JP4124622B2

JP4124622B2 - Probe mechanism of prober

Info

Publication number: JP4124622B2
Application number: JP2002215404A
Authority: JP
Inventors: 正敏田林
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP2004063486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ上に形成された複数の半導体デバイスをチャック機構上に保持し、その電気的特性検査を行うプローバに関し、特にそのチャック機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、製造効率を向上させるために、ウェハに形成された多数の半導体デバイスの電極パッドに触針を接触させて、ＩＣテスタからの試験信号を印加して半導体デバイスからの出力信号を検出し、正常に動作しないデバイスは後の組み立て工程から除くと共に、その検査結果が速やかにフィードバックされる。この検査に使用されるのがプローバである。
このプローバは、例えば真空吸着等によりウェハを保持するチャック機構を備えており、このチャック機構の上方には、半導体デバイスの電極パッドに対応した、テスタに接続される多数の触針を備えたプローブカードが固定されている。そしてチャック機構を支持しているステージを駆動機構により３次元方向に移動させ、ウェハの半導体の電極パッドに触針を接触させ、この触針を介してテスタにより試験測定を行うように構成されている。
【０００３】
このプローバのチャック機構は、測定される半導体デバイスに対して温度をコントロールできるようになっているものが多い。これによって測定時の温度条件を変え、半導体デバイスの使用環境に準じた環境での試験、あるいは加速試験等を行えるようになっている。このようなチャック機構を高温チャック機構と一般に呼んでいる。
【０００４】
この高温チャック機構は、半導体デバイス試験を高温で行うため、従来においては、図２に示すようにチャック機構内部にウェハを均一温度にするヒータ回路を実装する構造をしていた。即ち、水盤形状をしたバックプレート５の中にラバーヒータ４、ガード板３及び絶縁板２がこの順に積層されて収容され、その上から蓋のようにチャックトップ１でカバーされ、これらがバックプレート５の下面側からボルト８等により固定され、一体化されていた。また、チャックトップ１と絶縁板２との間に温度センサ７が介装されると共に、バックプレート５の下面には、ボルト８の頭部を覆うためのキャップ６が設けられていた。この場合、ラバーヒータ４、ガード板３及び絶縁板２は、バックプレート５の中に収容されるため、略同径に形成されている。
【０００５】
この従来のチャック機構においては、絶縁板２として０．５mmのシリコンシートを使用しているため絶縁抵抗が低く、また静電容量が大きいためノイズ電流と漏れ電流が大きい。また、シリコンシートは温度を上げると絶縁抵抗が降下するため漏れ電流が増加するという不都合が発生していた。
更にラバーヒータ４からチャックトップ１へのノイズを遮蔽するためにアルミ製のガード板３を設けてはいるが、ラバーヒータ４とチャックトップ１とを完全に遮蔽していないため、ラバーヒータ４から上方へのノイズを遮蔽することができるが、完全にノイズを遮蔽することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが近年、半導体デバイス特性評価試験は、半導体デバイスの微細化に伴い高精度の測定が要求されており、従来のチャック機構では、ピコ・アンペア（pA）のノイズ電流に１００pA単位の漏れ電流が発生しており、顧客の要求する高精度な測定を行なうことができなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、ヒータから発生するノイズを完全に遮蔽することで、高精度パラメトリック・テスタで、１００フェムト・アンペア（fA）以下の微小電流測定を要するドラムセル等の半導体デバイスの特性評価を実現可能にしたプローバのチャック機構を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のプローバのチャック機構を提供する。
請求項１に記載のプローバのチャック機構は、ウェハを載置し保持するチャックトップと、ウェハを加熱するラバーヒータと、この両者間に介在するセラミック製絶縁板及びラバーヒータを収容しているバックプレートとを備えていて、チャックトップ、絶縁板、ラバーヒータ及びバックプレートは、その中心部に固定具をバックプレートの下部から貫挿するようにして一体的に固定しており、かつバックプレートと絶縁板の両者の外径が同径に形成されていて、バックプレートの全面及び絶縁板の下面とに導電性メッキを施したものである。これにより、ラバーヒータを収容している空間の全面が導電性メッキによって遮蔽されることになり、ラバーヒータが発生するノイズを完全に遮蔽することができ、半導体デバイスの高精度な電気的特性の測定が可能となる。
【０００９】
請求項２の該チャック機構は、バックプレートの下面に固定具の頭部を覆うためのキャップを設け、このキャップ内部に固定具を介してノイズが漏れるのを防止するためのガード板を装着したものであり、これにより、ラバーヒータが発生するノイズを一層完全に遮蔽することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態のプローバのチャック機構について説明する。図１は、本発明の実施の形態のプローバのチャック機構の分解図及びその組立図を示している。本発明のプローバのチャック機構は、チャックトップ１、絶縁板２、ラバーヒータ４及びバックプレート５等より構成され、これらはボルト等の固定具８によって一体的に固定されている。
