JP3147966B2 - 圧力素子測定用圧力印加ステージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ上に形成
された圧力素子の特性を圧力を加えながら測定するため
の圧力素子測定用圧力印加ステージに関し、特に真空圧
を印加するための空気経路の位置合わせを必要とせず、
加熱しての特性測定も可能な圧力印加用ステージに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の一つに圧力素子と呼ばれる
ものがある。これは圧力を加えることにより電圧を生じ
る材料を組み込んだ素子であり、半導体ウエハ上に回路
も含めて一体に形成される。図６の（ａ）に示すように
このような圧力素子１１は、半導体ウエハ１上に多数形
成される。

【０００３】半導体ウエハ上に形成された半導体素子
（チップ）を切り離す前に、各素子の特性を測定して不
良チップを後工程から除くことが行われる。通常は電気
的特性について測定するため、各素子の電極パッドに触
針を接触させ、この触針を介して電気信号を入出力して
測定を行う。この触針を電極パッドに接触させる装置が
プロービング装置と呼ばれ、電気信号の発生及び処理を
行うのがＩＣテスタである。

【０００４】圧力素子が形成された半導体ウエハに対し
て上記のような特性測定を行う場合、実際に圧力を印加
した上での特性を測定する必要がある。そこで図６の
（ａ）及び（ｂ）に示すように、特製の載置台３上に半
導体ウエハ１を載置して各素子１１に圧力を印加した上
で、プローブソケット９の触針９１を電極パッドに接触
させて測定を行う。ＩＣテスタはプローブソケット９に
接続される。載置台３は三軸方向に移動可能なＸＹＺ移
動台上に設けられており、触針９１を各素子の電極パッ
ドに接触させる。

【０００５】載置台３には半導体ウエハ１上の各素子１
１の位置に対応する形で開口３１が設けられており、各
開口３１は連絡経路３２により連絡されており、更に接
続口３３を通して外部と連絡されている。この接続口３
３に真空ポンプを接続して真空圧を印加すると、開口３
１に接する素子１１の部分に力が加えられるので、この
状態で測定を行う。開口３１の大きさは圧力素子１１の
所定部分に圧力が印加されるように設定される。空気経
路３２を形成するには載置台３を上下に分割した上で加
工を設した後一体化する。空気経路３２を全面に渡って
大きくすると真空圧を印加した時に上面に歪みが生じ、
それが圧力素子に影響する。従って空気経路３２は細い
経路で連絡されている必要がある。

【０００６】上記より明らかなように、半導体ウエハ１
上の素子１１の配列に合わせて載置台３上に開口３１を
設ける必要があり、測定時には開口３１と素子１１の位
置を合わせる必要がある。位置合わせの一つの方法は肉
眼で観察しながら合わせる方法であるが、半導体ウエハ
１は不透明であり、各素子１１と開口３１を合わせるの
は容易でない。そこで図７の（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、半導体ウエハ１上の素子１１の配列に対応する貫
通穴２１を有するウエハ載置板２に、あらかじめ素子と
貫通穴２１の位置を合わせた状態で半導体ウエハ１を載
置する。通常はこの状態で両者を貼り付ける。ウエハ載
置板２の側面には基準面２２が設けられており、この基
準面２２を基準ガイド４に押し当てると載置台３とウエ
ハ載置板２の位置関係が定まる。載置台３には貫通穴２
１に対応する穴で開口３１が設けられており、位置決め
した時に貫通穴２１と開口３１が一致し、接続口３３に
真空圧を印加することで各素子１１に圧力が印加され
る。

【０００７】ウエハ載置板２は一般的にガラス製平板
で、載置台３の面と精密に接触するように加工されてお
り、載置台３の面上を摺動可能で且つ接触した状態で充
分な真空圧が各素子に印加可能である。ウエハ載置板２
の基準面２２が基準ガイド４に接触するように押し当て
る位置決めは、これまでは人間がウエハ載置板を押すこ
とによって行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】プロービング装置に
は、測定操作の自動化が求められている。そのため図８
に示すようにプロービング装置への半導体ウエハ１の供
給は、格納ボックス１０１に複数の半導体ウエハを収容
して行う。ボックス１０１内のウエハ１は搬送装置で一
枚づつ取り出され、ウエハステージ（ウエハチャック）
８上に固定されて触針を有するプローブソケット９の下
に移動され、顕微鏡等を用いてウエハ１と触針との位置
を微調整した後、触針を電極パッドに接触させて測定を
行なう。ウエハ１上のすべての素子の測定終了後、ウエ
ハ１は上記と逆の経路を通って格納ボックス１０１に戻
される。

