管を介して真空排気装置２７０に接続されている（図１参照）。これにより、チャック本体１９０の上面全体が真空吸引される。

本実施例では、チャック本体１９０の中心部には、真空解除後にウェーハＷを真空チャックから容易に引き離すことができるように押しピンが配設される。そのため、真空チャックには周方向に間隔を置いて押しピン穴１２４が形成されている。このようにチャック本体１９０の中心部には、後述する温度センサを配設するための加工含めて種々の加工がなされるので、加工が集中する。過度な加工を避けるため、第１の吸引穴１５４を中心部付近では省略し、主としてチャック本体１９０の中心部を真空吸引するための第３の吸引穴１５６を、第１の吸引穴１５４とは異なる周方向位置（図ではＡ位置）に形成している。第１の吸引穴１５４の場合と同様に、第３の吸引穴１５６に対しても、チャック本体１９０の外周から中心に向けて第３の連通路１６０が形成されている。なお、第１の吸引穴１５４と第３の吸引穴１５６の径は、同一に設定している。これら第１、第３の吸引穴１５４、１５６を用いてウェーハＷの裏面を真空吸引することにより、平坦なウェーハＷの場合には、何ら支障なくウェーハＷを真空チャック１００に固定・保持でき、検査装置２００における各種検査をプログラム通り実行できる。なお本実施例では、第３の吸引穴１５６と第３の連通路１６０を第１の吸引穴１５４と第１の連通路１５８とは別位置に設けているが、複数ある第１の連通路１５８の内の１個とそれに対応する第１の吸引穴１５４を第３の連通路１６０と第３の吸引穴１５６として、兼用することもできる。

ところでウェーハＷの半導体ウェーハ基板４００が外径に対して非常に薄い大径のウェーハＷでは、特にＨＢＭのような半導体チップ４５０が形成されているウェーハＷでは、その周縁部で反り量が大きくなり、上記第１、第３の吸引穴１５４、１５６だけを用いて吸引しても周縁部でウェーハＷと真空チャック１００の間に隙間が生じる場合がある。その場合上述したように、ウェーハＷを検査しようとすると、プローブ２６４が正規姿勢とは異なる姿勢でウェーハＷの表面に当接する虞れがある。ウェーハＷ検査用のプローブ２６４は繊細な器具であり、正規姿勢または所定姿勢から外れてウェーハＷに当接すると、高価なプローブ２６４が破損する一因になる。

このような不具合の発生を防止するために、本発明では、ウェーハＷの特に周縁部を平坦保持する、円周溝１４０と第２の吸引穴１３２を設けている。つまり、φ３００ｍｍウェーハが載置される位置であって、その外周近傍にシール用の弾性体１１０が嵌合可能な円周溝１４０を形成する。図６（ｂ）を参照して、溝１４０の断面は、角部をＲ加工したほぼ台形状をしており、チャック本体１９０の上面側の幅Ｗ_２が底面側の幅Ｗ_１より狭いアリ溝となっている。

溝１４０に嵌合する弾性体１１０は、変形が容易でかつ、真空吸引前は溝１４０からはみ出ている部分が、真空吸引時及び吸引後に溝１４０の幅内にとどまり、位置ずれしてウェーハＷとチャック本体１９０間に噛みこむことを発生せず、最終的に溝１４０内にすべてが収容されるように構成する。弾性体１１０は、シリコン樹脂製や４フッ化エチレン樹脂製のチューブであるか、発泡材料で構成された中実Ｏリングである。発泡材料としては、シリコン樹脂が好ましい。

弾性体１１０が４フッ化エチレン樹脂のチューブの場合には、チューブ１１０を所定長さに切断してからリング状にして、変形させながらアリ溝１４０内に保持する。チューブ１１０をアリ溝１４０内に保持した状態では、チューブ１１０の最大径ｄ_１部は、アリ溝１４０内にほとんど元来のチューブ１１０の外径（呼び径に相当）を保持したままとどまる。この状態では、チューブ１１０は自然高さｈ_０である。この自然高さｈ_０は、検査対象のウェーハＷの外周部、より正確には、この弾性体１１０が当接する位置でのウェーハＷの最大許容反り量に対応する。