【００１１】
チャックトップ１は、所定の厚さをもった金属で形成されている円盤であり、その表面には、ウェハＷを保持するため、例えば図示しない真空源に接続する吸引空気用の溝（図示略）が形成されていて、これにより、ウェハＷはチャックトップ１表面に吸着保持されるようになっている。
【００１２】
絶縁板２は、チャックトップ１と略同外径の円盤であり、電気的に高絶縁性のセラミックで作られている。これによって、ラバーヒータ４からのリーク電流（漏れ電流）を低減している。この絶縁板２は静電容量を少なくするためと、平面度を数μ（ミクロン）に維持するため或る程度の厚さが必要であるが、ラバーヒータ４の性能を極力維持するのに必要な厚さとの兼ね合いで、絶縁板２の厚さを設定することが好ましい。また、絶縁板２のセラミックはその材質によって温度により絶縁抵抗が降下するためリーク電流が発生するので、その材質の選択は十分に注意することが肝要である。
更に、このセラミック製絶縁板２の下面（ラバーヒータ側）には、導電性メッキ２ａが施される。導電性メッキの材質としては、Ｎｉ、Ａｌ、金、銀等が好適である。
【００１３】
ラバーヒータ３は、通常の円形板状のヒータであり、バックプレート５内に収容される関係で、絶縁板２の外径よりやや小径に形成されている。
バックプレート５は、ラバーヒータ３を収容する凹部５ａが形成された水盤状をしていて、セラミックで作られている。バックプレート５はその外径が絶縁板２の外径と略同径に形成されている。また、バックプレート５は、凹部５ａも含むその全面が導電性メッキが施されている。導電性メッキが施され、凹部５ａ内にラバーヒータ３を収容したバックプレート５は、凹部５ａの開口側が絶縁板２の導電性メッキ２ａに当接して配置されている。
【００１４】
図示されるように、上記したチャックトップ１、絶縁板２、ラバーヒータ３及びバックプレート５は、その略中心部にボルト等の固定具８をバックプレート５の下部から貫挿するようにして一体的に固定される。
また、チャック機構には、バックプレート５の下面に当接して、固定具８の頭部を覆うためのキャップ６が設けられており、このキャップ６内には、ラバーヒータ３のノイズが固定具８を介して漏れないように、ステンレス鋼やＡｌ等からなるガードキャップ９が装入されている。
【００１５】
チャック機構のチャックトップ１内には、温度センサ７が埋め込まれており、この温度センサ７もノイズの影響を排除するためにステンレス製の管内に収納した上でチャックトップ１内に埋め込まれている。
更にこのチャック機構は、図示されるようにチャックトップ１にバイアス電圧を印加する測定があるために三軸コネクター１０が設けられ、チャックトップ１、バックプレート５及び地面（ＦＧ）にそれぞれ接続されている。
なお、チャック機構のラバーヒータ４は、外部の温度コントローラ（図示略）に接続しており、この接続ラインも当然ノイズが漏れないようにガードされている。また、本発明で述べているノイズとは、ラバーヒータに電流を流すことにより生じる磁界等のノイズである。
【００１６】
以上説明したように、本発明のチャック機構では、ラバーヒータが導電性メッキによって完全に包囲されているため、従来のチャック機構では、ノイズ電流及びリーク電流がピアアンペア（pA）単位であったのが、これらのノイズ電流及びリーク電流をフェムトアンペア（fA）単位内に収めることができ、高精度パラメトリック・テスタで微小電流測定を高精度で行うことが可能となった。また、本発明では、絶縁板下面に導電性メッキを施こすことで、従来技術では必要とされていたノイズ遮蔽用のガード板を必要としなくなった。
なお、上記の説明では、プローバのチャック機構として説明しているが、半導体や液晶の製造プロセスや検査プロセス等におけるチャック機構にも適宜利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のプローバのチャック機構の分解図と組立図である。
【図２】従来のプローバのチャック機構の分解図と組立図である。
【符号の説明】
１…チャックトップ
２…絶縁板
３…ガード板
４…ラバーヒータ
５…バックプレート
６…キャップ
７…温度センサ
８…固定具
９…ガードキャップ
Ｗ…ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a prober for holding a plurality of semiconductor devices formed on a wafer on a chuck mechanism and inspecting their electrical characteristics, and more particularly to an improvement of the chuck mechanism.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, in order to improve the manufacturing efficiency, a stylus is brought into contact with the electrode pads of a large number of semiconductor devices formed on a wafer, and a test signal from an IC tester is applied to the semiconductor device. The device that detects the output signal and does not operate normally is removed from the subsequent assembly process, and the inspection result is promptly fed back. A prober is used for this inspection.