【０００９】上記のような半導体ウエハ１の供給の他、
半導体素子の種類に応じたプローブソケットの供給や半
導体素子と触針の位置調整も自動化が図られている。し
かし圧力素子の半導体ウエハ又はウエハ載置板に載置し
た半導体ウエハを図８に示すウエハ自動供給機構で供給
する場合、ウエハステージ８上に真空圧を生じる開口を
設けても、ウエハステージ８と半導体ウエハ又はウエハ
載置台との位置が合致しなければ、各素子に圧力を印加
することはできない。

【００１０】そのため圧力素子の半導体ウエハを測定す
る時には、図７に示したように半導体ウエハ１を位置合
わせして貼り付けたウエハ載置台２を載置台上の基準ガ
イドに手動操作で押し当てることで位置決めしている。
このためプロービング装置の自動化を図る上で大きな障
害になっている。位置合わせの精度が低くても良いよう
にするにはウエハ載置板の穴を大きくすることが考えら
れるが、これでは圧力素子の所定部分のみに圧力を印加
することができない。また載置台側の開口を大きくした
り、全面を溝にすることはウエハ載置板を歪ませ、圧力
素子に好ましくない変型が生じるため行えず、図７に示
すような形で正確な位置合わせを行うことが必要であっ
た。

【００１１】また空気経路の位置合わせとは別に、圧力
素子の特性を圧力を印加しただけでなく加熱した状態で
測定する必要が生じることがある。加熱するには載置台
にヒータを設けて行うが、従来の圧力印加ステージにヒ
ータを設ける場合、図９に示すように載置台３の空気経
路３２の下にヒータ６を配置することになる。このため
ヒータによる加熱効率が不充分であるという問題があ
る。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、圧力素子の圧力を印加しながら特性を測定する
ための圧力印加ステージでの空気経路の位置合わせを不
要にすることで、プロービング装置の一層の自動化を図
ると共に、加熱しての測定も効率的に行なえるようにす
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明では載置台上の空気経路の開口を細い溝を多
数平行に配列したものとする。図１は本発明の圧力素子
測定用圧力印加ステージの基本構成を示す図である。す
なわち本発明は、圧力素子１１が多数形成された半導体
ウエハ１が載置され圧力素子１１に対応した貫通穴２１
を有するウエハ載置板２、ウエハ載置板２が載置され貫
通穴２１に連絡する空気経路３２を有する載置台３、及
び空気経路３２に真空圧を印加するバキューム手段５を
備え、バキューム手段５により空気経路３２に真空圧を
印加することで貫通穴２１に接する圧力素子１１の所定
部に圧力を印加し、圧力を印加しながらの各圧力素子１
１の特性測定を可能にする圧力素子測定用圧力印加ステ
ージにおいて、空気経路３２の載置面の開口は多数の平
行な溝３１であり、溝３１の間隔Ｄは溝が貫通穴２１の
径より小さいことを特徴とする。

【００１４】

【作用】貫通穴２１の形状はどのようなものであっても
良いが、円形の穴が一般的であり、以下の説明は円形穴
として行う。図２は貫通穴２１の径と溝３１の間隔を説
明する図である。図２からも明らかなように溝３１の間
隔Ｄが貫通穴２１の径より小さければ、貫通穴２１の配
列に対して溝３１がどのような方向であっても溝３１が
貫通穴２１の部分にかかる。従って溝３１に真空圧が印
加されれば、そのまま貫通穴２１に真空圧が印加され、
圧力素子１１に圧力が加えられる。

【００１５】貫通穴２１と溝３１と連絡部分が貫通穴２
１の一部であってもパスカルの原理により貫通穴２１の
内部は同一の圧力であり、連絡部分の大きさは基本的に
は直径１０μｍ程度の穴があれば問題ないが、バキュー
ム手段５の動作に対する各圧力素子１１への力の印加の
応答性を考慮して、溝３１の幅と間隔が１：１の時に間
隔が貫通穴２１の径の半分以下であることが望ましい。

【００１６】また溝３１は多数の細い溝であるため、ウ
エハ載置板２を歪ませることもない。以上よりウエハ載
置板２は載置台上に載置するだけでよく、真空圧用の空
気経路の位置合わせが不要であることがわかる。これに
より溝３１の間隔が充分に狭ければ圧力素子１１の形状
や配列が変化した場合も、ウエハ載置板の貫通穴２１の
配置や形状だけを変更すればよく、載置台３を変更する
必要はない。但し、溝３１の上にウエハ載置板２がない
場合、たとえ空気経路３２に真空圧を印加しても圧力が
かからなくなる。そこで溝３１の範囲は、ウエハ載置板
２の載置位置の誤差を考慮して、貫通穴２１の範囲を充
分覆い且つウエハ載置板２内になるように設定すること
が必要である。