すなわち、ウェーハＷが弾性体１１０に当接する位置での反り量がｈ_０以下の場合には、チャック本体１９０にウェーハＷを載置した状態では、ウェーハＷの外周部は弾性体１１０で仕切られ、チャック本体１９０とウェーハＷ間に密閉空間を構成できる。これにより、以下に説明する真空吸引が可能になる。これに対して、ウェーハＷの反りがｈ_０を超えていると、チャック本体１９０とウェーハＷ間には周縁部で隙間が形成され、ウェーハＷを平坦化する真空吸引を実行しても空引きとなる虞れがある。多くのウェーハＷでは、反り量は２ｍｍ以下であるから、本実施例においても、ｈ_０が２ｍｍ以上となるようにアリ溝１４０の大きさとチューブ１１０の大きさ（径及び厚さ、または剛性）を設定する。

以上のようにアリ溝１４０を形成すると、チャック本体１９０とウェーハＷ間には密閉空間を構成できるが、その密閉空間は第１の吸引穴１５４や第３の吸引穴１５６を用いて真空吸引する場合の隙間に比べて大きいうえに、吸引によりウェーハＷの半導体ウェーハ基板４００の剛性に抗してウェーハＷを平坦にする力を発生する必要がある。そこで、本実施例では、第１の吸引穴１５４や第３の吸引穴１５６に比して大径の第２の吸引穴１３２を、チャック本体１９０の外径側を中心に配置する。図４に示すように、第１、第３の吸引穴１５４、１５６とは周方向に異なる複数の位置（本実施例では４か所：Ｂ位置）であって、円周アリ溝１４０が形成された外径位置よりも内径側の複数か所に、第２の吸引穴１３２を設ける。本実施例の場合は、径方向５か所に設けている。同じ周方向位置にある第２の吸引穴１３２同士は、外周側から中心に向けて形成された第２の連通路１３６で連通される。

図６（ａ）に第１～第３の吸引穴１５４、１３２、１５６と第１～第３の連通路１５８、１３６、１６０及びアリ溝１４０の位置関係を、周方向に重ねて示す。第１、第３の吸引穴１５４、１５６の直径φＤ１、φＤ_３は１ｍｍ程度であり、それらは、チャック本体１９０の半径方向に間隔を置いて形成されている。そして、複数の第１の吸引穴１５４を連通する第１の連通路１５８は、複数の第３の吸引穴１５６を連結する第３の連通路１６０よりも半径方向に外側の位置で止まっている。

主としてウェーハＷの外周側の反りを矯正するための複数の第２の吸引穴１３２は、直径φＤ_２が、φＤ_１やφＤ_３の数倍の径である、２～３ｍｍ程度に形成されており、半径方向に第１の吸引穴１５４の間であって、チャック本体１９０の大径側を中心に複数位置に形成されている。第２の吸引穴１３２を連通する第２の連通路１３６がチャック本体１９０の外周部から中心に向けて延びており、その長さは第１の連通路１５８よりも一般的には短い。すなわち、第２の吸引穴１３２は、ウェーハＷの外周縁部のそり矯正に貢献するものであることが第２の吸引穴１３２の配置から分かる。なお、第１の吸引穴１５４及び第３の吸引穴１５６が形成されるチャック本体１９０の半径位置には、１ｍｍ以下の深さの全円周溝１５２が形成されており、吸引ムラを低減している。また、第１の吸引穴１５４と第２の吸引穴１３２の周方向の個数はほぼ同じであるが、半径方向には第１の吸引穴１５４が１０～２５個程度あるのに対して、第２の吸引穴１３２は５個程度である。したがって第３の吸引穴１５６をも含めると、第１、第３の吸引穴１５４、１５６の総個数は第２の吸引穴１３２の数より多い。

第１～第３の吸引穴１５４、１３２、１５６よりも外径側には、断面台形状の上述アリ溝１４０が配置されている。すなわちアリ溝１４０は、最外周側の円周溝１５２または第１の吸引穴１５４よりも外径側に位置しており、アリ溝１４０よりも外径側の空気を第１～第３の吸引穴１５４、１３２、１５６が空引きするのを防止するシール溝である。