This prober is provided with a chuck mechanism for holding a wafer by, for example, vacuum suction, and a probe having a number of styluses connected to a tester corresponding to electrode pads of a semiconductor device above the chuck mechanism. The card is fixed. The stage supporting the chuck mechanism is moved in a three-dimensional direction by the drive mechanism, the stylus is brought into contact with the semiconductor electrode pad of the wafer, and the test measurement is performed by the tester via the stylus. Yes.
[0003]
Many prober chuck mechanisms are designed to control the temperature of the semiconductor device to be measured. As a result, the temperature conditions at the time of measurement are changed, and an environment test or an acceleration test can be performed in accordance with the environment in which the semiconductor device is used. Such a chuck mechanism is generally called a high temperature chuck mechanism.
[0004]
Since this high temperature chuck mechanism performs a semiconductor device test at a high temperature, conventionally, a heater circuit for bringing the wafer to a uniform temperature is mounted inside the chuck mechanism as shown in FIG. That is, a rubber heater 4, a guard plate 3 and an insulating plate 2 are stacked and accommodated in this order in a back plate 5 in the shape of a basin, and are covered with a chuck top 1 like a lid from above, and these are back plate 5 was fixed by a bolt 8 or the like from the lower surface side, and integrated. A temperature sensor 7 is interposed between the chuck top 1 and the insulating plate 2, and a cap 6 for covering the head of the bolt 8 is provided on the lower surface of the back plate 5. In this case, the rubber heater 4, the guard plate 3, and the insulating plate 2 are accommodated in the back plate 5, and thus are formed to have substantially the same diameter.
[0005]
In this conventional chuck mechanism, since a 0.5 mm silicon sheet is used as the insulating plate 2, the insulation resistance is low, and since the capacitance is large, noise current and leakage current are large. In addition, when the temperature of the silicon sheet is increased, the insulation resistance is lowered, so that a leakage current increases.
Further, although an aluminum guard plate 3 is provided to shield noise from the rubber heater 4 to the chuck top 1, the rubber heater 4 and the chuck top 1 are not completely shielded. Although the upward noise can be shielded, the noise cannot be completely shielded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, semiconductor device characteristics evaluation tests require high-precision measurements as semiconductor devices are miniaturized, and the conventional chuck mechanism generates a leakage current of 100 pA in pico-ampere (pA) noise current. Therefore, it was not possible to perform the high-precision measurement requested by the customer.
[0007]
Therefore, the object of the present invention is to completely characterize the noise generated from the heater, and to evaluate the characteristics of a semiconductor device such as a drum cell that requires a minute current measurement of 100 femto amperes (fA) or less with a high-precision parametric tester. To provide a prober chuck mechanism that can be realized.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a prober chuck mechanism according to each of the claims as a means for solving the above-mentioned problems.
The prober chuck mechanism according to claim 1 includes a chuck top for mounting and holding a wafer, a rubber heater for heating the wafer, a ceramic insulating plate and a rubber heater interposed therebetween. The chuck top, the insulating plate, the rubber heater, and the back plate are integrally fixed so that a fixing tool is inserted through the center of the back plate from the lower part of the back plate. Both the outer diameters of the insulating plates are formed to have the same diameter, and the entire surface of the back plate and the lower surface of the insulating plate are subjected to conductive plating. As a result, the entire space in which the rubber heater is accommodated is shielded by the conductive plating, so that the noise generated by the rubber heater can be completely shielded, and the highly accurate electrical characteristics of the semiconductor device can be achieved. Measurement is possible.
[0009]
The chuck mechanism of claim 2 is provided with a cap for covering the head of the fixture on the lower surface of the back plate, and a guard plate for preventing noise from leaking through the fixture is mounted inside the cap. Thus, the noise generated by the rubber heater can be more completely shielded.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A prober chuck mechanism according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exploded view and an assembled view of a chuck mechanism of a prober according to an embodiment of the present invention. The chuck mechanism of the prober according to the present invention includes a chuck top 1, an insulating plate 2, a rubber heater 4, a back plate 5, and the like, which are integrally fixed by a fixture 8 such as a bolt.
[0011]
The chuck top 1 is a disk formed of a metal having a predetermined thickness, and has a groove for suction air (not shown) connected to a vacuum source (not shown), for example, to hold the wafer W on the surface thereof. Thus, the wafer W is sucked and held on the surface of the chuck top 1.