【００１７】

【実施例】載置台の空気経路及び溝以外は従来通りであ
り、ここではこの部分のみについて説明する。図３は、
載置台３の溝３１と空気経路３２の実施例を示す図であ
る。溝３１は、載置台３上に掘り込まれており、図の上
部と下部で相互に連絡されている。この溝は図のＢ及び
Ｃの部分に下方への経路を有し、この二つの経路は真空
ポンプへの接続経路３３に連絡されている。このような
空気経路３２を形成するには、載置台３を上下に分割
し、空気経路３２を形成後両者を貼り合わせる。

【００１８】図４は溝と空気経路の他の実施例を示す。
図示の通り、各溝３１は独立しており、それぞれ中央に
下方への経路を有し、それらは下で連絡されている。こ
の場合も上下二つの部分で載置台３を構成する。次に半
導体ウエハを加熱しながら測定するための実施例を図５
に示す。この場合も各溝３１は独立しており、両端に下
方への経路を有し、それらは両側の接続経路３３に連絡
されている。載置台３の中央部には空気経路はないた
め、溝３１の直下にヒータ６を配置することができる。
ここではラバーヒータを用いた。

【００１９】上記のように溝３１の直下にヒータ６を配
置することが可能であるが、前述のように載置面の剛性
を考慮して溝３１とヒータ室との間の厚さを決定する必
要がある。但し、本実施例では真空圧が印加されるのは
溝３１の部分であり、ヒータ室に真空圧が印加される訳
ではないため、載置面とヒータ室との間はかなり薄くで
きる。

【００２０】

【発明の効果】本発明により半導体ウエハに形成された
圧力素子に圧力を加えながら測定するための圧力印加ス
テージでの空気経路を合わせる作業が不要になるため、
圧力素子を測定するプロービング装置の一層の自動化が
可能になると共に、加熱した状態で測定するためにヒー
タを設けた場合にも半導体ウエハの加熱効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力素子測定用圧力印加ステージの基
本構成を示す図である。

【図２】貫通穴の径と溝の間隔との関係の説明図であ
る。

【図３】載置台の溝と空気経路の実施例を示す図であ
る。

【図４】載置台の溝と空気経路の他の実施例を示す図で
ある。

【図５】載置台にラバーヒータを組み込み、半導体ウエ
ハを加熱可能にした実施例を示す図である。

【図６】圧力素子の特性を圧力を加えながら測定するた
めのステージを示す図である。

【図７】半導体ウエハを載置したウエハ載置板とその基
準面による位置合わせを示す図である。

【図８】ウエハ供給を自動化したプロービング装置を示
す図である。

【図９】半導体ウエハ加熱用ラバーヒータを有する従来
の載置台の例を示す図である。

【符号の説明】

１…半導体ウエハ ２…ウエハ載置板 ３…載置台 ４…基準ガイド ５…バキューム手段 ６…ヒータ ７…圧力素子 ２１…貫通穴 ３１…溝（開口） ３２…空気経路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力素子（１１）が多数形成された半導
   体ウエハ（１）が載置され、前記圧力素子（１１）に対
   応した貫通穴（２１）を有するウエハ載置板（２）、 該ウエハ載置板（２）が載置され、前記貫通穴（２１）
   に連絡する空気経路（３２）を有する載置台（３）、及
   び前記空気経路（３２）に真空圧を印加するバキューム
   手段（５）を備え、該バキューム手段（５）により前記
   空気経路（３２）に真空圧を印加することで前記貫通穴
   （２１）に接する前記圧力素子（１１）の所定部に圧力
   を印加し、圧力を印加しながらの各圧力素子（１１）の
   特性測定を可能にする圧力素子測定用圧力印加ステージ
   において、 前記空気経路（３２）の載置面の開口は、多数の平行な
   溝（３１）であり、該溝（３１）の間隔（Ｄ）は溝が前
   記貫通穴（２１）の径より小さいことを特徴とする圧力
   素子測定用圧力印加ステージ。
2. 【請求項２】 前記載置台（３）は、加熱用ラバーヒー
   タ（６）を前記開口（３１）の下方に備え、前記空気経
   路（３２）が前記ヒータ（６）を避けて設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力素子測定用圧力
   印加ステージ。