図７に、以上のように構成した本発明の真空チャック１００を用いて大口径ウェーハＷを吸引する一例を、模式的に示す。なお真空吸引方法は、本方法に限らず、すべての吸引穴から同時にまたは同時に異なる種類の吸引穴から吸引するようにしてもよい。図７（ａ）は、チャック本体１９０にウェーハＷを載置した状態である。真空吸引は行われてはおらず、弾性体１１０の下に凸の反りのあるウェーハの外周部が当接し、ウェーハＷとの間に密閉空間が形成されるとともに、弾性体１１０にはウェーハの自重のみが作用している。このとき、弾性体１１０は、ほぼ自然高さまたはわずかに変形した高さｈ_０で静定している。

この状態から、図７（ｂ）に示すように、反りが少なくほぼ平坦なウェーハＷの中心部を、第３の吸引穴１５６を用いて先行して真空吸着する。これにより、真空吸引時にウェーハＷが水平面内で移動しないようにする。ウェーハＷをチャック本体１９０に対して固定することで、図７（ｃ）に示す周縁部の真空吸着時の気流の発生により、ウェーハＷが位置ずれするのを防止する。

次に、第１の吸引穴１５４とともに第２の吸引穴１３２から真空吸引する。なお、第１の吸引穴１５４からの真空吸引は、第２の吸引穴１３２からの真空吸引によりウェーハＷが平坦に矯正された後に開始してもよい。第２の吸引穴１３２は、その径が第１の吸引穴１５４の径の数倍あるので吸引力が大きく、ウェーハＷの剛性に抗してウェーハＷを平坦にすることが可能である。このように第２の吸引穴１３２からの吸引は、大きな力を発生させるので、ウェーハＷを水平面内で移動させる力も生じやすい。そのため、第３の吸引穴１５６や第１の吸引穴１５４からの吸引を併用する。

一旦ウェーハＷがチャック本体１９０に吸引されると、弾性体１１０によるシール作用により、ウェーハＷとチャック本体１９０の吸着面１０２の間からの漏れはほとんど生じないから、真空吸着は第１、第３の吸引穴１５４、１５６からの吸引のみ、もしくはわずかに第２の吸引穴１３２からの吸引を併用することで対処できる。

図７（ｄ）～（ｆ）は、図７（ａ）～（ｃ）に示した各状態におけるアリ溝１４０内の弾性体１１０の状態を拡大して模式的に示す図である。真空吸引していない状態で弾性体１１０にウェーハＷの裏面を当接させると、チャック本体１９０の吸着面１０２からの弾性体１１０の高さは自然高さｈ_０程度になる。一方、ウェーハＷの中心側だけを吸引したときには、弾性体１１０はわずかにその高さを減らし、吸着面１０２からの高さはｈ_１（＜ｈ_０）となる。次いで、第２の吸引穴１３２から真空吸引してウェーハＷを平坦化すると、弾性体１１０はアリ溝１４０からはみ出すことなく実質的にアリ溝１４０内に全体が収容される。これにより、ウェーハＷは完全に平坦化され、ウェーハＷが傾いて、プローブ２６４と誤接触することが防止される。

図８に、図５に示した加熱・冷却ブロックを用いた、ウェーハＷの温度制御ブロック図を示す。ここでは、ウェーハＷの加熱・制御を、図５（ｂ）に示す標準的な真空チャック１００の場合を例にとり説明するが、その他の真空チャック（図５（ａ）、（ｃ））でも同様である。ウェーハＷが載置される真空チャック１００にはヒーター１８２が内蔵されており、図示しないが冷却液流路も内部に形成されている。

冷却液流路は、検査装置２００から遠隔に配置されたチラーユニット３１０が備える冷却ユニット（冷却装置）３１４に冷却液配管３１６で接続されている。冷却液配管３１６は、チラーユニット３１０で発生した冷却液を真空チャック１００に送給する往配管３１６ａと、真空チャック１００で暖められた冷却液をチラーユニット３１０に戻す還配管３１６ｂとを有する。冷却ユニット３１４は、チラーユニット３１０が備えるチラー制御部３１２により信号線３０８を介して制御される。真空チャック１００に内蔵されたヒーター１８２は、電力線３３８により温度制御装置３２０が備えるヒータ制御器３２４に接続されており、ヒータ制御器３２４から電力が供給される。