[0012]
The insulating plate 2 is a disk having substantially the same outer diameter as the chuck top 1, and is made of an electrically highly insulating ceramic. Thereby, the leakage current (leakage current) from the rubber heater 4 is reduced. This insulating plate 2 needs to have a certain thickness in order to reduce the capacitance and to maintain the flatness to several μ (microns), but is necessary to maintain the performance of the rubber heater 4 as much as possible. It is preferable to set the thickness of the insulating plate 2 in consideration of the thickness. Further, since the insulation resistance of the ceramic of the insulating plate 2 is lowered depending on the material, a leakage current is generated. Therefore, it is important to select the material with great care.
Further, a conductive plating 2 a is applied to the lower surface (rubber heater side) of the ceramic insulating plate 2. As the material for the conductive plating, Ni, Al, gold, silver or the like is suitable.
[0013]
The rubber heater 3 is a normal circular plate-like heater, and is formed to have a diameter slightly smaller than the outer diameter of the insulating plate 2 because it is accommodated in the back plate 5.
The back plate 5 has a basin shape in which a recess 5a for accommodating the rubber heater 3 is formed, and is made of ceramic. The back plate 5 has an outer diameter that is substantially the same as the outer diameter of the insulating plate 2. Further, the entire surface of the back plate 5 including the recess 5a is subjected to conductive plating. The back plate 5 that has been subjected to conductive plating and accommodates the rubber heater 3 in the recess 5 a is disposed such that the opening side of the recess 5 a is in contact with the conductive plating 2 a of the insulating plate 2.
[0014]
As shown in the figure, the chuck top 1, the insulating plate 2, the rubber heater 3 and the back plate 5 are integrated so that a fixing tool 8 such as a bolt is inserted from the lower part of the back plate 5 at a substantially central portion thereof. Fixed.
Further, the chuck mechanism is provided with a cap 6 that abuts the lower surface of the back plate 5 and covers the head of the fixture 8. Inside the cap 6, noise of the rubber heater 3 is fixed. A guard cap 9 made of stainless steel, Al or the like is inserted so as not to leak through 8.
[0015]
A temperature sensor 7 is embedded in the chuck top 1 of the chuck mechanism, and the temperature sensor 7 is also embedded in the chuck top 1 after being housed in a stainless steel tube in order to eliminate the influence of noise. .
Further, since this chuck mechanism has a measurement for applying a bias voltage to the chuck top 1 as shown in the drawing, a triaxial connector 10 is provided and connected to the chuck top 1, the back plate 5 and the ground (FG), respectively. Yes.
The rubber heater 4 of the chuck mechanism is connected to an external temperature controller (not shown), and this connection line is naturally guarded so that noise does not leak. Further, the noise described in the present invention is noise such as a magnetic field generated by passing a current through the rubber heater.
[0016]
As described above, in the chuck mechanism of the present invention, the rubber heater is completely surrounded by the conductive plating. Therefore, in the conventional chuck mechanism, the noise current and the leakage current are in the unit of peer ampere (pA). These noise currents and leakage currents can be contained in femtoampere (fA) units, and minute current measurement can be performed with high accuracy by a high accuracy parametric tester. Further, in the present invention, by applying conductive plating to the lower surface of the insulating plate, a noise shielding guard plate, which was required in the prior art, is no longer required.
In the above description, the chuck mechanism of the prober is described. However, the probe mechanism can be used as appropriate for a chuck mechanism in a semiconductor or liquid crystal manufacturing process or inspection process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded view and an assembly view of a chuck mechanism of a prober according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view and an assembly view of a chuck mechanism of a conventional prober.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chuck top 2 ... Insulating plate 3 ... Guard plate 4 ... Rubber heater 5 ... Back plate 6 ... Cap 7 ... Temperature sensor 8 ... Fixing tool 9 ... Guard cap W ... Wafer

Claims

In order to inspect the electrical characteristics of a large number of semiconductor devices formed on the wafer, a prober chuck mechanism for holding the wafer against the probe card stylus
A chuck top for placing and holding the wafer;
A rubber heater for heating the wafer;
A ceramic insulating plate interposed between the rubber heater and the chuck top and electrically insulating and protecting between the two;
A back plate having a recess for accommodating the rubber heater therein;
The chuck top, the insulating plate, the rubber heater, and the back plate are integrally fixed so as to penetrate a fixing tool from the lower part of the back plate at the center thereof , In addition, the outer diameter of the back plate and the outer diameter of the insulating plate are formed to be the same diameter, and the conductive material for shielding noise from the rubber heater on the entire surface of the back plate and the lower surface of the insulating plate. Prober chuck mechanism, characterized by applying galvanic plating.

A cap for covering the head of the fixture is provided on the lower surface of the back plate, and a guard plate is provided in the cap to prevent noise from the rubber heater from leaking from the fixture. The prober chuck mechanism according to claim 1, wherein the prober chuck mechanism is mounted.