このように構成した加熱・冷却機構を用いて真空チャック１００の表面温度を均一に所定温度、例えば－１０℃～＋１００℃の内の１点または多点に制御するために、真空チャック１００の異なる５点に温度センサ３３４が埋め込まれている。温度センサ３３４の出力は５ｃｈ変換ボード（Ａ／Ｄ変換器）３３２に入力されてデジタル信号に変化され、温度制御装置３２０が備える主制御装置３２２に信号線３３６を介して入力される。主制御装置３２２は、信号線３２６を介してヒータ制御器３２４に接続されているとともに、信号線３１８を介してチラー制御部３１２にも接続されている。したがって、温度センサ３３４が検出した真空チャック１００の吸着面１０２の温度、換言すればウェーハＷの温度がフィードバックされて、ヒーター１８２の温度と冷却液の温度が制御される。その際、ウェーハＷに対向して配置される検査手段であるプローバ（ＣＰＵ）２２２の検出結果も、温度制御装置３２０にフィードバックされる。

以上説明したように、本実施例の真空チャックによれば、ウェーハの周縁部が反っている３００ｍｍの大口径ウェーハであっても、反り量が２ｍｍ程度までであれば十分に平坦化することができ、ウェーハでの機能検査を一括して実行することが可能になった。また、ウェーハの反りは下に凸であれば上記反り範囲まで確実に平坦化できるし、下に凸であっても２ｍｍ程度までであれば確実に平坦化できることを確認した。

なお、ウェーハＷを本真空チャック１００を用いて温度制御した試験・検査では、高温時に反りが常温時よりも増幅されて拡大する傾向があった。そのため、常温で２ｍｍの反り量が１００℃では反り量が４ｍｍにもなり、その温度で真空吸引しようとしても、許容反り量を超えた隙間が形成されて真空吸引できない。このような不具合に対しては、真空吸引するタイミングを常温時とし、真空吸引したままの状態で常温から試験・検査温度までウェーハの温度を上昇させることで対応可能であった。これより、高温時であっても、その温度状態で２ｍｍ程度の反り量しかないウェーハＷであれば、温度に関係なく良好な試験・検査を実行できることが判明した。

上記実施例では弾性体をチューブとしたが、弾性体を中実の発泡樹脂とすることで、真空吸引したときに内部の気泡部から空気が吸引されて弾性体全体が収縮し、弾性体全体をアリ溝内に収容するよう変形することができる。したがって、チューブ式の弾性体同様に、真空吸引時に弾性体が、アリ溝から半径方向内外側にはみ出て真空吸引を妨げるもしくはウェーハを傾斜して吸引することを防止でき、ウェーハを平坦に矯正できる。発泡材料を使用した場合、真空吸引を解除しても中実であるから真空吸引前の状態にほぼ完全に復元して剛性をも回復する。したがって、新たなウェーハが載置されてもその前のウェーハと同じ状態を再現できる。すなわち同じ程度の反り量のウェーハまで、検査可能となる。これにより、プローブカードが備えるプローブとウェーハが不適当な姿勢で接触することに起因する、プローブの破損の発生を防止できる。

１００…真空チャック、１０２…吸着面、１１０…弾性体（チューブまたは発泡材料製Ｏリング）、１２０…真空吸引配管接続部、１２４…押しピン穴、１３２…第２の（吸引）穴、１３６…第２の連通路、１４０…（円周）溝またはアリ溝、１５２…（円周）溝、１５４…第１の（吸引）穴、１５６…第３の（吸引）穴、１５８…第１の連通路、１６０…第３の連通路、１７０…冷却ブロック、１７２…冷却液通路、１８０…加熱ブロック、１８２…ヒーター、１９０…吸着ブロック（チャック本体）、２００…（ウェーハ）検査装置、２０２…検査位置、２０４…ウェーハ情報取得・設定位置、２１０…制御装置、２１８…支柱、２２０…テストヘッド、２２２…プローバ（ＣＰＵ）、２３０…（ウェーハ）搬送部、２３２…カメラ、２３４…ヘッドステージ、２３６…基台、２４０…ＸＹＺ－Θテーブル、２４２…移動ベース、２４４…Ｘ軸テーブル、２４６…Ｙ軸テーブル、２４８…Ｚ軸テーブル、２５２…Θテーブル、２６２…カードホルダ、２６４…プローブ、２６６…プローブカード、２６８…コンタクトシリンダ、２７０…真空排気装置、３００…温度制御システム、３１０…チラーユニット、３１２…チラー制御部、３１４…冷却ユニット（冷却装置）、３１６…冷却液配管、３１６ａ…往配管、３１６ｂ…還配管、３１８…信号線、３２０…温度制御装置、３２２…主制御装置、３２４…ヒータ制御器、３２６…信号線、３３２…５ｃｈ変換ボード（Ａ／Ｄ変換器）、３３６…信号線、３３８…電力線、３３４…温度センサ、４００…半導体ウェーハ基板（シリコン基板）、４０２…端子、４１０…プロセッサ、４１２…端子、４２０…メモリ（ＤＲＡＭ）、４２２…端子、４２４…リード線、４２６…インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、４３０…シリコン介在物（インターポーザ）、４５０…（半導体）チップ、ｄ_１…弾性体最大径、Ｄ_１…第１の吸引穴径、Ｄ_２…第２の吸引穴径、Ｄ_３…第３の吸引穴径、ｈ_０…弾性体の自然高さ、ｈ_１…弾性体の高さ（中間位置）、Ｗ…（半導体）ウェーハ、Ｗ_１…アリ溝幅（底面）、Ｗ_２…アリ溝幅（上面）

Claims (8)

1. 半導体ウェーハを真空吸着する、円板状に形成されたチャック本体を有する真空チャックにおいて、
   前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第１の円周溝と、複数の前記第１の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第１の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、複数の前記第１の穴を半径方向に連通する第１の連通路と、前記チャック本体の上面の複数の同心円状の位置に周方向に間隔を置いて形成した複数の第２の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、複数の前記第２の穴を前記チャック本体の半径方向に連通する第２の連通路と、前記チャック本体の上面側であって、前記第１の穴及び前記第２の穴が配設されたすべての位置よりも半径方向外側に形成された第２の円周溝と、前記第２の円周溝に嵌合するリング状の弾性体とを備え、
   前記第２の円周溝は、前記チャック本体の上面における半径方向幅が底面における半径方向幅よりも狭く形成されたアリ溝であることを特徴とする真空チャック。
2. 半導体ウェーハを真空吸着する、円板状に形成されたチャック本体を有する真空チャックにおいて、
   前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第１の円周溝と、複数の前記第１の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第１の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、複数の前記第１の穴を半径方向に連通する第１の連通路と、前記チャック本体の上面の複数の同心円状の位置に周方向に間隔を置いて形成した複数の第２の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、複数の前記第２の穴を前記チャック本体の半径方向に連通する第２の連通路と、前記チャック本体の上面側であって、前記第１の穴及び前記第２の穴が配設されたすべての位置よりも半径方向外側に形成された第２の円周溝と、前記第２の円周溝に嵌合するリング状の弾性体とを備え、前記弾性体は、リング状チューブに形成されているかもしくは発泡材料製の中実Ｏリング形状に形成されていることを特徴とする真空チャック。
3. 前記第２の円周溝は、前記チャック本体の上面における半径方向幅が底面における半径方向幅よりも狭く形成されたアリ溝であり、前記チャック本体の上面に形成した複数の同心円状の第３の円周溝と、複数の前記第３の円周溝の各々の位置において、前記チャック本体の上下方向に延び、周方向に間隔を置いて形成した複数の第３の穴と、前記チャック本体の半径方向に延び、前記第３の穴を半径方向に連通する第３の連通路をさらに備え、複数の前記第３の穴は、複数の前記第１の穴と複数の前記第２の穴より半径方向内側に位置した穴を含むことを特徴とする請求項２に記載の真空チャック。
4. 前記第１の連通路と前記第３の連通路を兼用したことを特徴とする請求項３に記載の真空チャック。
5. 前記複数の第２の穴の穴径は、前記第１の穴の穴径より大径に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空チャック。
6. 前記真空チャックにおいて、前記第１の連通路及び前記第２の連通路が形成されている部分よりも下方に、この真空チャックを加熱するヒーターを、もしくはヒーター及びこの真空チャックを冷却する冷却液が流通する冷却液通路を、配設したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空チャック。
7. 前記第１の穴と前記第３の穴の半径方向配設数の和は、前記第２の穴の半径方向配設数より多いことを特徴とする請求項３または４に記載の真空チャック。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の真空チャックと、ウェーハの上面に形成される複数の半導体チップを一括して測定可能なプローブカードを備えることを特徴とするウェーハの検査装置。

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